Mnoho majitelů domácností se obává, jak snížit náklady na vytápění, vaření a dodávky elektřiny. Některé z nich již vlastníma rukama postavily bioplynové stanice a částečně nebo úplně se izolovaly od dodavatelů energií. Ukazuje se, že získat téměř bezplatné palivo v soukromé domácnosti není příliš obtížné.
Co je bioplyn a jak jej lze využít?
Majitelé zemědělských usedlostí vědí: uložením jakéhokoli rostlinného materiálu, ptačího trusu a hnoje na hromadu můžete časem získat cenné organické hnojivo. Málokdo z nich ale ví, že biomasa se nerozkládá sama od sebe, ale vlivem různých bakterií.
Zpracováním biologického substrátu tyto drobné mikroorganismy uvolňují odpadní produkty, včetně plynné směsi. Většina z toho (asi 70 %) je metan – stejný plyn, který hoří v hořácích domácích kamen a topných kotlů.
Myšlenka použití takových ekologických paliv pro různé ekonomické potřeby není nová. Zařízení pro jeho extrakci byla použita zpět v r starověká Čína. Sovětští inovátoři také v 60. letech minulého století zkoumali možnost využití bioplynu. Ale technologie zažila skutečné oživení na počátku 2000s. Na tento moment Bioplynové stanice jsou aktivně využívány v Evropě a USA pro vytápění domácností a další potřeby.
Jak funguje bioplynová stanice?
Princip činnosti zařízení na výrobu bioplynu je poměrně jednoduchý:
- biomasa naředěná vodou se vloží do uzavřené nádoby, kde začne „kvasit“ a uvolňovat plyny;
- obsah nádrže je pravidelně aktualizován - suroviny zpracované bakteriemi jsou vypouštěny a přidávány čerstvé (v průměru cca 5-10% denně);
- Plyn nahromaděný v horní části nádrže je přiváděn speciální trubkou do sběrače plynu a poté do domácích spotřebičů.
Schéma bioplynové stanice.
Jaké suroviny jsou vhodné pro bioreaktor?
Zařízení na výrobu bioplynu jsou rentabilní pouze tam, kde dochází k dennímu doplňování čerstvé organické hmoty – kejdy nebo trusu hospodářských zvířat a drůbeže. Můžete také přidat nasekanou trávu, vršky, listy a domácí odpad(zejména loupání zeleniny).
Účinnost instalace do značné míry závisí na typu nakládané suroviny. Bylo prokázáno, že při stejné hmotnosti se nejvyšší výtěžnost bioplynu získá z prasečí kejdy a krůtího trusu. Na druhé straně kravské exkrementy a silážní odpad produkují při stejném zatížení méně plynu.
Využití biosurovin pro vytápění domácností.
Co nelze v bioplynové stanici použít?
Existují faktory, které mohou výrazně snížit aktivitu anaerobních bakterií, nebo dokonce zcela zastavit proces výroby bioplynu. Suroviny obsahující:
- antibiotika;
- plíseň;
- syntetické detergenty, rozpouštědla a další „chemikálie“;
- pryskyřice (včetně pilin z jehličnatých stromů).
Je neefektivní používat již hnijící hnůj – nakládat lze pouze čerstvý nebo předsušený odpad. Suroviny by také neměly být podmáčené - ukazatel 95% je již považován za kritický. Nicméně ne velký počet čistá voda Stále je nutné jej přidávat do biomasy, aby se usnadnilo její nakládání a urychlil proces fermentace. Hnůj a odpad se ředí na konzistenci řídké krupicové kaše.
Bioplynová stanice pro domácnost
Průmysl již dnes vyrábí zařízení na výrobu bioplynu v průmyslovém měřítku. Jejich pořízení a instalace je nákladné v soukromých domácnostech se vyplatí nejdříve za 7-10 let, za předpokladu, že se ke zpracování používají velké objemy organické hmoty. Zkušenosti ukazují, že v případě potřeby může zručný majitel postavit malou bioplynovou stanici pro soukromý dům vlastníma rukama a z nejdostupnějších materiálů.
