Bioplyn. Technologie výroby
Bioplyn je plyn vyrobený metanovou fermentací biomasy. K rozkladu biomasy na složky dochází vlivem 3 druhů bakterií. V potravním řetězci se následné bakterie živí odpadními produkty těch předchozích. První typ jsou hydrolytické bakterie, druhý kyselinotvorný, třetí metanotvorný. Na produkci bioplynu se podílejí nejen bakterie třídy metanogenů, ale všechny tři druhy.
Složení bioplynu
55 % až 75 % methanu, 25 % až 45 % CO2, menší nečistoty H2 a H2S. Po vyčištění bioplynu od CO2 se získá biometan. Biometan je úplnou obdobou zemního plynu. Jediný rozdíl je v původu.
Suroviny k získání
Organický odpad: hnůj, obilné a křídové výpalky, mláto, řepné řízky, fekální kaly, ryby a odpad z jatek (krev, tuk, vnitřnosti, třtina), tráva, domovní odpad, mléčný odpad - laktóza, syrovátka, odpad z výroby bionafta - technická glycerin z výroby bionafty z řepky, odpad z výroby šťáv - dužina ovoce a bobulí, hroznové výlisky, řasy, odpad z výroby škrobu a melasy - dužina a sirup, odpad ze zpracování brambor, výroba štěpků - slupky, slupky, shnilé hlízy.
Výtěžnost bioplynu závisí na obsahu sušiny a druhu použité suroviny. Z tuny velkého hnoje dobytek Získá se 30-50 m³ bioplynu s obsahem metanu 60 , 150-500 m3 bioplynu z různé typy rostliny s obsahem metanu do 70 %. Maximální množství bioplynu je 1300 m3 s obsahem metanu až 87 lze získat z tuku.
Při výpočtech bioplynu se používá pojem sušina (DM nebo anglicky TS) nebo suchý zbytek (CO). Voda obsažená v biomase neprodukuje plyn.
Z 1 kg sušiny se získá 300 až 500 litrů bioplynu.
Pro výpočet výtěžnosti bioplynu z konkrétní suroviny je nutné provést laboratorní testy nebo nahlédnout do referenčních údajů a stanovit obsah tuků, bílkovin a sacharidů. Při stanovování posledně jmenovaných je důležité zjistit procento rychle odbouratelných (fruktóza, cukr, sacharóza, škrob) a obtížně rozložitelných látek (například celulóza, hemicelulóza, lignin). Po stanovení obsahu prvků se pro každý jednotlivě vypočítá výstup plynu a následně sečte.
Dříve, když neexistovala žádná věda o bioplynu a bioplyn byl spojován s hnojem, se používal koncept „živočišné jednotky“. Dnes, kdy se naučili vyrábět bioplyn z čehokoli organického, se tento koncept vzdálil a přestal se používat.
Kromě odpadu lze bioplyn vyrábět ze speciálně pěstovaných energetických plodin, jako je silážní kukuřice nebo silphium. Výkon plynu může dosáhnout až 500 m3 na tunu.
Příběh
Lidstvo se naučilo využívat bioplyn už dávno. Ve 2. tisíciletí př. Kr. Na území moderního Německa již existovaly primitivní bioplynové stanice. Alemani, kteří obývali mokřady v povodí Labe, si představovali draky v naplaveném dříví v bažině. Věřili tomu hořlavý plyn hromadící se v dírách v bažinách je páchnoucí dech Draka. Aby se drak uklidnil, oběti a zbytky jídla byly hozeny do bažiny. Lidé věřili, že Drak přichází v noci a jeho dech zůstává v jámách. Alemanové přišli s nápadem ušít markýzy z kůže, zakrýt jimi močál, odvést plyn koženým potrubím do svého domova a spálit ho na vaření. Je to pochopitelné, protože suché palivové dříví bylo obtížné najít a bažinový plyn (bioplyn) tento problém dokonale vyřešil.
V 17. století Jan Baptist Van Helmont objevil, že rozkládající se biomasa uvolňuje hořlavé plyny. Alessandro Volta v roce 1776 dospěl k závěru, že existuje vztah mezi množstvím rozkládající se biomasy a množstvím uvolněného plynu. V roce 1808 objevil Sir Humphry Davy metan v bioplynu.
První doložená bioplynová stanice byla postavena v Bombaji v Indii v roce 1859. V roce 1895 se ve Velké Británii začal používat bioplyn pro pouliční osvětlení. V roce 1930, s rozvojem mikrobiologie, byly objeveny bakterie zapojené do procesu výroby bioplynu.
Ekologie
Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Zpracovaný hnůj se používá jako hnojivo zemědělství. Tím se snižuje používání chemických hnojiv a snižuje se zatížení podzemních vod.
Metan má skleníkový efekt 21krát větší než CO2 a zůstává v atmosféře 12 let. Zachycování metanu je nejlepší krátkodobá prevence globální oteplování.
Výroba
Celkem se v současnosti ve světě používá nebo vyvíjí asi 60 druhů technologií výroby bioplynu. Nejběžnější metodou je anaerobní vyhnívání v metatancích nebo anaerobních kolonách (termín nebyl v ruštině zaveden). Část energie získané jako výsledek využití bioplynu je využita k udržení procesu (až 15-20 % v zimě). V zemích s horkým klimatem není potřeba vyhřívat metanovou nádrž. Bakterie přeměňují biomasu na metan při teplotách od 25 °C do 70 °C.
Pro fermentaci určitých druhů surovin v čistá forma je nutná speciální dvoustupňová technologie. Například ptačí trus a výpalky z lihovaru se v běžném reaktoru nezpracovávají na bioplyn. Pro zpracování takových surovin je nutný další hydrolytický reaktor. Takový reaktor umožňuje řídit úroveň kyselosti, takže bakterie neumírají kvůli zvýšení obsahu kyselin nebo zásad.
Produkce bioplynu je ekonomicky opodstatněná při zpracování stálého proudu odpadů, například na farmách hospodářských zvířat.
Skládkový plyn je jedním z druhů bioplynu. Získané z komunálních skládek domovní odpad.
Aplikace
Bioplyn se používá jako palivo pro výrobu elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro vozidla. V Indii, Vietnamu, Nepálu a dalších zemích se staví malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vzniklý se používá k vaření.
Bioplynové stanice mohou být instalovány jako čističky odpadních vod na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech a masokombinátech. Bioplynová stanice může nahradit veterinární a hygienickou stanici. Tito. mršinu lze recyklovat na bioplyn místo výroby masokostní moučky.
Největší počet malých bioplynových stanic se nachází v Číně – více než 10 milionů (koncem 90. let). Produkují asi 7 miliard m³ bioplynu ročně, což poskytuje palivo pro přibližně 60 milionů rolníků. V Indii bylo od roku 1981 instalováno 3,8 milionu malých bioplynových stanic.
Na konci roku 2006 bylo v Číně v provozu asi 18 milionů bioplynových stanic. Jejich použití umožňuje nahradit 10,9 milionů tun ekvivalentu paliva.
Mezi průmyslovými vyspělé země přední místo Z hlediska relativních ukazatelů patří Dánsko k výrobě a využití bioplynu – bioplyn zaujímá až 18 % jeho celkové energetické bilance. V absolutním vyjádření zaujímá Německo přední místo v počtu středních a velkých instalací - 8 000 tisíc kusů. V západní Evropa minimálně polovina všech drůbežích farem je vytápěna bioplynem.
Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Podle prognóz Švýcarské asociace plynárenského průmyslu bude do roku 2010 10 % švýcarských vozidel jezdit na bioplyn.
