Получение биогаза в скотоводческом хозяйстве_Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

     Метановое брожение является комплексным процессом, который, прежде всего, позволяет утилизировать  отходы канализации и сельскохозяйственного  производства, превратив их в удобрения, и является источником получения горючего газа на основе метана. Наиболее целесообразной сферой применения биогаза является отопление животноводческих ферм, жилых помещений и технологических участков. Также биогаз можно использовать в качестве моторного топлива. Излишки полученного топлива можно перерабатывать в электроэнергию с помощью дизельных генераторов.

     За  рубежом проблеме получения и  использования биогаза уделяют  большое внимание. За короткий срок во многих странах мира возникла целая  индустрия по производству биогаза: если в 1980 г. в мире насчитывалось около 8 млн. установок для получения биогаза суммарной мощностью 1,7—2 млрд. куб. м в год, то в настоящее время данные показатели соответствуют производительности по биогазу только одной страны — Китая. 

Дания. Пионером в коммерческом использовании биогазовых заводов по переработке сельскохозяйственных отходов для получения энергии является Дания. Правительство Дании представляет значительные налоговые льготы для производителей биогаза: около 20% капитальных инвестиций для централизованного биогаза и 30% для индивидуальных станций или установок. Суммарная годовая энергетическая мощность производителей биогаза Дании, получаемого из всех источников, в настоящее время составляет до 4·1015 Дж, к 2005 г. планируется дальнейшее увеличение его производства до 6·1015 Дж. В настоящее время в Дании эксплуатируется 18 биогазовых заводов, способных ежегодно обрабатывать 1,2 млн. т биомассы (75% отходов животноводства и 25% других органических отходов), давая до 45 млн. куб. м биогаза, что эквивалентно 24 млн. куб. м природного газа. 

США, Канада, Европа. В США работает более десяти крупных биогазовых заводов, один из которых (при трех откормочных комплексах на 110 тыс. голов) подает вырабатываемый биогаз в газораспределительную сеть Чикаго. Кроме этого, в США получили широкое распространение установки для использования отходов на небольших скотоводческих фермах с поголовьем до 150 единиц крупного рогатого скота. В фермерских хозяйствах Европы и Канады распространены установки производительностью до 100—200 куб. м биогаза, что обеспечивает хозяйство тепловой энергией летом на 100%, зимой — 30-50%. Большое количество биогаза производится также и при переработке твердых бытовых отходов городов: в США — 9·1015 Дж, Германии — 14·1015 Дж, Японии — 6·1015 Дж, Швеции — 5·1015 Дж. 

Китай. В настоящее время в Китае эксплуатируется более 5 млн. семейных биогазовых реакторов (ферментеров), ежегодно производящих около 1,3 млрд. куб. м биогаза, что обеспечивает газом для бытовых нужд свыше 35 млн. человек. Также имеется 600 больших и средних биогазовых станций, которые используют органические отходы от животноводства и птицеводства, винных заводов с общим объемом 220 тыс. куб. м. Действует 24 000 биогазовых очистительных реакторов для обработки отходов городов; работает около 190 биогазовых электростанций с ежегодным производством 3109 Вт·ч. Биогазовая продукция в Китае оценивается в 33·1015 Дж.  

Индия. В Индии, как и в Китае, основной упор сделан на семейные и общинные биогазовые установки — в 1993 г. их было около 2 млн. Ежегодно в Индии вводятся в эксплуатацию 5—6 тыс. таких установок, дающих от 2 до 400 куб. м биогаза в день. Основные положения национальной программы Индии по развитию биогазовых технологий включают в себя снабжение чистой энергией для отопления и приготовления пищи, получение органических удобрений, повышение эффективности сельскохозяйственного производства и многое другое. 

А у нас — перспективы

     Следует заметить, что еще 15—20 лет тому назад, когда аналогичные проблемы активно прорабатывались, столь очевидной экономической целесообразности не наблюдалось в силу тогдашней дешевизны и топлива, и электроэнергии. В России до сих пор к биогазу относились как к экзотическому топливу, и о его промышленном использовании никто серьезно не задумывался. Однако кризис, продолжавшийся в России в течение последних десяти лет, переход к рынку и окончание эры дешевой нефти заставляют пересмотреть отношение к биогазу по крайней мере в наиболее запущенном секторе нашей экономики — сельском хозяйстве.

     Биогаз  может быть получен и естественным путем, например аэрационный газ  городской канализации, или за счет сбраживания в специальных емкостях (метантанках) отходов жизнедеятельности  домашних животных и птиц, отходов пищевой промышленности, биомассы водорослей, канализационного ила очистных сооружений, бытовых отходов городских свалок. В настоящее время разработано и применяется достаточно большое количество технологий получения биогаза, основанных на использовании различных вариаций температурного режима, влажности, концентраций бактериальной массы, длительности протекания биореакций и так далее, при этом содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять от 50 до 90%. 

Будущее с биогазом

  Рынки возобновляемой энергии стремительно развиваются. Биогазовая установка в настоящее время является характерным элементом современного, безотходного производства во многих областях сельского хозяйства и пищевой промышленности. Если на предприятии есть отходы сельского хозяйства или пищевой промышленности, появляется реальная возможность с помощью биогазовой установки не только значительно сократить расходы на энергию, но и повысить эффективность предприятия, получить дополнительную прибыль.

  В конструкции заложен принцип модульности, позволяющий при необходимости наращивать производительность.