Příprava zpracovatelského bunkru
Nejprve budete potřebovat hermeticky uzavřenou válcovou nádobu. Můžete samozřejmě použít velké hrnce nebo varny, ale jejich malý objem neumožní dosáhnout dostatečné produkce plynu. Proto se pro tyto účely nejčastěji používají plastové sudy o objemu 1 m³ až 10 m³.
Můžete si jeden vyrobit sami. PVC desky jsou komerčně dostupné s dostatečnou pevností a odolností vůči agresivnímu prostředí, lze je snadno svařit do konstrukce požadované konfigurace. Jako bunkr lze použít i kovový sud dostatečného objemu. Je pravda, že budete muset provést antikorozní opatření - zakryjte ji uvnitř i venku barvou odolnou proti vlhkosti. Pokud je nádrž vyrobena z nerezové oceli, není to nutné.
Systém výfuku plynu
Výstupní potrubí plynu je namontováno v horní části sudu (obvykle ve víku) - zde se podle fyzikálních zákonů hromadí. Napojeným potrubím je bioplyn přiváděn do vodního uzávěru, dále do akumulační nádrže (volitelně pomocí kompresoru do válce) a do domácích spotřebičů. Doporučuje se také nainstalovat vypouštěcí ventil vedle výstupu plynu - pokud se tlak uvnitř nádrže příliš zvýší, uvolní přebytečný plyn.
Systém dodávky a vykládky surovin
Pro zajištění kontinuální produkce plynné směsi je nutné bakterie v substrátu neustále (denně) „krmit“, to znamená přidávat čerstvý hnůj nebo jinou organickou hmotu. Z bunkru se zase musí odstranit již zpracované suroviny, aby nezabíraly užitečné místo v bioreaktoru.
K tomu jsou v hlavni vytvořeny dva otvory - jeden (pro vyložení) téměř u dna, druhý (pro naložení) výše. Do nich se přivařují (pájejí, lepí) trubky o průměru minimálně 300 mm. Plnicí potrubí je nasměrováno nahoru a opatřeno nálevkou a odtok je uspořádán tak, aby bylo vhodné sbírat zpracovanou kejdu (lze ji později použít jako hnojivo). Spoje jsou utěsněny.
Topení
Tepelná izolace bunkru.
Pokud je bioreaktor instalován venku nebo v nevytápěné místnosti (což je nutné z bezpečnostních důvodů), pak musí být opatřen tepelnou izolací a ohřevem substrátu. První podmínka je dosažena „obalením“ hlavně jakýmkoli izolačním materiálem nebo zahloubením do země.
Co se týče vytápění, zde můžeme zvážit nejvíce různé varianty. Někteří řemeslníci instalují trubky, kterými cirkuluje voda z topného systému, a instalují je podél stěn sudu ve formě cívky. Jiní umístí reaktor do větší nádrže s vodou uvnitř, vyhřívanou elektrickými ohřívači. První možnost je pohodlnější a mnohem ekonomičtější.
Pro optimalizaci provozu reaktoru je nutné udržovat teplotu jeho obsahu na určité úrovni (nejméně 38⁰C). Ale pokud stoupne nad 55 °C, pak se plynotvorné bakterie jednoduše „uvaří“ a proces fermentace se zastaví.
Systém míchání
Jak ukazuje praxe, v konstrukcích ruční míchadlo jakékoli konfigurace výrazně zvyšuje účinnost bioreaktoru. Osa, ke které jsou lopatky „mixéru“ přivařeny (přišroubovány), je odstraněna přes víko sudu. Poté se na něj nasadí klika brány a otvor se pečlivě utěsní. Ne vždy však domácí řemeslníci fermentory takovými zařízeními vybavují.
Výroba bioplynu
Po připravené instalaci se do ní naloží biomasa zředěná vodou v poměru přibližně 2:3. Velký odpad musí být rozdrcen - maximální velikost frakce by neměly přesáhnout 10 mm. Poté se víko uzavře – stačí jen počkat, až směs začne „kvasit“ a uvolňovat bioplyn. Za optimálních podmínek je první dodávka paliva pozorována několik dní po naložení.
