Обеспокоенное надвигающимся энергетическим кризисом человечество активно пытается осваивать возобновляемые источники энергии.
Наряду с солнечными и ветровыми электростанциями появились установки для получения из органических отходов газообразного топлива, именуемого биогазом.
Замечательная особенность этой технологии заключается в ее простоте: реализовать ее в небольших масштабах может любой желающий. Итак, биогаз своими руками – вот о чем пойдет разговор.
Биология процесса
Если появлением солнечных батарей и ветрогенераторов мы обязаны открытиям ученых, то в случае с биогазом изобретать им ничего не пришлось – природа все сделала сама. Данный вид топлива представляет собой продукт жизнедеятельности особых бактерий, которые обобщенно называют гидролизными, кислотообразующими и метанообразующими.
По названию нетрудно догадаться об основной составляющей биогаза – это метан, который также содержится в природном газе. В биогазе на его долю приходится 60% всего объема. Около трети (35%) составляет углекислота, оставшиеся 5% прочие газы, к примеру, сероводород.
Принципиальная схема биогазовой установки
Откуда берутся эти замечательные микроорганизмы? Они представляют собой естественную микрофлору, обитающую в кишечнике крупного рогатого скота и разлагающую его содержимое. Эти бактерии выводятся наружу вместе с навозом, который используется для заправки новой газогенераторной установки.
Когда микробы будут заселены на новое место жительства, их «меню» можно разнообразить другими отходами. Сгодится любая органика: экскременты других животных и птиц, растения и опилки, отходы пищевой промышленности. Все это подвергается сбраживанию с образованием биогаза. При этом сырье превращается в ценнейшее удобрение.
Обязательным условием жизнедеятельности метаногенов и других бактерий является отсутствие доступа воздуха (такие микроорганизмы называются анаэробными).
Факторы, влияющие на производство биогаза
Объем продуцируемого дружной командой микробов биогаза при различных условиях может меняться и зависит от ряда факторов.
Вид сырья
Больше всего биогаза можно получить из отходов пищевой промышленности, содержащих сахарный жом и большое количество жиров. Наименее выгодным видом сырья является навоз крупного рогатого скота.
Навоз сырье для биогаза
Температура
С ростом температуры производительность бактерий увеличивается. По температурному режиму газогенераторы делятся на три типа.
Психрофильные
Это установки без подогрева, в которых температура поддерживается в пределах от 18 до 25 градусов. В настоящий момент почти не применяются.
Мезофильные
Благодаря подогреву температурный режим выдерживается в пределах от 25 до 40 градусов.
Достоинства:
- низкие энергозатраты,
- аминокислотный состав удобрений является максимально полезным.
Недостатки:
- относительно низкая производительность по биогазу,
- отсутствие обеззараживающего эффекта (в сырье содержатся болезнетворные бактерии, от которых следовало бы избавиться).
Газогенераторы, применяемые раньше для автомобилей, вполне подходят и для домашнего использования. Как сделать газовый генератор своими руками по шагам, читайте в статье.
О плюсах использования электрогенератора на дровах читайте тут.
Если вы живете в частном доме, то у вас есть уникальный шанс испробовать различные варианты альтернативных источников энергии. Здесь https://4air.ru/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/alternativnye-istochniki-energii-dlya-chastnogo-doma.html вы найдете обзор вариантов установок для получения бесплатной энергии.
Термофильный
Применяется интенсивный подогрев, температура превышает 40 градусов.
Достоинства:
- высокая производительность,
- гибнут болезнетворные бактерии.
Недостатки:
- высокие энергозатраты,
- низкое качество удобрений.
Термофильный биореактор на навозе
Для каждого вида сырья существует оптимальный температурный режим. Почему нельзя просто разогреть реактор до максимально возможной температуры? По двум причинам:
- из-за роста энергозатрат понизится рентабельность установки,
- с ростом температуры увеличивается и количество свободного аммиака.
Последняя зависимость приводит к торможению газогенерации (этот газ является токсичным для бактерий).
Обмен веществ и свобода перемещения
Сырье должно быть достаточно разжиженным, чтобы микробы и пузырьки газа могли в нем двигаться. Для этого в установку доливают горячую воду, доводя влажность загрузки до 85% зимой и до 92% летом.
Чтобы в реакторе лучше происходили обменные процессы, его содержимое нужно время от времени (примерно каждые 4 – 6 часов) перемешивать.
Время брожения
Если сырье выгружать раньше положенного срока, бактерии не будут успевать компенсировать потери в численности и производительность их колоний упадет.
При чрезмерно длительной выдержке производительность также снижается из-за недостатка питательных веществ.
В среднем оптимальное время брожения составляет:
- для психрофильного режима: 30 – 40 суток или более,
- для мезофильного: 10 – 20 суток,
- для термофильного: 5 – 10 суток.
Кислотно-щелочной баланс
Наибольшая производительность наблюдается при значениях рН от 6,5 до 8,5 (зависит от сырья).
Соотношение углерода и азота
Оптимальное значение опять же зависит от сырья. Углерода должно быть раз в 10 – 20 больше, чем азота.