Celkem se v současnosti ve světě používá nebo vyvíjí asi 60 druhů technologií výroby bioplynu. Nejběžnější metodou je anaerobní vyhnívání ve vyhnívacích nádržích, bez přístupu vzduchu, nebo v anaerobních kolonách. Část energie získané z využití bioplynu se využívá k udržení procesu. V zemích s horkým klimatem není potřeba vyhřívat digestoř. Bakterie přeměňují biomasu na metan při teplotách od 25 do 200 °C. Proces je založen na rozkladu (hnití) pod vlivem bakterií patřících do dvou velké rodiny: acidogeny a methanogeny, předtříděný pevný odpad (organický odpad, hustá špína) v kovových nádobách bez přístupu vzduchu při průměrná teplota asi +55°C. Výsledný plyn se přivádí pod tlakem do čistícího systému a poté se uvolňuje do dvou složek SCC (methan) a CO 2 (oxid uhličitý). Bioplyn se skládá z 55-75% metanu CH4, 25-45% CO 2 včetně drobných nečistot H 2, H 2 S a organická hmota. Doba tvorby kvalitního bioplynu je 7-15 dní.
Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Metan má dopad (skleníkový efekt) 21krát silnější než CO 2 a zůstává v atmosféře 12 let. Zachycování a využívání metanu je nejlepší krátkodobý způsob, jak zabránit globálnímu oteplování.
Rusko ročně nashromáždí až 300 milionů tun suchého ekvivalentu organický odpad: 250 milionů tun v zemědělské produkci, 50 milionů tun ve formě domovní odpad. Tyto odpady jsou surovinou pro výrobu bioplynu. Potenciální objem vyprodukovaného bioplynu ročně by mohl být 90 miliard m3.
Bioplyn se shromažďuje, zabraňuje znečištění ovzduší a používá se jako palivo k výrobě elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro automobily. V Indii, Vietnamu, Nepálu a dalších zemích se staví malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vzniklý se používá k vaření. Na konci roku 1990 Čína produkovala asi 7 miliard m3 bioplynu ročně. V roce 2006 se tento objem zvýšil na 15 miliard m3.
Mezi průmyslově vyspělými zeměmi zaujímá Dánsko přední místo ve výrobě a využití bioplynu – bioplyn zaujímá až 18 % jeho celkové energetické bilance. V západní Evropě je minimálně polovina všech drůbežích farem vytápěna bioplynem.
Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Podle prognóz Švýcarské asociace plynárenského průmyslu bude do roku 2010 10 % švýcarských vozidel jezdit na bioplyn.
Metan vyrobený z bioplynu, respektive bioplyn v jeho hlavní formě, lze s přihlédnutím k našim podmínkám využít jako palivo pro malé kotelny, vozidla a výrobu elektřiny. Vedle závodu na zpracování pevných odpadů je plánována výstavba modulů - skleníků pro pěstování zemědělských plodin, zeleniny a bylinek.
Metan uvolněný z bioplynu je surovinou pro výrobu mnoha cenných produktů chemický průmysl- methanol, formaldehyd, acetylén, sirouhlík, chloroform, kyselina kyanovodíková, saze.
Z 1 tuny tuhého a kapalného komunálního odpadu technologií anaerobní digesce (HSAD) se získá 521 m 3 bioplynu. Čistý metan má při 0 °C a 101,3 kPa výhřevnost asi 35,9 MJ/m 3 . 1 milion britské tepelné jednotky Btu (MJ) odpovídá 293 kWh.
Uvažujme příklad výpočtů pro výstup plynu v souladu s americkou technologií anaerobní digesce HSAD. Existuje 100 tun komunálního odpadu:
- 45 % odpadu na vyhnívání (fekální kaly, domovní odpad, lepenka)
- 55% odpadu na třídění (sklo, kov, plast, dřevo, minerály)
- 45 tun odpadu = 18800 m 3 bioplynu (80% obnovitelný standard)
- 11300 m3 metanu (60 %) nebo 398 milionů Btu;
- 5400 m 3 С0 2 (30 %).
Při 35% účinnosti produkuje 60% metan 139 milionů Btu nebo 40 727 kW za den.
Ze 137 tun odpadu vzniká:
- 2525600 tun kompostu ročně
- 22,9 milionů litrů metanu nebo 17 tun za den (65 % z celkové hmotnosti vyprodukovaného plynu, 30 % - CO 2)
- 810 milionů Btu denně.
Výtěžnost bioplynu na 1 tunu absolutně sušiny závisí na druhu použité suroviny. Ekonomicky nejodůvodněnější je získávat bioplyn z odpadu z chovů hospodářských zvířat. Tuna kejdy skotu vyprodukuje 200-350 m 3 bioplynu s obsahem metanu 60 %, 300-630 m 3 bioplynu z různých typů rostlin s obsahem metanu až 70 %.
Výpočty bioplynu dokonce využívají koncept „živočišné jednotky“, aby bylo možné porovnat množství bioplynu vyrobeného z hnoje různých zvířat. Jedna živočišná jednotka vyprodukuje cca 0,5 m 3 bioplynu za den. Jedna zvířecí jednotka odpovídá 1 dospělé krávě / 5 telat / 6 prasat / 250 kuřat.
Suroviny pro zpracování na bioplyn: odpad z masného průmyslu, tekutý komunální odpad, zemědělský odpad, dřevní odpad, lepenka, potravinový odpad, organický odpad - tráva, sláma, listí, jehličí, hnůj, fekální kal, domovní odpad, lepenka. Konečný produkt zpracování: bioplyn, kvalitní kompost.
V současné době se celkové množství metanu v atmosféře odhaduje na 4600-5000 Tg (Tg = 1012 g, neboli 1 Tg metanu odpovídá 1012 gramům oxidu uhličitého). Vzhledem k tomu, že metan jistě produkuje silnější skleníkový efekt než oxid uhličitý, byly jejich emise porovnány přepočtem vlivu metanu a vlivu CO? pomocí tzv. ekvivalentu CO? (jedna tuna emitovaného metanu odpovídá 23 tunám emitovaného CO? v časovém měřítku 100 let). Na jižní polokouli jsou koncentrace metanu o něco nižší než na severní polokouli. Tento rozdíl je obvykle připisován menší síle zdrojů metanu na jižní polokouli: hlavní zdroje metanu se pravděpodobně nacházejí na kontinentech a oceány nepřispívají významně ke globálnímu toku metanu. Životnost metanu v atmosféře je 8-12 let.
Metan se do atmosféry dostává z přírodních i antropogenních zdrojů. Síla antropogenních zdrojů v současnosti výrazně převyšuje sílu přírodních. Přirozené zdroje metanu zahrnují bažiny, tundru, nádrže, hmyz (hlavně termiti), hydráty metanu, geochemické procesy (vulkanické erupce); až antropogenní - rýžová pole, doly, zvířata, ztráty při výrobě plynu a ropy, spalování biomasy, skládky.
Intenzita uvolňování metanu z bažin se velmi liší. Emise metanu ze západních sibiřských bažin, které jsou docela typický představitel severní bažiny, stanovené pomocí metod plynové chromatografie, je přibližně 9 mg metanu na h/m2. V průměru mohou emise metanu ze sibiřských bažin dosáhnout 20 Tg/rok, což je poměrně hodně ve srovnání s celkovým tokem metanu z bažin (50-70 Tg).
Počet kusů dobytka na světě je asi 1,5 miliardy kusů. Jedna kráva vyprodukuje asi 250 litrů čistého metanu denně. Toto množství metanu vystačí na uvaření 20 litrů vody. Ve vyspělých zemích se na skládku likviduje přibližně 1,8 kg odpadků denně na osobu, v Rusku je to 0,6 kg, resp. Přibližně 10 % této hmoty lze přeměnit na metan. V důsledku toho Rusko produkuje 60 g metanu denně na osobu.