Skutečnost, že se plyn „nastartoval“, lze posoudit podle charakteristického bublání ve vodním uzávěru. Současně by měla být hlaveň zkontrolována na těsnost. To se provádí pomocí běžného mýdlového roztoku - nanese se na všechny spoje a pozoruje se, zda se neobjeví bubliny.
První aktualizace biosurovin by měla být provedena zhruba za dva týdny. Po nasypání biomasy do nálevky vyteče z výstupního potrubí stejný objem odpadní organické hmoty. Poté se tento postup provádí denně nebo každé dva dny.
Jak dlouho výsledný bioplyn vydrží?
V malé farmě nebude bioplynová stanice absolutní alternativou zemního plynu a dalších dostupných zdrojů energie. Například s použitím zařízení s kapacitou 1 m³ získáte palivo pouze na několik hodin vaření pro malou rodinu.
Ale s bioreaktorem o objemu 5 m³ je již možné vytápět místnost o ploše 50 m², ale její provoz bude nutné udržovat každodenním nakládáním surovin o hmotnosti alespoň 300 kg. K tomu je potřeba mít na farmě asi deset prasat, pět krav a pár desítek kuřat.
Řemeslníci, kterým se podařilo samostatně vyrobit fungující bioplynové stanice, sdílejí videa s mistrovskými kurzy na internetu:
Dobrý den všem! Tento příspěvek pokračuje v tématu alternativní energie pro vás. V něm vám povím o bioplynu a jeho využití pro vytápění domácnosti a vaření. Toto téma je nejzajímavější pro zemědělce, kteří mají přístup k různým surovinám pro získání tohoto typu paliva. Nejprve si ujasněme, co je bioplyn a odkud pochází.
Odkud bioplyn pochází a z čeho se skládá?
Bioplyn je hořlavý plyn, který vzniká jako produkt životně důležité činnosti mikroorganismů v živném médiu. Tento živné médium může být hnůj nebo siláž, která je umístěna ve speciálním bunkru. V tomto bunkru, zvaném reaktor, vzniká bioplyn. Vnitřek reaktoru bude uspořádán následovně:
Pro urychlení procesu fermentace biomasy je potřeba ji zahřát. K tomu lze použít topné těleso nebo výměník tepla připojený k libovolnému topnému kotli. Nesmíme zapomínat na dobrou tepelnou izolaci, abychom předešli zbytečným nákladům na energie na vytápění. Kromě zahřívání je třeba kvasnou hmotu míchat. Bez toho může být účinnost instalace výrazně snížena. Míchání může být ruční nebo mechanické. Vše závisí na rozpočtu nebo na tom, co je k dispozici technické prostředky. Nejdůležitější věcí v reaktoru je objem! Malý reaktor prostě není fyzicky schopen vyrobit velké množství plynu.
Chemické složení plynu silně závisí na tom, jaké procesy v reaktoru probíhají. Nejčastěji tam dochází k procesu kvašení metanu, při kterém vzniká plyn s vysokým procentem metanu. Ale místo fermentace metanu může dobře nastat proces s tvorbou vodíku. Ale podle mého názoru není vodík pro běžného spotřebitele nezbytný a může být dokonce nebezpečný. Jen si vzpomeňte na smrt vzducholodi Hindenburg. Nyní pojďme zjistit, z čeho lze bioplyn získat.
Z čeho můžete získat bioplyn?
Plyn lze získat z různé typy biomasa. Uveďme je ve formě seznamu:
- Odpad výroba potravin- může to být odpad z porážky nebo výroby mléka. Vhodný odpad z výroby slunečnicového nebo bavlníkového oleje. To je daleko od toho úplný seznam, ale k vyjádření podstaty to stačí. Tento druh suroviny produkuje nejvyšší obsah metanu v plynu (až 85 %).
- Zemědělské plodiny – v některých případech se k výrobě plynu pěstují speciální druhy rostlin. Například silážní kukuřice popř Mořská řasa. Procento obsahu metanu v plynu se pohybuje kolem 70 %.