Сравнение биогаза с более традиционными видами топлива
К сильным сторонам данной технологии относят следующее:
- Сырье, используемое для получения биогаза, является неисчерпаемым ресурсом и обходится бесплатно.
- Биогазовая энергетика не привязана к определенному месту – сырье для установки найдется в любом регионе.
- Широкая сфера применения: биогаз может выступать в роли источника тепла, электроэнергии и моторного топлива.
По стоимости строительства (3 – 4 тыс. евро на каждый кВт мощности) биогазовые установки находятся между атомными (5 тыс. евро на 1 кВт) и угольными (2 тыс. евро на 1 кВт) станциями.
Установка для получения биогаза
На практике доказано: чем больше мощность установки, тем дешевле обходится вырабатываемая с ее помощью энергия. Также рентабельность зависит от вида используемого сырья.
Схема организации производства биогаза в домашних условиях
При сооружении газогенератора мощностью свыше 10 МВт, работающего на пищевых отходах, придется потратить около 2 тыс. евро на каждый кВт мощности, в то же время установка с мощностью до 1 МВт, использующая в качестве сырья коровий навоз, обойдется в 7 тыс. евро на 1 кВт.
Конструкция типичной биогазовой установки
Агрегат состоит из нескольких технологических узлов.
Реактор
Представляет собой обитую теплоизоляцией цельную железобетонную емкость с несколькими технологическими отверстиями. Реактор должен герметично закрываться, чтобы воздух не попадал в его внутреннее пространство.
Система подачи биомассы
Для загрузки сырья установка оснащается бункером. Отходы подаются сюда вручную или с помощью транспортера.
Также к реактору подводится труба с горячей водой.
Мешалки
Лопатки для перемешивания закреплены на вертикальном валу, хвостовик которого выходит наружу через уплотненное отверстие в крышке реактора.
Устройство приводится в движение электродвигателем посредством зубчатого редуктора.
Включение электродвигателя может производиться вручную или автоматически.
Автоматизированная система подогрева
Обогрев устанавливается в нижней части реактора. Теплоносителем могут служить вода или электричество. Включение нагревательных элементов осуществляется термостатом, настроенным на определенную температуру.
Газгольдер
Это емкость, в которую поступает образующийся в реакторе биогаз.
Сепаратор
Как было сказано выше, биогаз представляет собой смесь различных газов. Сепаратор позволяет отделить метан от примесей для последующей подачи к потребителю.
Простейшая биогазовая установка своими руками для дома
Самодельный биогазогенератор, конечно, уступает по характеристикам дорогим установкам заводского изготовления, но зато потребует значительно меньших первоначальных затрат.
Для его сооружения понадобятся:
- железобетонные кольца,
- стальной бункер,
- массивная крышка из стали или железобетона (известен случай, когда в качестве крышки был применен тяжелый колокол),
- трубопроводы для подачи воды и отведения готового продукта.
Объем реактора должен превышать объем загрузки в 1,5 раза.
Схема установки
В простейшем исполнении газогенератор не оснащается подогревом и устройством перемешивания. Работы по строительству установки ведутся в следующей последовательности:
- Выкапывается котлован достаточных размеров, дно которого бетонируется.
- В котлован опускают одно за другим несколько ж/б-колец, формируя из них цилиндрический резервуар. Все стыки следует герметизировать битумной мастикой.
- Бетонная емкость оклеивается теплоизоляцией и гидроизоляцией, после чего приступают к засыпке котлована.
- Сверху на реактор укладывается крышка с плотно закрывающимся загрузочным люком. В ходе брожения сырья в реакторе образуется высокое давление, поэтому крышку для надежности можно закрепить тросами. Не будет лишним установить в ней предохранительный клапан с противовесом в виде гири.
- К загрузочному люку необходимо присоединить бункер.
- Остается подключить к реактору трубопроводы. При этом на линии отведения готового продукта должен быть установлен гидрозатвор.
Биомасса готовится следующим образом:
- Следует взять 3 части коровьего навоза и 7 частей сгнивших растительных остатков – ботвы овощных культур, листьев, очисток и т.д.
- Получившуюся смесь необходимо разбавить водой, подняв тем самым ее влажность до 60% 70%.
С целью увеличения производительности можно применить более совершенную схему установки, включающую водяной подогрев. В роли теплогенератора будет выступать водогрейный котел, работающий на вырабатываемом установкой топливе.
Биогазовая установка своими руками чертеж
При загрузке сырье достаточно прогреть до 35 градусов, после чего его температура в результате брожения поднимется до 70 градусов.
Как показала практика, 5-тонная загрузка биомассы позволяет в течение 6-ти месяцев получать ежедневно в среднем около 40 куб. м газообразного топлива.
Ветрогенератор для частного дома очень полезное устройство, так как позволяет получать энергию абсолютно бесплатно, что неплохо экономит расход основного источника энергии. Как сделать ветрогенератор своими руками, вы узнаете на нашем сайте.
Чертежи и порядок сборки твердотопливного котла длительного горения смотрите по этой ссылке.