Výše byl uveden příklad americké technologie anaerobní digesce, která poskytuje dobré výsledky z hlediska výtěžnosti bioplynu. Domácí zkušenosti ukazují, že v průměru může rozkladem jedné tuny tuhého odpadu vzniknout 100-200 m 3 bioplynu. Spodní výhřevnost skládkového bioplynu je v závislosti na obsahu metanu 18-24 MJ/m 3 (asi polovina výhřevnosti zemního plynu).
Roční emise metanu ze skládek po celém světě jsou srovnatelné se silou tak známých zdrojů metanu, jako jsou bažiny, uhelné doly atd. V dnešní době existuje akutní problém stabilizace koncentrace tohoto plynu v atmosféře. z hlavních planetárních zdrojů skleníkového efektu. Využití bioplynu z domovního odpadu je proto nanejvýš důležité pro snižování antropogenních emisí metanu. Kromě toho metan způsobuje samovznícení skládkových usazenin, protože jeho interakce se vzduchem vytváří hořlavé a výbušné směsi, což vede k silnému znečištění atmosféry toxickými látkami.
Vzhledem k tomu, že proces rozkladu odpadů trvá řadu desetiletí, lze skládku považovat za stabilní zdroj bioplynu. Emise bioplynu ze skládky se v závislosti na objemu skládkové hmoty mohou pohybovat od několika desítek l/s (malé skládky) až po několik m3/s (velké skládky). Rozsah a stabilita tvorby, umístění v urbanizovaných oblastech a nízké výrobní náklady činí bioplyn produkovaný na skládkách pevného odpadu jedním z slibné zdroje energie pro místní potřeby. Jak je uvedeno výše, využití bioplynu na skládkách pevného odpadu vyžaduje inženýrské řešení skládky (vytvoření izolační clony, plynové studny, systém sběru plynu atd.). Zároveň je řešen hlavní úkol ochrany životního prostředí v urbanizovaných územích - zajištění čistoty atmosférický vzduch a předcházení znečištění podzemních vod.
Bioplyn produkovaný na skládkách od počátku 80. let 20. století. V mnoha zemích se intenzivně těží. V současné době je celkové množství využívaného bioplynu přibližně 1,2 miliardy m 3 /rok, což odpovídá 429 tisícům tun metanu, neboli 1 % jeho celosvětových emisí.
V Německu má 409 velkých skládek komunálního odpadu sběrná místa pro bioplyn vznikající rozkladem organických složek odpadu. Z 1 tuny odpadu se na skládkách v Německu vyrobí v průměru asi 100 m 3 bioplynu. Při celkovém objemu bioplynu uvolněného ze skládek ve výši 4 mld. m 3 /rok (což odpovídá 2 mld. m 3 zemního plynu) je jeho užitečná spotřeba cca 400 mil. m 3 /rok. Bioplyn se po vyčištění využívá k získávání elektrické a tepelné energie využívané pro průmyslové účely a v topných systémech. Množství vznikajícího bioplynu na skládkách se pohybuje od 10 do 1200 m 3 /h. Výkon zařízení na výrobu elektřiny z bioplynu se pohybuje od desítek kW do několika tisíc kW, což umožňuje zásobovat energií několik domů i malou vesnici. Bioplyn se často používá jako palivo v elektrárnách s motory. vnitřní spalování(LED). Náklady na energii získanou ze spalovacích motorů jsou přibližně 2-2,5krát nižší než tarify elektřiny pro obyvatelstvo.
V USA je současný objem produkce bioplynu 500 mil. m 3 /rok. Významná část bioplynu je dodávána do elektráren na plynné palivo. Celkový elektrický výkon zařízení na bioplyn je asi 200 MW. Bioplyn je navíc stále častěji dodáván do veřejných plynárenských sítí.
Ve Spojeném království se vyrábí asi 200 milionů m 3 /rok bioplynu. Celková kapacita britských bioenergetických systémů je asi 80 MW.
Ve Francii se vyrábí asi 40 milionů m 3 /rok bioplynu. Na jedné ze skládek u Paříže byla vybudována Biotermální elektrárna využívající bioplyn, jehož emise jsou 1500 m 3 /den.
Na Ukrajině se ve městech ročně vyprodukuje asi 10 milionů tun domovního odpadu. Více než 90 % pevných odpadů je odváženo na 655 skládek a skládek, z nichž 140 je vhodných pro těžbu a využití skládkového plynu. Potenciál skládkového plynu je cca 400 mil. m 3 /rok.
Využití bioplynu je pro Rusko velmi perspektivní, protože asi 97 % z 30 milionů tun ročně vyprodukovaného odpadu je pohřbeno na skládkách a organizovaných skládkách. V Rusku je v provozu více než 1300 skládek pevného odpadu. Roční emise metanu ze skládek v Rusku se odhadují na 1,1 miliardy m3 (788 tisíc tun), což je téměř dvojnásobek současné spotřeby ve světě.
V současné době se skládkový bioplyn v Rusku prakticky nepoužívá. V rámci rusko-nizozemského projektu v období 1995-1997. Na skládkách Daškovka a Kargašino v Moskevské oblasti byla postavena dvě pilotní zařízení na výrobu a využití bioplynu. Získané výsledky ukazují, že na průměrné skládce v moskevské oblasti vzniká až 600-800 m 3 /h bioplynu, což umožňuje vyrábět elektřinu v množství 3500-4400 MWh/rok. Technické a ekonomické výpočty provedené na základě experimentálních dat potvrdily efektivitu výroby skládkového metanu v Rusku, kde lze realizovat stovky ekonomicky ziskových projektů.
V Petrohradu se ročně vyprodukuje asi 5 milionů metrů krychlových pevného odpadu, z toho asi 80 % se likviduje na třech stávajících skládkách. Nejpreferovanější skládkou pro využití bioplynu je skládka Volchonsky PTO-1, jedna z největších v Rusku. Tato skládka primárně likviduje domovní odpad, jsou plánovány rekultivace, které lze spojit s vytvořením bioplynového systému. Výpočty ukázaly, že očekávané emise metanu vystačí na provoz tepelné elektrárny o výkonu 2000 kW po dobu 20-25 let. Navíc na území Leningradská oblast Je zde organizováno 55 skládek, kam je ročně uloženo cca 1 mil. m3 TKO. I přes relativně malé objemy likvidace odpadů může být výroba bioplynu na řadě skládek rentabilní díky vysoké ceně paliva.
Rýže. 72.
Anaerobní rozklad organické hmoty na skládky odpadků dochází pod vlivem metanogenních bakterií a vede k uvolňování metanu ve výši 5-20 % celkových globálních emisí tohoto plynu do atmosféry.
Jak již bylo naznačeno, tvorba plynů na skládkách (skládkách) domovního odpadu je spojena s výskytem anaerobních mikrobiologických reakcí s organickými složkami domovního odpadu. Tyto plyny obsahují převážně metan, oxid uhličitý a dusík. Kromě toho vznikají páchnoucí plyny - sirovodík (H 2 S), merkaptany (R-SH), aldehydy (R-CHO) v různých koncentracích. Složení plynu závisí na délce skladování a fázi fermentace. Aerobní fáze probíhá po dobu několika týdnů, zatímco anaerobní kyselá fermentace (hnití) může pokračovat několik let. Na Obr. 72 ukazuje jednotlivé fáze kvašení. Specifické uvolňování plynů na skládkách v Německu se odhaduje na 60-180 m 3 /t odpadu.