- Hnůj se nejčastěji používá na velkochovech hospodářských zvířat. Procento metanu v plynu při použití hnoje jako suroviny obvykle nepřesáhne 60 % a zbytek bude tvořit oxid uhličitý a poměrně málo sirovodíku a čpavku.
Blokové schéma zařízení na bioplyn.
Abychom co nejlépe porozuměli fungování bioplynové stanice, podívejme se na následující obrázek:
Struktura bioreaktoru byla probrána výše, takže o ní nebudeme mluvit. Podívejme se na další součásti instalace:
- Přijímač odpadu je druh kontejneru, do kterého v první fázi spadají suroviny. V něm lze suroviny smíchat s vodou a rozdrtit.
- Čerpadlo (za sběračem odpadu) je fekální čerpadlo, pomocí kterého je do reaktoru čerpána biomasa.
- Kotel je topný kotel využívající jakékoli palivo, určený k ohřevu biomasy uvnitř reaktoru.
- Čerpadlo (vedle kotle) je oběhové.
- „Hnojivo“ je nádoba, do které padá fermentovaný kal. Jak je zřejmé z kontextu, lze jej použít jako hnojivo.
- Filtr je zařízení, ve kterém se bioplyn uvádí do stavu. Filtr odstraňuje přebytečné plyny a vlhkost.
- Kompresor - stlačuje plyn.
- Sklad plynu je uzavřená nádrž, ve které lze skladovat plyn připravený k použití po libovolně dlouhou dobu.
Bioplyn pro soukromý dům.
Mnoho majitelů malých farem přemýšlí o využití bioplynu pro vnitřní potřebu. Ale poté, co se podrobněji dozvěděli, jak to všechno funguje, většina od této myšlenky upouští. To je způsobeno tím, že zařízení na zpracování hnoje nebo siláže stojí hodně peněz a výstup plynu (v závislosti na surovině) může být malý. To zase činí instalaci zařízení nerentabilní. Farmáři obvykle instalují primitivní zařízení, která běží na hnoji pro soukromé domy. Nejčastěji jsou schopni zajistit pouze plyn do kuchyně a nízkopříkonový nástěnný plynový kotel. Ve stejnou dobu technologický postup budete muset vynaložit mnoho energie na vytápění, čerpání a provoz kompresoru. Ze zobrazení nelze vyloučit ani drahé filtry.
Obecně platí, že zde platí toto: čím větší je samotná instalace, tím výnosnější je její provoz. Ale pro domácí podmínky je to téměř vždy nemožné. To ale neznamená, že domácí instalace nikdo nedělá. Navrhuji, abyste se podívali na následující video, abyste viděli, jak to vypadá s použitím odpadních materiálů:
Souhrn.
Bioplyn — skvělá cesta užitečné zpracování organický odpad. Výstupem je palivo a užitečné hnojivo ve formě fermentovaného kalu. Tato technologie funguje tím efektivněji, čím větší je objem zpracovávaných surovin. Moderní technologie umožňují výrazně zvýšit produkci plynu pomocí speciálních katalyzátorů a mikroorganismů. Hlavní nevýhodou toho všeho je vysoká cena jednoho metru krychlového. Pro obyčejní lidé nejčastěji bude mnohem levnější nakupovat plyn v lahvích, než stavět zařízení na zpracování odpadu. Ale samozřejmě existují výjimky ze všech pravidel, takže před rozhodnutím přejít na bioplyn se vyplatí spočítat cenu za metr krychlový a dobu návratnosti. To je zatím vše, dotazy pište do komentářů
Bioplyn- plyn vyrobený metanovou fermentací biomasy. K rozkladu biomasy dochází vlivem tří 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. Během fermentačního procesu se z bioodpadu vyrábí bioplyn. Tento plyn lze využít jako běžný zemní plyn – k vytápění a výrobě elektřiny. Dá se stlačit, použít k doplňování paliva do auta, akumulovat, čerpat. V podstatě jako vlastník a plný vlastník dostáváte vlastní plynovou studnu a výnosy z ní. Vlastní instalaci zatím není potřeba nikde registrovat.