  Над реализацией вашего проекта будут работать инженеры сельского хозяйства и энергетики, с целью более полного применения технологий и получения более высокого результата. Будут применяться новейшие технологии по защите окружающей среды, биологии и биотехнологии на основе проверенных в Германиии бизнес моделей. Каждый шаг, от планирования до принятия объекта будет вестись под непосредственным наблюдением специалистов.

(Приложение  № 2) 

Сырьем  для получения  биогаза могут  служить: жидкий и плотный навоз от КРС, свиней, домашних птиц, это важные основные составляющие для работы биогазовых установок в сельской местности. Сегодня к ним примешиваются и другие органические составляющие, остатки производств предприятий пищевой промышленности или биоотходы, применяются также специально выращенные энергетические растения, например зерно, травы, кукуруза, подсолнечник, с помощью которых повышают содержание биогаза. Также с успехом можно применить силос, свеклу и т.д. Т.н. энергетические растения можно производить на площадях предназначенных для "отдыха". Вместе с перечисленным применяются и несельскохозяйственные субстраты (например: выжимки, барда, жиросодержащие обрезки), остатки овощей, фруктов от больших рынков, пищевые остатки, кормовые остатки и биомусор из коммунальных служб.

(Приложение  № 3) 

     Материалы для дезинфикации, гигиены, также  как и остатки медикаментов, не должны попадать в биогазовые установки, т.к. они мешают процессу газообразования. Высокая концентрация ammonium, также сдерживает производство метана. По этой причине птичий помет, также как и навоз свиней используют вместе с коферментами для разбавления:  

Какие материалы можно сбраживать, как коферменты

• отходы производства желатина
• отходы производства пищевых продуктов
• отходы производства биодизеля из рапса (технический глицерин)
• отходы пивоваренного производства (пивоваренная дробина)
• отходы молочного производства (сыворотка)
• отходы спиртового и биоэтанолового производства (барда)
• отходы сахарных заводов (жом и свекольная ботва)
• отходы бойнь и мясокомбинатов

   Субстраты с сухим содержанием субстанции от 15 до 20% не перекачиваются и закладываются  разжиженными, или применяются с другой техникой в реакторе.

(Приложение  № 4) 

     Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья.

     Из  тонны навоза КРС получается 30-50 м3 биогаза с содержанием метана 60%, 150-500 м3 из различных видов растений с содержанием метана 70% и 1300 м3 из жира с содерданием метана 87%!

     Еще один простой для понимания рассчет  показывает, что одна корова способна обеспечить получение 2,5 м3 газа в сутки, бык на откорме - 1,6 м3, свинья - 0,3 м3, птица - 0,02 м3. 

Биогаз  как источник энергии

     Биогаз  дает возможность использовать самые  современные средства теплоэнергетики - газовые турбины. В этих установках газ сгорает, приводя в движение турбину, которая вращает генератор, производящий электроэнергию. В свою очередь, газообразные продукты сгорания затем направляются в котел, для нагревания воды и получения пара, которые могут быть использованы или направлены для получения дополнительной энергии.  

Биогаз - мультиталант для  получения энергии 

     Тепло получают от охлаждения генератора или от сжигания биогаза. Полученное тепло, например используют в целях обогрева помещений.

Электричество - из одного м3 биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии. 

     Биогаз - биогаз можно сжимать, накапливать, перекачивать излишки, продавать. Имеется достаточное количество автомобилей, которые используют в качестве топлива газ. Эти машины могут без дополнительной адаптации заправляться биометаном. Сейчас появляются первые заправочные станции. В Швеции и Швейцарии биометан уже долгое время используется в городских автобусах (Volvo, Skania) и грузовых машинах.

     Удобрения - удобрения, получаемые в виде переброженной  массы - это экологически чистые, жидкие удобрения лишенные нитритов, семян  сорников, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов. Расход этих удобрений составляет 1-5 т вместо 60 т необработанного навоза для обработки 1 га земли. В полученное удобрение могут добавляться фосфорные, калийные или другие удобрения, в зависимости от культуры, под которые будут использоваться удобрения. Испытания показывают еще и увеличение урожайности в 2-4 раза.

     Утилизацию  органических отходов - биогазовые установки  могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах, тем самым повышая  санитарно-гигиеническое состояние предпрятий

     Решение экологических проблем - производство биогаза позволяет предотвратить  выбросы метана в атмосферу, снизить  применение химичесих удобрений, сократить  нагрузку на грунтовые воды. 

Экономические преимущества при применении газовых установок на биогазовых станциях

     Наряду  с производством тепла газовые  установки предлагают возможность  производства электроэнергии, которая  может быть использована для собственных  нужд, завода, мясокомбината, фермы, или  может продаваться в общую распределительную сеть. Производство электроэнергии для собственных нужд значительно дешевле по сравнению с покупкой ее в из сети, а в случае ее продажи можно воспользоваться выгодными тарифами для электроэнергии, произведенной из альтернативных источников энергии. Поскольку биогаз является сопроводительным продуктом при переработке органических отходов, затраты по эксплуатации установки будут связаны только с отчислениями на оборудование и на сервисное обслуживание. Доходы будут состоять из сэкономленных средств на тепло, электроэнергию, за счет продажи электричества в общую сеть и продажи удобрений.  

Планирование  биогазовой установки

Важные  шаги проекта:

• сырье и потребности в энергоносителях - прорабатываем совместно,
• процесс и состав установки - определяем мы,
• использование полученных продуктов - прорабатываем совместно

Биогаз - размер установки рассчитывается в соответствии с имеющимися возможностями по сырью и необходимостью в получении энергии. Малые установки от 50 до 350 Kw и от 500 Kw и выше.