Rýže. 73. Jedno ze schémat oxidace organického odpadu
Rostoucí ceny energií nás nutí přemýšlet o možnosti zajistit si je sami. Jednou z možností je bioplynová stanice. S jeho pomocí se z hnoje, trusu a rostlinných zbytků získává bioplyn, který lze po vyčištění použít pro plynové spotřebiče (sporáky, kotle), přečerpat do lahví a použít jako palivo pro automobily nebo elektrocentrály. Obecně platí, že zpracování hnoje na bioplyn může pokrýt všechny energetické potřeby domu nebo farmy.
Výstavba bioplynové stanice je způsob, jak samostatně zajistit energetické zdroje
Obecné zásady
Bioplyn je produkt, který se získává rozkladem organických látek. Během procesu hniloby/kvašení se uvolňují plyny, jejichž sběrem můžete uspokojit potřeby své vlastní domácnosti. Zařízení, ve kterém k tomuto procesu dochází, se nazývá „bioplynová stanice“.
Proces tvorby bioplynu nastává v důsledku životně důležité aktivity různých druhů bakterií, které jsou obsaženy v samotném odpadu. Aby však mohli aktivně „pracovat“, musí vytvořit určité podmínky: vlhkost a teplotu. K jejich vytvoření se staví bioplynová stanice. Jedná se o komplex zařízení, jehož základem je bioreaktor, ve kterém dochází k rozkladu odpadu, který je doprovázen tvorbou plynu.
Existují tři způsoby zpracování hnoje na bioplyn:
- Psychofilní režim. Teplota v bioplynové stanici je od +5°C do +20°C. Za takových podmínek je proces rozkladu pomalý, vzniká velké množství plynu a jeho kvalita je nízká.
- Mezofilní. Jednotka přejde do tohoto režimu při teplotách od +30°C do +40°C. V tomto případě se mezofilní bakterie aktivně množí. V tomto případě se tvoří více plynu, proces zpracování trvá méně času - od 10 do 20 dnů.
- Teplomilné. Tyto bakterie se množí při teplotách od +50°C. Proces je nejrychlejší (3-5 dní), výkon plynu je největší (za ideálních podmínek s 1 kg dodávky můžete získat až 4,5 litru plynu). Většina referenčních tabulek pro výtěžnost plynu ze zpracování je uvedena speciálně pro tento režim, takže při použití jiných režimů se vyplatí provést menší úpravu.
V bioplynových stanicích je nejobtížnější implementovat termofilní režim. To vyžaduje kvalitní tepelnou izolaci bioplynové stanice, vytápění a systém regulace teploty. Ale na výstupu získáme maximum bioplynu. Dalším znakem termofilního zpracování je nemožnost dodatečného zatížení. Zbývající dva režimy – psychofilní a mezofilní – umožňují denně přidávat čerstvou porci připravených surovin. V termofilním režimu však krátká doba zpracování umožňuje rozdělit bioreaktor do zón, ve kterých se bude zpracovávat jejich podíl surovin různé termíny stahování.
Schéma bioplynové stanice
Základem bioplynové stanice je bioreaktor neboli bunkr. Probíhá v něm proces fermentace a hromadí se v něm vzniklý plyn. Dále je zde nakládací a vykládací násypka, vzniklý plyn je odváděn potrubím zasunutým do horní části. Na řadu přichází systém úpravy plynu – jeho čištění a zvýšení tlaku v plynovodu na provozní tlak.
Pro mezofilní a termofilní režimy je k dosažení požadovaných režimů nutný také systém ohřevu bioreaktoru. K tomuto účelu se obvykle používají plynové kotle na vyrobené palivo. Z něj jde potrubní systém do bioreaktoru. Obvykle se jedná o polymerové trubky, protože nejlépe odolávají agresivnímu prostředí.
Bioplynová stanice také potřebuje systém pro míchání látky. Během fermentace se nahoře vytvoří tvrdá kůra a těžké částice se usadí. To vše dohromady zhoršuje proces tvorby plynu. Pro udržení homogenního stavu zpracovávané hmoty jsou potřeba míchadla. Mohou být mechanické nebo dokonce ruční. Mohou být spuštěny časovačem nebo ručně. Vše záleží na tom, jak je bioplynová stanice vyrobena. Automatizovaný systém je dražší na instalaci, ale vyžaduje minimální pozornost při provozu.
V závislosti na typu umístění může být bioplynová stanice:
- Nadzemní.
- Polozapuštěné.
- Zapuštěné.
Zapuštěné jsou dražší na instalaci – je potřeba velké množství výkopových prací. Ale při použití v našich podmínkách jsou lepší - je snazší organizovat izolaci a náklady na vytápění jsou nižší.
Co se dá recyklovat
Bioplynová stanice je v podstatě všežravá – lze zpracovat jakoukoli organickou hmotu. Vhodný je jakýkoli hnůj a moč, rostlinné zbytky. Detergenty, antibiotika a chemikálie negativně ovlivňují proces. Je vhodné minimalizovat jejich příjem, protože zabíjejí flóru, která je zpracovává.
Dobytčí hnůj je považován za ideální, protože obsahuje mikroorganismy velké množství. Pokud na farmě nejsou žádné krávy, je vhodné při zavážení bioreaktoru přidat trochu hnoje, aby se substrát obohatil potřebnou mikroflórou. Zbytky rostlin předem rozdrcené, zředěné vodou. Rostlinné materiály a exkrementy se mísí v bioreaktoru. Zpracování této „náplně“ trvá déle, ale výstup ano správný režim, máme nejvyšší výnos produkt.
Určení polohy
Pro minimalizaci nákladů na organizaci procesu má smysl umístit bioplynovou stanici blízko zdroje odpadu – poblíž budov, kde se chová drůbež nebo zvířata. Je vhodné vyvinout konstrukci tak, aby k zatížení docházelo gravitací. Ze stodoly nebo vepřína můžete položit potrubí ve svahu, kterým bude hnůj proudit samospádem do bunkru. To značně zjednodušuje údržbu reaktoru a také odstraňování hnoje.
Nejvhodnější je umístění bioplynové stanice tak, aby odpad z farmy mohl proudit samospádem
Budovy se zvířaty se obvykle nacházejí v určité vzdálenosti od obytné budovy. Vyrobený plyn proto bude muset být převeden ke spotřebitelům. Ale položit jedno plynové potrubí je levnější a jednodušší než organizovat linku na přepravu a nakládání hnoje.
Bioreaktor
Na nádrže na zpracování hnoje jsou kladeny poměrně přísné požadavky:
Všechny tyto požadavky na stavbu bioplynové stanice musí být splněny, protože zajišťují bezpečnost a vytvářejí běžné podmínky pro zpracování kejdy na bioplyn.
Z jakých materiálů se dá vyrobit?
Odolnost vůči agresivnímu prostředí je hlavním požadavkem na materiály, ze kterých lze kontejner vyrobit. Substrát v bioreaktoru může být kyselý nebo zásaditý. V souladu s tím musí materiál, ze kterého je nádoba vyrobena, dobře snášet různá prostředí.
Těmto požadavkům nevyhovuje mnoho materiálů. První, co mě napadne, je kov. Je odolný a lze z něj vyrobit nádoby jakéhokoli tvaru. Dobrá věc je, že můžete použít hotovou nádobu - nějakou starou nádrž. V tomto případě zabere výstavba bioplynové stanice velmi málo času. Nevýhodou kovu je, že reaguje s chemikáliemi účinné látky a začne se hroutit. K neutralizaci toto mínus kov je pokryt ochranným povlakem.