Složení a kvalita bioplynu
50-87 % metanu, 13-50 % CO2, minoritní nečistoty H2 a H2S. Po vyčištění bioplynu od CO2 se získá biometan; toto je úplný analog zemní plyn, rozdíl je pouze v původu.
Protože pouze metan dodává energii z bioplynu, je vhodné popsat kvalitu plynu, výtěžnost plynu a množství plynu, aby se vše vztahovalo k metanu s jeho standardizovanými ukazateli.
Objem plynů závisí na teplotě a tlaku. Vysoké teploty vést k natažení plynu a ke kalorické hladině, která se snižuje s objemem a naopak. S rostoucí vlhkostí se také snižuje obsah kalorií v plynu. Aby bylo možné výkony plynů vzájemně porovnávat, je nutné je korelovat s normálním stavem (teplota 0 C, Atmosférický tlak 1 bar, relativní vlhkost plynu 0%). Obecně jsou údaje o produkci plynu vyjádřeny v litrech (l) nebo metrech krychlových metanu na kilogram organické sušiny (oDM); to je mnohem přesnější a výmluvnější než údaje v metrech krychlových bioplynu v metrech krychlových čerstvého substrátu.
Suroviny pro výrobu bioplynu
Seznam organických odpadů vhodných pro výrobu bioplynu: hnůj, ptačí trus, obilné a křídové lihovarské výpalky, mláto, řepné řízky, fekální kaly, odpad z ryb a jatek (krev, tuk, vnitřnosti, třtina), tráva, domovní odpad, odpadní mlékárny - slaná a sladká syrovátka, odpad z výroby bionafty - technický glycerin z výroby bionafty z řepky, odpady z výroby šťáv - ovocné, bobulovité, zeleninové dřeně, hroznové výlisky, odpady z výroby řas, škrobu a melasy - dužina a sirup, zpracování brambor odpad , výroba štěpků - slupky, slupky, shnilé hlízy, kávová drť.
Výpočet užitečného bioplynu na farmě
Výtěžnost bioplynu závisí na obsahu sušiny a druhu použité suroviny. Z tuny velkého hnoje dobytek Získává se 50-65 m3 bioplynu s obsahem metanu 60 %, 150-500 m3 bioplynu z různých typů zařízení s obsahem metanu do 70 %. Z tuku lze získat maximální množství bioplynu - 1300 m3 s obsahem metanu až 87 %.
Rozlišuje se teoretický (fyzicky možný) a technicky proveditelný výstup plynu. V 50. – 70. letech 20. století byla technicky možná výtěžnost plynu pouze 20 – 30 % teoretické. Použití enzymů, boosterů pro umělou degradaci surovin (ultrazvukové nebo kapalné kavitátory) a dalších zařízení dnes umožňuje zvýšit výtěžnost bioplynu v klasickém zařízení z 60 % na 95 %.
Při výpočtech bioplynu se používá pojem sušina (DM nebo anglicky TS) nebo suchý zbytek (CO). Voda obsažená v biomase sama o sobě plyn neprodukuje.
V praxi se z 1 kg sušiny získá 300 až 500 litrů bioplynu.
Pro výpočet výtěžnosti bioplynu z konkrétní suroviny je nutné provést laboratorní testy nebo nahlédnout do referenčních údajů a následně stanovit obsah tuků, bílkovin a sacharidů. Při stanovení posledně jmenovaného je důležité zjistit procento rychle odbouratelných (fruktóza, cukr, sacharóza, škrob) a obtížně rozložitelných látek (celulóza, hemicelulóza, lignin).
Po určení obsahu látek můžete vypočítat výtěžnost plynu pro každou látku zvlášť a poté sečíst. Když byl bioplyn spojován s hnojem (ve venkovských oblastech tato situace trvá dodnes - zeptal jsem se v regionálním centru tajgy, Verkhovazhye, oblast Vologda), byl použit koncept „živočišné jednotky“. Dnes, kdy se naučili vyrábět bioplyn z libovolných organických surovin, se tento koncept vzdálil a přestal se používat.
Ale kromě odpadu lze bioplyn vyrábět ze speciálně pěstovaných energetických plodin, například ze silážní kukuřice nebo silphia, a také řas. Výkon plynu může dosáhnout až 500 m3 z 1 tuny.
