Биогазовая установка своими руками

Установка такого оборудования своими руками обойдется в разумную сумму денег, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в домашнем хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Как сделать биотопливо своими руками из навоза в домашних условиях

Современные технологии переработки всевозможного сырья открывают перспективы эффективного решения проблемы получения биотоплива из навоза непосредственно в домашних условиях. А делая биотопливо своими руками в домашних условиях благодаря новым принципам переработки отходов, можно параллельно производить удобрения для сельскохозяйственных плантаций.

А что для этого нужно и как правильно построить биореактор – эти вопросы мы подробно рассмотрим в нашей статье. Мы дадим рекомендации, как выбрать лучшее сырье для производства биогаза, и разберем особенности использования полученного топлива в бытовых целях.

Конечно, самый простой способ – приобрести готовые промышленные системы. Однако их высокая стоимость заставляет рассмотреть вариант самостоятельного изготовления производственных систем.

Кратко об определении биогаза

Согласно научным определениям, биогаз – это продукт, образующийся в результате брожения массы биологических отходов. Продуктом ферментации является метан или водород.

Образование метана (или водорода) происходит в результате деятельности трех типов бактерий:

• гидролитические бактерии
• кислотообразующие бактерии
• метанообразующие бактерии.

Качественным продуктом ферментации является состав газовой смеси, содержимое которой разлагается в следующих пропорциях: 50-85% метана, 15-50% углекислого газа и менее 5% сероводорода.

Примерно такова структурная схема производства альтернативной энергии. Традиционные отечественные источники сырья хорошо подходят для производства альтернативной энергии – используется биотопливо

Эта газовая смесь пропускается через фильтры для удаления CO 2 и H 2 S, в результате чего остается чистый биологический метан. Этот газ ничем не отличается от природного газа, используемого в быту и промышленности.

Сырьем для производства биологической газовой смеси хорошего качества обычно являются

• навоз и птичий помет;
• отходы ликеро-водочных заводов (барда);
• излишки сырья с пивоваренных заводов (пивная дробина);
• фекалии и отходы рыб;
• свекловичный жом, бытовые отходы, трава и т.д.

Это лишь малая часть всего сырья, которое может быть использовано. Но даже этот список показывает, насколько обширным должен быть перечень сырья для непрерывного производства биогаза.

Биогазовая установка, адаптированная к одной из многочисленных существующих ферм. Небольшая установка, но хорошо приспособленная для нужд частного хозяйства

Специфика производства биогаза

Биогаз производится путем ферментации биологического субстрата. Он расщепляется гидролизующими, кислотообразующими и метанообразующими бактериями. Газовая смесь, производимая бактериями, легко воспламеняется, поскольку содержит высокий процент метана.

По своим свойствам он практически не отличается от природного газа, который используется в промышленных и бытовых целях.

При желании любой домовладелец может приобрести биогазовую установку промышленного производства, но это дорого и окупает вложения в течение 7-10 лет. Поэтому стоит приложить усилия, чтобы сделать биореактор своими руками.

Биогаз – это экологически чистое топливо, и технология его получения практически не влияет на окружающую среду. Более того, биогаз производится из биоотходов, которые должны быть утилизированы.

Они помещаются в биореактор, где происходит их переработка:

• Биомасса подвергается воздействию бактерий в течение определенного периода времени. Время ферментации зависит от объема сырья;
• Анаэробные бактерии производят горючую смесь газов, включая метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Во время ферментации также выделяется небольшое количество потенциально опасного сероводорода. Он ядовит, поэтому его воздействие на человека крайне нежелательно;
• Газовая смесь из биореактора очищается и поступает в газовый резервуар, где хранится до момента назначения;
• Газ из резервуара можно использовать так же, как и природный газ. Он подается в бытовые приборы, такие как газовые плиты, котлы и т.д;
• Разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из метантенка. Это дополнительные усилия, но они окупаются. После ферментации сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используется на полях и огородах.

Преимущества и недостатки системы

Биогазовые установки имеют много преимуществ, но есть и недостатки, поэтому стоит рассмотреть их до начала процесса проектирования и строительства:

• Утилизация отходов. Биогазовая установка позволяет максимально использовать отходы, которые все равно пришлось бы утилизировать. Такая утилизация менее вредна для окружающей среды, чем захоронение отходов.
• Возобновляемость сырья. Биомасса не похожа на уголь или природный газ, добыча которых истощает ресурсы. В процессе выращивания сырье создается постоянно.
• Количество CO2 относительно невелико. При добыче газа не происходит загрязнения окружающей среды, но при его использовании в атмосферу выбрасывается небольшое количество углекислого газа. Это не вредно и не может оказать критического воздействия на окружающую среду, так как поглощается растениями во время роста.
• Выбросы серы умеренные. При сжигании биогаза в атмосферу выделяется небольшое количество серы. Это негативное явление, но его следует сравнивать с природным газом, который гораздо сильнее загрязнен оксидами серы.
• Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем солнечные батареи или ветряные турбины. В то время как энергию солнца и ветра невозможно контролировать, биогазовые установки зависят от деятельности человека.
• Можно использовать более одной установки. Газ – это всегда риск. Чтобы уменьшить потенциальный ущерб в случае аварии, несколько биогазовых установок можно рассредоточить по всей территории. Правильно спроектированная и собранная система из нескольких метантенков будет более стабильной, чем один большой биореактор.
• Сельскохозяйственные выгоды. Определенные виды растений высаживаются для получения биомассы. Можно выбрать те, которые улучшают здоровье почвы. Например, сорго уменьшает эрозию почвы и улучшает ее качество.