Vynikající možností je nádoba bioreaktoru vyrobená z polymeru. Plast je chemicky neutrální, nehnije, nerezaví. Jen je potřeba vybírat z materiálů, které snesou mrazení a zahřátí na dostatečné teploty. vysoké teploty. Stěny reaktoru by měly být silné, s výhodou vyztužené skleněnými vlákny. Takové nádoby nejsou levné, ale vydrží dlouho.
Levnější variantou je bioplynová stanice s nádobou z cihel, betonových tvárnic, nebo kamene. Aby zdivo vydrželo vysoké zatížení, je nutné zdivo vyztužit (v každých 3-5 řadách, podle tloušťky stěny a materiálu). Po dokončení procesu výstavby stěny je pro zajištění vodotěsnosti a nepropustnosti plynu nutná následná vícevrstvá úprava stěn uvnitř i vně. Stěny jsou omítnuty cemento-pískovou kompozicí s přísadami (přísadami), které poskytují požadované vlastnosti.
Dimenzování reaktoru
Objem reaktoru závisí na zvolené teplotě pro zpracování hnoje na bioplyn. Nejčastěji se volí mezofilní - je jednodušší na údržbu a umožňuje možnost denního dobíjení reaktoru. Produkce bioplynu po dosažení normálního režimu (asi 2 dny) je stabilní, bez rázů nebo poklesů (při vytvoření normálních podmínek). V tomto případě má smysl spočítat objem bioplynové stanice v závislosti na množství kejdy vytvořené na farmě za den. Vše se snadno spočítá na základě průměrných statistických údajů.
Rozklad hnoje během mezofilie teploty jdou od 10 do 20 dnů. Podle toho se objem vypočítá vynásobením 10 nebo 20. Při výpočtu je nutné vzít v úvahu množství vody, které je nutné k přivedení substrátu na perfektní stav— jeho vlhkost by měla být 85–90 %. Nalezený objem se zvýší o 50 %, protože maximální zatížení by nemělo přesáhnout 2/3 objemu nádrže - plyn by se měl hromadit pod stropem.
Například na farmě je 5 krav, 10 prasat a 40 kuřat. V podstatě 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. vést kuřecí trus na vlhkost 85% je třeba přidat o něco více než 5 litrů vody (to je dalších 5 kg). Celková hmotnost je 331,8 kg. Na zpracování za 20 dní potřebujete: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - asi 7 metrů krychlových pouze na substrát. Nalezený údaj vynásobíme 1,5 (zvýšení o 50 %), dostaneme 10,5 kubických metrů. To bude vypočtená hodnota objemu reaktoru bioplynové stanice.
Nakládací a vykládací poklopy vedou přímo do nádrže bioreaktoru. Aby byl substrát rovnoměrně rozmístěn po celé ploše, jsou vyrobeny na opačných koncích nádoby.
Při hloubkové instalaci bioplynové stanice se nakládací a vykládací potrubí přibližují k tělesu pod ostrým úhlem. Kromě toho by spodní konec trubky měl být pod hladinou kapaliny v reaktoru. Tím se zabrání vnikání vzduchu do nádoby. Na potrubí jsou také instalovány otočné nebo uzavírací ventily, které jsou v normální poloze uzavřeny. Otevírají se pouze při nakládce nebo vykládce.
Vzhledem k tomu, že hnůj může obsahovat velké úlomky (prvky steliva, stonky trávy atd.), potrubí malého průměru se často ucpe. Proto pro nakládku a vykládku musí mít průměr 20-30 cm Musí být instalovány před zahájením prací na izolaci bioplynové stanice, ale po instalaci nádoby na místo.
Nejpohodlnější režim provozu bioplynové stanice je s pravidelným nakládáním a vykládáním substrátu. Tato operace lze provádět jednou denně nebo jednou za dva dny. Hnůj a další složky jsou předem shromažďovány ve skladovací nádrži, kde jsou přivedeny do požadovaného stavu - rozdrceny, v případě potřeby navlhčeny a promíchány. Pro usnadnění může mít tato nádoba mechanické míchadlo. Připravený substrát se nalije do přijímacího poklopu. Pokud přijímací nádobu umístíte na slunce, substrát se předehřeje, což sníží náklady na udržení požadované teploty.
Instalační hloubku přijímací násypky je vhodné vypočítat tak, aby do ní odpad proudil samospádem. Totéž platí pro vykládku do bioreaktoru. Nejlepší případ, pokud se připravený substrát pohybuje gravitací. A okenice to při přípravě ohradí.
Pro zajištění těsnosti bioplynové stanice musí mít poklopy na násypce a ve vykládacím prostoru těsnící pryžové těsnění. Čím méně vzduchu je v nádobě, tím čistší bude plyn na výstupu.
Sběr a likvidace bioplynu
Bioplyn je z reaktoru odváděn potrubím, jehož jeden konec je pod střechou, druhý je obvykle spouštěn do vodního uzávěru. Jedná se o nádobu s vodou, do které je odváděn vzniklý bioplyn. Ve vodním uzávěru je druhá trubka - je umístěna nad hladinou kapaliny. Vychází do ní čistší bioplyn. Na výstupu z jejich bioreaktoru je instalován uzávěr plynu. Nejlepší varianta je kuličková.
Jaké materiály lze použít pro přepravní soustavu plynu? Pozinkované kovové trubky a plynové trubky z HDPE nebo PPR. Musí zajistit těsnost švů a spojů pomocí mýdlové pěny. Celé potrubí je sestaveno z trubek a tvarovek stejného průměru. Žádné kontrakce ani expanze.
Čištění od nečistot
Přibližné složení výsledného bioplynu je:
- metan - až 60%;
- oxid uhličitý - 35 %;
- ostatní plynné látky (včetně sirovodíku, který dodává plynu nepříjemný zápach) - 5%.
Aby byl bioplyn bez zápachu a dobře hořel, je nutné z něj odstranit oxid uhličitý, sirovodík a vodní páru. Oxid uhličitý se odstraní ve vodním uzávěru, pokud se na dno zařízení přidá hašené vápno. Taková záložka se bude muset pravidelně měnit (jakmile plyn začne hořet hůře, je čas ji změnit).
Sušení plynu lze provést dvěma způsoby - zhotovením vodních uzávěrů v plynovodu - vložením zakřivených úseků do potrubí pod vodní uzávěry, ve kterých se bude hromadit kondenzát. Nevýhodou této metody je nutnost pravidelného vyprazdňování vodního uzávěru – při velkém množství nashromážděné vody může blokovat průchod plynu.
Druhým způsobem je instalace filtru se silikagelem. Princip je stejný jako u vodního uzávěru - plyn se přivádí do silikagelu a suší se pod víkem. Při tomto způsobu sušení bioplynu se musí silikagel sušit periodicky. Chcete-li to provést, musíte ji nějakou dobu ohřát v mikrovlnné troubě. Zahřeje se a vlhkost se odpaří. Můžete jej naplnit a znovu použít.
K odstranění sirovodíku se používá filtr naložený kovovými hoblinami. Do kontejneru můžete naložit staré kovové drátěnky. Čištění probíhá přesně stejným způsobem: plyn se dodává do spodní část nádoba naplněná kovem. Při průchodu se zbavuje sirovodíku, shromážděného v horní volné části filtru, odkud je vypouštěn dalším potrubím/hadicí.
Plynová nádrž a kompresor
Vyčištěný bioplyn vstupuje do zásobníku - zásobníku plynu. Může to být uzavřený plastový sáček nebo plastová nádoba. Hlavní podmínkou je plynotěsnost, na tvaru a materiálu nezáleží. Zásobník plynu uchovává zásobu bioplynu. Z něj je pomocí kompresoru plyn pod určitým tlakem (nastaveným kompresorem) dodáván spotřebiteli - do plynového sporáku nebo kotle. Tento plyn lze také využít k výrobě elektřiny pomocí generátoru.