Skládkový plyn je jedním z druhů bioplynu. Získává se na skládkách z komunálního domovního odpadu.
Environmentální hledisko při využívání bioplynu
Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Metan ovlivňuje Skleníkový efekt 21krát silnější než směs CO2 a zůstává v atmosféře až 12 let. Zachycování a omezení šíření metanu je nejlepší krátkodobá metoda prevence globální oteplování. To je místo, kde se na průsečíku výzkumu odhaluje další oblast vědy, která byla dosud málo prozkoumána.
Zpracovaný hnůj, výpalky a další odpad se používají jako hnojivo zemědělství. Tím se snižuje používání chemických hnojiv a snižuje se zatížení podzemních vod.
Výroba bioplynu
Existují průmyslové a řemeslné instalace.
Průmyslová zařízení se od řemeslných liší přítomností mechanizace, topných systémů, homogenizace a automatizace. Nejběžnější průmyslovou metodou je anaerobní vyhnívání ve fermentorech.
Spolehlivá bioplynová stanice musí mít potřebné díly:
Homogenizační nádrž;
nakladač pevných (tekutých) surovin;
samotný reaktor;
míchadla;
držák plynu;
systém míchání vody a topení;
plynový systém;
benzínka;
oddělovač;
ovládací zařízení;
bezpečnostní systém.
Vlastnosti zařízení na výrobu bioplynu
V průmyslovém závodě se odpad (suroviny) periodicky přivádí do reaktoru pomocí čerpací stanice nebo nakladače. Reaktor je vyhřívaná a izolovaná železobetonová nádrž vybavená míchadly.
Prospěšné bakterie „žijí“ v reaktoru a živí se odpadem. Odpadním produktem bakterií je bioplyn. Pro zachování životnosti bakterií je nutný přísun potravin - odpadu, ohřev na 35°C a periodické míchání. Vzniklý bioplyn se akumuluje ve skladu (plynojem), poté prochází čistícím systémem a je dodáván spotřebitelům (kotel nebo elektrocentrála). Reaktor pracuje bez přístupu vzduchu, je prakticky utěsněný a zdravotně nezávadný.
Pro fermentaci některých druhů surovin v jejich čisté formě je zapotřebí speciální dvoustupňová technologie.
Například ptačí trus a alkoholové výpalky se v běžném reaktoru nezpracovávají na bioplyn. Pro zpracování takových surovin je nutný další hydrolytický reaktor. Umožňuje vám kontrolovat úroveň kyselosti, takže bakterie neumírají kvůli zvýšení obsahu kyselin nebo zásad.
Významné faktory ovlivňující proces fermentace:
Teplota;
vlhkost prostředí;
úroveň pH;
poměr C:N:P;
povrchová plocha částic suroviny;
frekvence dodávky substrátu;
látky, které zpomalují reakci;
stimulační doplňky.
Aplikace bioplynu
Bioplyn se používá jako palivo k výrobě elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro vozidla. Bioplynové stanice lze využít jako čistíren odpadních vod na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech, masokombinátech a ve zvláštním případě mohou nahradit i veterinární a hygienické zařízení, kde lze mršinu místo výroby masokostní moučky recyklovat na bioplyn.
Rostoucí ceny energií nás nutí hledat alternativní možnosti vytápění. Dobrých výsledků lze dosáhnout vlastní výrobou bioplynu z dostupných organických surovin. V tomto článku budeme hovořit o výrobním cyklu, konstrukci bioreaktoru a souvisejícím zařízení.
Při dodržení základních provozních pravidel je plynový reaktor zcela bezpečný a je schopen zásobovat palivem a elektřinou i malý dům nebo celý zemědělský komplex. Výsledkem bioreaktoru je nejen plyn, ale také jeden z nejcennějších druhů hnojiv, hlavní složka přírodního humusu.