Механизм образования газа из органического сырья

Биогаз – это летучее вещество без цвета и запаха, содержащее до 70% метана. По своим качественным характеристикам он схож с традиционным топливом – природным газом. Он обладает хорошей теплотворной способностью: 1 м3 биогаза выделяет столько же тепла, сколько полтора килограмма угля.

Образование биогаза происходит благодаря анаэробным бактериям, которые активно работают над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз домашнего скота, птичий помет, отходы любых растений.

Птичий помет и отходы животноводства могут быть использованы в автономном производстве биогаза. Сырье может использоваться в чистом виде или в виде смеси, содержащей траву, листья, старую бумагу.

Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизни бактерий. Они должны быть аналогичны тем, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – желудке животных, где есть тепло и нет кислорода.

Фактически, это два основных условия, которые способствуют чудесному превращению разлагающегося навоза в экологически чистое топливо и ценное удобрение.

Процесс производства биогаза требует герметичного реактора, в котором навоз ферментируется и распадается на составные части:

• метан (до 70%);
• двуокись углерода (приблизительно 30%);
• другие газообразные вещества (1-2%).

Образующиеся газы поднимаются в верхнюю часть резервуара, откуда затем откачиваются, а оставшийся продукт оседает – высококачественное органическое удобрение, которое сохранило все ценные вещества, содержащиеся в навозе – азот и фосфор – и потеряло большую часть патогенных микроорганизмов в результате переработки.

Расчеты выхода биогаза

Оценить выгоду от использования альтернативного биотоплива можно с помощью простого расчета. Одна корова весом 500 кг производит около 35-40 кг навоза в день. Этого количества достаточно для производства примерно 1,5 кубических метров биогаза, который, в свою очередь, может произвести 3 кВт/ч электроэнергии.

Используя данные, приведенные в таблице, легко рассчитать, сколько м3 биогаза можно произвести в зависимости от количества скота на ферме.

Для производства биотоплива можно использовать одно органическое сырье или смеси из нескольких ингредиентов с содержанием влаги 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонних химических примесей, которые могут негативно повлиять на процесс переработки.

Самый простой рецепт смеси придумал в 2000 году россиянин из Липецкой области, который своими руками построил простую биогазовую установку. Он смешал 1 500 кг коровьего навоза с 3 500 кг отходов различных растений, добавил воды (около 65% по весу от всех ингредиентов) и нагрел смесь до 35 градусов.

Через две недели бесплатное топливо было готово. Эта небольшая установка может производить 40 м3 газа в день – достаточно для отопления домов и хозяйственных построек в течение шести месяцев.

Мешалки

Чтобы биогазовая установка работала правильно, необходимо регулярно перемешивать жидкость в метантенке. Этот простой процесс выполняет множество задач:

• перемешивает свежее сырье с колонией бактерий;
• способствует выделению образующегося газа;
• выравнивает температуру жидкости, избегая более теплых и более холодных участков;
• поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых компонентов.

Как правило, небольшие домашние биогазовые установки оснащены механическими мешалками, приводимыми в движение мускульной силой. В системах большего объема мешалки могут приводиться в движение двигателями с регулируемым временем.

Второй метод заключается в перемешивании жидкости путем пропускания через нее части дымового газа. Для этого ниже по течению от выхода из метацистерны устанавливается тройник, и часть газа поступает на дно реактора, откуда выходит через трубку с отверстиями. Эту часть газа нельзя считать потоком, так как она все равно попадает в систему и оказывается в газгольдере.

Третий метод смешивания заключается в использовании фекальных насосов, которые закачивают субстрат снизу, выливая его сверху. Недостатком этого метода является то, что он зависит от наличия электричества.

Система отопления и теплоизоляция

Без подогрева переработанной суспензии психрофильные бактерии будут размножаться. Процесс переработки в этом случае займет 30 дней и более, а выход газа будет низким. Летом, благодаря теплоизоляции и предварительному подогреву загрузки, можно достичь температуры до 40 градусов, когда начинают развиваться мезофильные бактерии, но зимой такая установка практически не работает – процессы идут очень медленно. При температуре ниже +5°C они практически прекращаются.

Как разогревать и куда класть

Для достижения наилучших результатов используется предварительный нагрев. Нагрев воды с помощью бойлера – самый эффективный способ нагрева воды. Бойлер может работать на электричестве, твердом или жидком топливе или биогазе. Максимальная температура, до которой следует нагревать воду, составляет +60°C. Более горячие трубы могут вызвать прилипание частиц к поверхности, что приведет к снижению эффективности нагрева.

Биогазовую установку можно обогревать с помощью стандартных радиаторов, просто труб, скрученных в змеевики, или сварных регистров. Лучше всего использовать полимерные трубы – металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также гофрированные трубы из нержавеющей стали, которые легче устанавливать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность вызывает осаждение, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы уменьшить вероятность оседания частиц на нагревательных элементах, их размещают в зоне мешалки. Однако конструкция должна быть такой, чтобы мешалка не мешала трубам. Часто кажется, что лучше всего разместить нагреватели на дне, но практика показывает, что такой способ нагрева неэффективен из-за осадка на дне. Поэтому более разумно размещать нагреватели на стенках биогазовой установки.