Pro vytvoření stabilního tlaku v systému za kompresorem je vhodné nainstalovat přijímač - malé zařízení pro vyrovnávání tlakových rázů.
Míchací zařízení
Aby bioplynová stanice normálně fungovala, je nutné pravidelně promíchávat kapalinu v bioreaktoru. Tento jednoduchý proces řeší mnoho problémů:
- mísí čerstvou část nákladu s kolonií bakterií;
- podporuje uvolňování vyrobeného plynu;
- vyrovnává teplotu kapaliny s vyloučením teplejších a chladnějších oblastí;
- udržuje homogenitu podkladu, zabraňuje usazování nebo plavení některých složek.
Malá domácí bioplynová stanice má obvykle mechanická míchadla, která jsou poháněna silou svalů. Ve velkoobjemových systémech mohou být míchadla poháněna motory, které jsou aktivovány časovačem.
Druhým způsobem je míchání kapaliny průchodem části generovaného plynu skrz ni. K tomu je po opuštění metanádrže instalováno odpaliště a část plynu proudí do spodní části reaktoru, odkud vystupuje trubkou s otvory. Tuto část plynu nelze považovat za spotřebu, protože stále znovu vstupuje do systému a v důsledku toho končí v plynové nádrži.
Třetím způsobem míchání je čerpání substrátu zespodu pomocí fekálních čerpadel a nalévání nahoře. Nevýhodou této metody je její závislost na dostupnosti elektrické energie.
Topný systém a tepelná izolace
Bez zahřívání zpracovávané kapaliny se budou množit psychofilní bakterie. Proces zpracování v tomto případě bude trvat 30 dní a výstup plynu bude malý. V létě, pokud je tepelná izolace a předehřívání zátěže, je možné dosáhnout teplot až 40 stupňů, kdy začíná vývoj mezofilních bakterií, ale v zimě je taková instalace prakticky nefunkční - procesy probíhají velmi pomalu . Při teplotách pod +5°C prakticky zamrzají.
Čím topit a kam to umístit
Nejlepších výsledků dosáhnete použitím zahřívání. Nejracionálnější je ohřev vody z bojleru. Kotel může pracovat na elektřinu, na tuhá popř kapalné palivo, můžete jej provozovat i na vyrobený bioplyn. Maximální teplota, na kterou je nutné ohřát vodu - +60°C. Teplejší potrubí může způsobit ulpívání částic na povrchu, což snižuje účinnost vytápění.
Můžete také použít přímý ohřev - vložte topná tělesa, ale za prvé je obtížné zorganizovat míchání, za druhé se substrát přilepí k povrchu, což snižuje přenos tepla, topná tělesa se rychle spálí
Bioplynová stanice může být vytápěna pomocí standardních topných radiátorů, jednoduše trubek stočených do spirály nebo svařovaných registrů. Je lepší použít polymerní trubky - kov-plast nebo polypropylen. Vhodné jsou také vlnité nerezové trubky, které se snadněji instalují, zejména ve válcových vertikálních bioreaktorech, ale vlnitý povrch vyvolává ulpívání sedimentů, což není příliš dobré pro přenos tepla.
Aby se snížila možnost usazování částic na topných tělesech, jsou umístěny v oblasti míchadla. Pouze v tomto případě musí být vše navrženo tak, aby se míchačka nemohla dotýkat potrubí. Často se zdá, že je lepší umístit ohřívače na dno, ale praxe ukázala, že kvůli usazeninám na dně je takový ohřev neúčinný. Je tedy racionálnější umístit ohřívače na stěny metanádrže bioplynové stanice.
Způsoby ohřevu vody
V závislosti na způsobu uspořádání potrubí může být vytápění vnější nebo vnitřní. Na vnitřní umístění vytápění je účinné, ale oprava a údržba ohřívačů není možná bez odstavení a odčerpání systému. Zvláštní pozornost je proto věnována výběru materiálů a kvalitě spojů.
Vytápění zvyšuje produktivitu bioplynové stanice a zkracuje dobu zpracování surovin
Jsou-li ohřívače umístěny externě, je potřeba více tepla (náklady na ohřev obsahu bioplynové stanice jsou mnohem vyšší), protože velké množství tepla se spotřebuje na vytápění stěn. Ale systém je vždy k dispozici pro opravu a vytápění je rovnoměrnější, protože prostředí je ohříváno od stěn. Další výhodou tohoto řešení je, že míchadla nemohou poškodit topný systém.
Jak izolovat
Nejprve se na dno jámy nasype vyrovnávací vrstva písku, poté tepelně izolační vrstva. Může to být hlína smíchaná se slámou a keramzitem, struska. Všechny tyto složky lze smíchat a nalít v samostatných vrstvách. Jsou srovnány do horizontu a je instalována kapacita bioplynové stanice.
Boky bioreaktoru lze izolovat moderními materiály nebo klasickými staromódními metodami. Jednou ze staromódních metod je potahování hlínou a slámou. Nanášejte v několika vrstvách.
Mezi moderní materiály patří extrudovaná polystyrenová pěna s vysokou hustotou, bloky z pórobetonu s nízkou hustotou atd. Technologicky nejpokročilejší je v tomto případě polyuretanová pěna (PPU), ale služby pro její aplikaci nejsou levné. Výsledkem je ale bezespará tepelná izolace, která minimalizuje náklady na vytápění. Existuje další tepelně izolační materiál - pěnové sklo. Je velmi drahý v deskách, ale jeho třísky nebo drobky stojí velmi málo a z hlediska vlastností je téměř ideální: neabsorbuje vlhkost, nebojí se mrazu, dobře snáší statické zatížení a má nízkou tepelnou vodivost.
nové instalace. Alemani, kteří obývali mokřady v povodí Labe, si představovali draky v naplaveném dříví v bažině. Věřili, že hořlavý plyn, který se hromadí v jámách v bažinách, je páchnoucím dechem Draka. Aby se drak uklidnil, oběti a zbytky jídla byly hozeny do bažiny. Lidé věřili, že Drak přichází v noci a jeho dech zůstává v jámách. Alemanové přišli s nápadem ušít markýzy z kůže, zakrýt jimi močál, odvést plyn koženým potrubím do svého domova a spálit ho na vaření. Je to pochopitelné, protože suché palivové dříví bylo obtížné najít a bažinný plyn (bioplyn) tento problém dokonale vyřešil již dávno. V Číně sahá jeho historie 5 tisíc let zpět, v Indii - 2 tisíce let.
Příroda biologický proces Rozklad organických látek za vzniku metanu se za poslední tisíciletí nezměnil. Ale moderní věda a technologie vytvořili zařízení a systémy, díky nimž jsou tyto „starobylé“ technologie nákladově efektivní a mají širokou škálu aplikací.
Bioplyn- plyn vyrobený metanovou fermentací biomasy. K rozkladu biomasy dochází vlivem tří druhů bakterií.
Bioplynová stanice– zařízení na výrobu bioplynu a jiných cenných vedlejších produktů zpracováním zemědělského odpadu, potravinářský průmysl, městská ekonomika.