Jak získat bioplyn
Pro výrobu bioplynu jsou organické suroviny umístěny do podmínek příznivých pro rozvoj několika druhů bakterií, které během svých životních procesů produkují metan. Biomasa prochází třemi cykly transformace a v každé fázi se účastní různé kmeny anaerobních organismů. Kyslík není pro jejich životní činnost potřeba, ale ano velká důležitost složení suroviny a její konzistence, dále teplota a vnitřní tlak. Za optimální jsou považovány podmínky s teplotou 40-60 °C a tlakem do 0,05 atm. Naložená surovina začne produkovat plyn po delší aktivaci, která trvá několik týdnů až šest měsíců.
Začátek uvolňování plynu ve vypočteném objemu naznačuje, že kolonie bakterií jsou již poměrně početné, proto se po 1-2 týdnech dávkují čerstvé suroviny do reaktoru, který se téměř okamžitě aktivuje a vstupuje do výrobního cyklu.
Pro udržení optimálních podmínek jsou suroviny periodicky promíchávány a k udržení teploty se využívá část tepla z plynového ohřevu. Výsledný plyn obsahuje od 30 do 80 % metanu, 15-50 % oxidu uhličitého, malé příměsi dusíku, vodíku a sirovodíku. Pro domácí použití se plyn obohacuje tím, že se z něj odstraňuje oxid uhličitý, a poté lze palivo využít v široké škále energetických zařízení: od motorů elektráren až po topné kotle.
Jaké suroviny jsou vhodné pro výrobu
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení není hnůj nejlepší surovinou pro výrobu bioplynu. Výtěžnost paliva z tuny čistého hnoje je pouze 50-70 m 3 s koncentrací 28-30 %. Je to však živočišný odpad, který obsahuje většinu bakterií nezbytných pro rychlé spuštění a udržení efektivního provozu reaktoru.
Z tohoto důvodu se kejda mísí s odpady z rostlinné výroby a potravinářského průmyslu v poměru 1:3. Jako rostlinné suroviny se používají:
Suroviny nelze jednoduše nalít do reaktoru, je nutná určitá příprava. Výchozí substrát se rozdrtí na frakci 0,4-0,7 mm a zředí se vodou v množství asi 25-30 % sušiny. Ve větších objemech vyžaduje směs důkladnější promíchání v homogenizačních zařízeních, po kterém je připravena k naložení do reaktoru.
Stavba bioreaktoru
Požadavky na podmínky umístění reaktoru jsou stejné jako u pasivního septiku. Hlavní částí bioreaktoru je fermentor – nádoba, ve které probíhá celý fermentační proces. Aby se snížily náklady na ohřev hmoty, je reaktor zahlouben do země. Teplota média tak neklesne pod 12-16 °C a únik tepla generovaný během reakce zůstává minimální.
Schéma bioplynové stanice: 1 - zásobník suroviny; 2 - bioplyn; 3 - biomasa; 4 — nádrž kompenzátoru; 5 — poklop pro odstranění odpadu; 6 — přetlakový ventil; 7 - plynová trubka; 8 — vodní uzávěr; 9 - spotřebitelům
Pro digestoře o objemu do 3 m 3 je povoleno používat nylonové nádoby. Vzhledem k tomu, že tloušťka a materiál jejich stěn nezasahují do odtoku tepla, jsou nádoby vyloženy vrstvami polystyrenové pěny nebo minerální vlny odolné proti vlhkosti. Dno jámy je vybetonováno 7-10 cm mazaninou s výztuží, aby nedošlo k vymáčknutí reaktoru ze země.
Nejvhodnějším materiálem pro stavbu velkých reaktorů je vyztužený keramzitbeton. Má dostatečnou pevnost, nízkou tepelnou vodivost a dlouhou životnost. Před nalitím stěn komory musíte nainstalovat nakloněnou trubku pro přívod směsi do reaktoru. Jeho průměr je 200-350 mm, spodní konec by měl být 20-30 cm ode dna.
V horní části fermentoru je držák plynu - kupolová nebo kuželová konstrukce, která koncentruje plyn v horním bodě. Plynojem může být plechový, ale u malých instalací je klenba vyzděná a následně obložená ocelovou sítí a omítnuta. Při konstrukci plynové nádrže je nutné zajistit v její horní části utěsněný průchod dvou trubek: pro přívod plynu a instalaci přetlakového ventilu. Pro odčerpání odpadní hmoty se položí další potrubí o průměru 50-70 mm.