Výroba bioplynu z organického odpadu má tyto pozitivní vlastnosti:
- provádí se sanitární čištění odpadních vod (zejména hospodářských a komunálních odpadních vod), obsah organických látek se snižuje až 10x;
- anaerobní zpracování odpadů hospodářských zvířat, rostlinných odpadů a aktivovaných kalů umožňuje získat hotová minerální hnojiva s vysokým obsahem dusíkatých a fosforových složek (na rozdíl od tradiční způsoby přípravky organická hnojiva kompostovací metody, při kterých se ztrácí až 30–40 % dusíku);
- při metanové fermentaci je vysoká (80-90%) účinnost přeměny energie organických látek na bioplyn;
- Bioplyn lze s vysokou účinností využít k výrobě tepelných a elektrická energie a také jako palivo pro spalovací motory;
- bioplynové stanice mohou být umístěny v jakémkoli regionu země a nevyžadují výstavbu drahých plynovodů a složité infrastruktury;
- bioplynové stanice mohou částečně nebo zcela nahradit zastaralé regionální kotelny a zásobovat elektřinou a teplem blízké obce, města a malá města.
Výhody, které obdrží majitel bioplynové stanice
Řídit
- výroba bioplynu (metanu).
- výroba elektřiny a tepla
- výroba ekologických hnojiv
Nepřímý
- nezávislost na centralizované sítě, tarify přirozených monopolů, úplná soběstačnost elektřiny a tepla
- řešení pro každého environmentální problémy podniky
- výrazné snížení nákladů na zakopání, odstranění a likvidaci odpadu
- příležitost vlastní výroba motorové palivo
- snížení osobních nákladů
Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Metan má skleníkový efekt 21krát větší než CO2 a zůstává v atmosféře 12 let. Zachycování metanu je nejlepší krátkodobý způsob, jak zabránit globálnímu oteplování.
Zpracovaný hnůj, výpalky a další odpad se používají jako hnojivo v zemědělství. Tím se snižuje používání chemických hnojiv a snižuje se zatížení podzemních vod.
Bioplyn se používá jako palivo pro výrobu elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro vozidla.
Bioplynové stanice mohou být instalovány jako čističky odpadních vod na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech a masokombinátech. Bioplynová stanice může nahradit veterinární a hygienické zařízení, tj. mršinu lze recyklovat na bioplyn místo výroby masokostní moučky.
Mezi průmyslově vyspělými zeměmi patří přední místo v produkci a využití bioplynu z hlediska relativních ukazatelů Dánsku - bioplyn zaujímá v jeho celkové energetické bilanci až 18 %. V absolutním vyjádření zaujímá Německo přední místo v počtu středních a velkých instalací - 8 000 tisíc kusů. V západní Evropě je minimálně polovina všech drůbežích farem vytápěna bioplynem.
V Indii, Vietnamu, Nepálu a dalších zemích se staví malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vzniklý se používá k vaření.
Největší počet malých bioplynových stanic se nachází v Číně – více než 10 milionů (koncem 90. let). Produkují asi 7 miliard m³ bioplynu ročně, což poskytuje palivo pro přibližně 60 milionů farmářů. Na konci roku 2006 již v Číně fungovalo asi 18 milionů bioplynových stanic. Jejich použití umožňuje nahradit 10,9 milionů tun ekvivalentu paliva.
Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Podle prognóz Švýcarské asociace plynárenského průmyslu bude do roku 2010 10 % švýcarských vozidel jezdit na bioplyn.
Na začátku roku 2009 přešel magistrát Osla na bioplyn 80 městských autobusů. Náklady na bioplyn jsou 0,4 – 0,5 EUR za litr v ekvivalentu benzínu. Po úspěšném dokončení testů bude 400 autobusů přestavěno na bioplyn.
Potenciál
Rusko ročně shromažďuje až 300 milionů tun suchého ekvivalentního organického odpadu: 250 milionů tun v zemědělské produkci, 50 milionů tun ve formě domovního odpadu. Tyto odpady lze využít jako suroviny pro výrobu bioplynu. Potenciální objem vyprodukovaného bioplynu ročně by mohl být 90 miliard m³.
Ve Spojených státech se chová přibližně 8,5 milionu krav. Bioplyn vyrobený z jejich hnoje bude stačit na pohon 1 milionu automobilů.
Potenciál německého bioplynového průmyslu se odhaduje na 100 miliard kWh energie do roku 2030, což bude tvořit asi 10 % energetické spotřeby země.
K 1. únoru 2009 je na Ukrajině v provozu a ve fázi uvádění do provozu 8 zařízení zemědělsko-průmyslového komplexu na výrobu bioplynu. Dalších 15 projektů bioplynových stanic je ve fázi vývoje. Konkrétně v letech 2009-2010. plánuje se zavedení výroby bioplynu v 10 lihovarech, což podnikům umožní snížit spotřebu zemního plynu o 40 %.
Na základě materiálů
Pro majitele velkých farmy Je tu naléhavý problém v podobě hnoje, ptačí trus, zvířecí ostatky. K vyřešení problému můžete použít speciální zařízení určená k výrobě bioplynu. Jsou snadno vyrobitelné doma a lze je používat po dlouhou dobu s vysokou výtěžností produktu připraveného k použití.
Co je to bioplyn?
Bioplyn je látka získávaná z přírodních surovin ve formě biomasy (hnůj, ptačí trus) svou fermentací. Na tomto procesu se podílejí různé bakterie, z nichž každá se živí odpadními produkty těch předchozích. Jsou identifikovány následující mikroorganismy, které se aktivně účastní procesu výroby bioplynu:
- hydrolytický;
- kyselinotvorný;
- metanotvorné.
Technologie výroby bioplynu z hotové biomasy zahrnuje stimulaci přírodní procesy. Bakteriím v hnoji by měly být poskytnuty optimální podmínky rychlá reprodukce a efektivní zpracování látek. K tomu se biologické suroviny umístí do nádrže utěsněné od kyslíku.
Poté vstoupí do akce skupina anaerobních mikrobů. Umožňují přeměnu sloučenin obsahujících fosfor, draslík a dusík do čistých forem. V důsledku zpracování vzniká nejen bioplyn, ale také atesty kvality. Jsou ideální pro zemědělské potřeby a jsou účinnější než tradiční hnůj.
Environmentální hodnota výroby bioplynu
Díky efektivní recyklace biologický odpad produkuje cenné palivo. Zavedení tohoto procesu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry, které mají negativní dopad na životní prostředí. Tato sloučenina stimuluje skleníkový efekt 21krát silněji než oxid uhličitý. Metan může přetrvávat v atmosféře 12 let.
Aby se zabránilo globálnímu oteplování, které je celosvětovým problémem, je nutné omezit vstup a distribuci této látky do životního prostředí. Výsledný odpad z procesu recyklace je potvrzením vysoké kvality. Jeho použití umožňuje snížit objem používaných chemických sloučenin. Synteticky vyráběná hnojiva znečišťují podzemní vody a mají negativní dopad na životní prostředí.
Co ovlivňuje produktivitu výrobního procesu?
Na správná organizace výrobní proces pro výrobu bioplynu, od 1 kub. m organických surovin výnos asi 2-3 metrů krychlových. m čistého produktu. Jeho účinnost je ovlivněna mnoha faktory:
- okolní teplota;
- úroveň kyselosti organických surovin;
- vlhkost prostředí;
- množství fosforu, dusíku a uhlíku v počáteční biologické hmotě;
- velikost částic hnoje nebo trusu;
- přítomnost látek, které zpomalují proces zpracování;
- zahrnutí stimulačních přísad do biomasy;
- frekvence dodávky substrátu.
Seznam surovin používaných pro výrobu bioplynu
Bioplyn lze vyrábět nejen z hnoje nebo ptačího trusu. K výrobě ekologického paliva lze použít i další suroviny:
- obilné výpalky;
- odpad ze šťávy;
- řepné řízky;
- odpad z výroby ryb nebo masa;
- mláto;
- odpad z mlékáren;
- fekální kal;
- domovní odpad organického původu;
- odpad z výroby bionafty z řepky.
Složení biologického plynu
Složení bioplynu po průchodu je následující:
- 50-87 % metanu;
- 13-50 % oxidu uhličitého;
- nečistoty vodíku a sirovodíku.
Po vyčištění produktu od nečistot se získá biometan. Je to analog, ale má jinou povahu původu. Pro zlepšení kvality paliva se normalizuje obsah metanu v jeho složení, který je hlavním zdrojem energie.
Při výpočtu objemu produkovaných plynů se bere v úvahu okolní teplota. Když se zvyšuje, výtěžnost produktu se zvyšuje a jeho obsah kalorií klesá. Vlastnosti bioplynu negativně ovlivňuje zvýšená vlhkost vzduchu.
Rozsah použití bioplynu
Výroba bioplynu hraje významnou roli nejen v ochraně životního prostředí, ale také poskytuje národní hospodářství palivo. Vyznačuje se širokou škálou aplikací:
- používá se jako surovina pro výrobu elektřiny, automobilového paliva;
- uspokojit energetické potřeby malých a středních podniků;
- bioplynové stanice hrají roli léčebná zařízení, který vám umožní vyřešit.
Technologie výroby bioplynu
Pro výrobu bioplynu by měla být přijata opatření k urychlení procesu přirozeného rozkladu organické hmoty. Před vložením do uzavřené nádoby s omezeným přísunem kyslíku se přírodní suroviny důkladně rozdrtí a smíchají s určitým množstvím vody.
Výsledkem je získání původního substrátu. Přítomnost vody v jejím složení je nezbytná, aby se zabránilo negativním účinkům na bakterie, které mohou nastat při vstupu látek z prostředí. Bez tekuté složky se proces fermentace výrazně zpomaluje a snižuje účinnost celé bioinstalace.
Zařízení průmyslového typu pro zpracování organických surovin je navíc vybaven:
- zařízení pro ohřev substrátu;
- zařízení na míchání surovin;
- zařízení pro sledování kyselosti prostředí.
Tato zařízení výrazně zvyšují účinnost bioreaktorů. Mícháním se z povrchu biomasy odstraní tvrdá kůra, čímž se zvýší množství uvolněného plynu. Doba zpracování organické hmoty je cca 15 dní. Během této doby se rozloží pouze z 25 %. Maximální množství zemního plynu se uvolní, když stupeň rozpadu substrátu dosáhne 33 %.
Technologie výroby biologického plynu zahrnuje každodenní obnovu substrátu. K tomu se z bioreaktoru odstraní 5 % hmoty a na jeho místo se umístí nová část surovin. Spotřebovaný produkt se používá jako potvrzení.
Technologie výroby bioplynu doma
Výroba bioplynu doma probíhá podle následujícího schématu:
- Biologická hmota je rozdrcena. Je nutné získat částice, jejichž velikost nepřesahuje 10 mm.
- Výsledná hmota se důkladně promíchá s vodou. Na 1 kg surovin potřebujete přibližně 700 ml tekuté složky. Použitá voda musí být pitná a bez nečistot.
- Celá nádrž je naplněna výsledným substrátem, načež je hermeticky uzavřena.
- Substrát je vhodné několikrát denně důkladně promíchat, čímž se zvýší efektivita jeho zpracování.
- 5. den výrobního procesu se kontroluje přítomnost bioplynu a ten je postupně pomocí kompresoru přečerpáván do připravených lahví. Pravidelné odstraňování plynných produktů je povinné. Jejich akumulace vede ke zvýšení tlaku uvnitř nádrže, což negativně ovlivňuje proces rozkladu biologické hmoty.
- 15. den výroby se část substrátu odstraní a naloží se čerstvá porce biologického materiálu.
Pro stanovení požadovaného objemu reaktoru pro zpracování biomasy je třeba vypočítat množství kejdy vyprodukované během dne. Je třeba vzít v úvahu druh použitých surovin a teplotní podmínky, které budou v instalaci udržovány. Použitá nádrž by měla být naplněna na 85-90 % svého objemu. Zbývajících 10 % je nutných pro akumulaci vzniklého biologického plynu.
Je třeba vzít v úvahu délku cyklu zpracování. Při udržování teploty +35°C je to 12 dní. Nesmíme zapomenout, že použité suroviny se před odesláním do reaktoru ředí vodou. Proto je jeho množství zohledněno před výpočtem objemu nádrže.
Schéma jednoduché biologické instalace
Pro domácí výrobu bioplynu je nutné vytvořit optimální podmínky pro mikroorganismy, které budou rozkládat biologickou hmotu. Nejprve je vhodné zorganizovat vytápění generátoru, což bude vyžadovat dodatečné náklady.
- Objem nádoby na ukládání odpadu musí být minimálně 1 metr krychlový. m;
- je nutné použít hermeticky uzavřenou nádobu;
- izolace nádrže na biomasu - předpoklad jeho efektivní provoz;
- nádrž lze zahloubit do země. Tepelná izolace je instalována pouze v její horní části;
- V nádobě je instalován ruční mixér. Jeho rukojeť je vyvedena přes utěsněnou jednotku;
- trysky slouží k nakládání/vykládání surovin a příjmu bioplynu.
Technologie výroby podzemních reaktorů
Pro výrobu bioplynu můžete nainstalovat nejvíce snadná instalace, zahloubení do země. Technologie výroby takové nádrže je následující:
- Vykopejte jámu požadované velikosti. Jeho stěny jsou vyplněny keramzitovým betonem, který je navíc vyztužený.
- Na protějších stěnách bunkru jsou ponechány otvory. Instalují potrubí s určitým sklonem za účelem čerpání surovin a těžby odpadního materiálu.
- Téměř u dna je instalováno výstupní potrubí o průměru 70 mm. Jeho druhý konec je instalován v nádrži, do které bude odčerpáván odpadní kal. Doporučuje se, aby byl obdélníkový.
- Potrubí pro přívod surovin je umístěno ve výšce 0,5 m vzhledem ke dnu. Jeho doporučený průměr je 30-35 mm. Horní část potrubí je umístěna do samostatné nádrže pro příjem připravených surovin.
- Horní část bioreaktoru by měla mít kopulovitý nebo kuželový tvar. Může být vyroben z běžného střešního železa nebo jiných plechů. Je povoleno vyrobit víko nádrže pomocí zděné vany. Pro zpevnění jeho struktury je povrch dodatečně omítnut instalací výztužné sítě.
- Na víku nádrže udělám poklop, který by měl být hermeticky uzavřen. Přes něj je také vedeno výstupní potrubí plynu. Navíc je instalován přetlakový ventil.
- Chcete-li substrát smíchat, několik plastové trubky. Musí být ponořeny do biomasy. V potrubí je vytvořeno mnoho otvorů, což umožňuje míchání surovin pomocí pohybujících se plynových bublin.
Výpočet výnosu bioplynu
Výtěžnost biologického plynu závisí na obsahu sušiny v surovině a jejím druhu:
- z 1 tuny hovězího hnoje se získá 50-60 metrů krychlových. m produktu s obsahem methanu 60 %;
- od 1 tuny odpadu rostlinného původu získat 200-500 metrů krychlových. m bioplynu s koncentrací metanu 70 %;
- z 1 tuny tuku se získá 1300 metrů krychlových. m plynu s koncentrací metanu 87 %.
Pro stanovení efektivity výroby se provádějí laboratorní testy použitých surovin. Vypočítává se jeho složení, které ovlivňuje kvalitativní charakteristiky bioplynu.