Nádoba reaktoru musí být utěsněná a odolávat tlaku 0,1 atm. K tomu je vnitřní povrch digestoře pokryt souvislou vrstvou povlakové bitumenové hydroizolace a na horní straně plynojemu je namontován utěsněný poklop.
Odstraňování a obohacování plynu
Z pod kupolí plynové nádrže je plyn vypouštěn potrubím do nádoby s vodním uzávěrem. Tloušťka vodní vrstvy nad výstupem z trubky určuje provozní tlak v reaktoru a je obvykle 250-400 mm.
Po vodním uzávěru lze plyn použít v topných zařízeních a k vaření. Spalovací motory však ke svému provozu vyžadují vyšší obsah metanu, takže se plyn obohacuje.
První fází obohacování je snížení koncentrace oxidu uhličitého v plynu. K tomu můžete použít speciální zařízení, které funguje na principu chemické absorpce nebo na polopropustných membránách. Doma je obohacování možné i průchodem plynu vrstvou vody, ve které se rozpustí až polovina CO 2 . Plyn je rozprašován do malých bublinek pomocí trubkových provzdušňovačů a voda nasycená oxidem uhličitým musí být periodicky odstraňována a atomizována za normálních atmosférických podmínek. V komplexech pro pěstování rostlin se taková voda úspěšně používá v hydroponických systémech.
Ve druhém stupni obohacování se obsah vlhkosti plynu snižuje. Tato funkce je přítomna ve většině továrně vyrobených obohacovacích zařízení. Domácí odvlhčovače vypadají jako trubice ve tvaru Z naplněné silikagelem.
Využití bioplynu: specifika a zařízení
Většina moderních modelů topných zařízení je navržena pro práci s bioplynem. Zastaralé kotle lze poměrně snadno předělat výměnou hořáku a zařízení na přípravu směsi plyn-vzduch.
Pro získání plynu pod provozním tlakem se používá konvenční pístový kompresor s přijímačem, nastaveným na provoz při tlaku 1,2 konstrukčního tlaku. Normalizace tlaku se provádí pomocí redukčního ventilu, což pomáhá vyhnout se kapkám a udržovat rovnoměrný plamen.
Produktivita bioreaktoru musí být minimálně o 50 % vyšší než spotřeba. Při výrobě nevzniká žádný přebytečný plyn: když tlak překročí 0,05-0,065 atm, reakce se téměř úplně zpomalí a obnoví se až po odčerpání části plynu.
nové instalace. Alemani, kteří obývali mokřady v povodí Labe, si představovali draky v naplaveném dříví v bažině. Věřili, že hořlavý plyn hromadící se v jámách v bažinách byl 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.
Povaha biologického procesu rozkladu organických látek se vznikem metanu se za poslední tisíciletí nezměnila. 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 dalších cenných vedlejších produktů zpracováním odpadů ze zemědělské výroby, potravinářského průmyslu a komunálních služeb.
Výroba bioplynu z organického odpadu má tyto pozitivní vlastnosti:
- se provádí sanitace odpadní voda(zejména hospodářských a komunálních), obsah organických látek se sníží 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 tradičních způsobů přípravy organických hnojiv pomocí kompostovacích metod, které ztrácejí 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
Přímo
- výroba bioplynu (metanu).
- výroba elektřiny a tepla
- výroba ekologických hnojiv
Nepřímý
- nezávislost na centralizovaných sítích, tarifech přirozené monopoly, úplná soběstačnost elektřiny a tepla
- řešení pro každého problémy životního prostředí podniky
- výrazné snížení nákladů na zakopání, odstranění a likvidaci odpadu
- možnost vlastní výroby motorového paliva
- 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 %. Podle absolutní ukazatele Z hlediska počtu středních a velkých instalací zaujímá přední místo Německo - 8 000 tisíc kusů. V západní Evropa minimálně polovina všech drůbežích farem je 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 milionu 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 domácí odpad. 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