Газогенератор на навозе. Домашняя биогазовая установка своими руками

Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.

Оставшаяся доля веществ (25-45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Технология получения биогаза

Суть эффективного производства - ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе - генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.

Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.

Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.

Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.

Схема биогазовой установки

Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.

Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:

герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.

Как получить биогаз в домашних условиях?

Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.

Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:

Заключение

Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.

Среди важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на которые растут чуть ли не каждый месяц. Каждый зимний сезон пробивает брешь в семейных бюджетах, заставляя нести расходы на отопление, а значит, на топливо для печей и отопительных котлов. А как быть, ведь электроэнергия, газ, уголь или дрова стоят денег и чем более удалены наши жилища от крупных энергетических магистралей, тем дороже обойдется отопление… Между тем альтернативное отопление, не зависимое от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования.

Биогаз можно получить в практически домашних условиях, понеся при этом минимальные, быстро окупаемые затраты - большую часть ответов по этому вопросу содержит данная статья.

Отопление биогазом - история

Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в теплый сезон года, возник еще у наших далеких предков - передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад. В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит - они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.

Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе свое открытие - в 17-18 веках сразу два европейских ученых обратили на него внимание. Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза. В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц - в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.

В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе. Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли - электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.

Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось - они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года. По своей сути биогаз - реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причем на любые цели и в достаточном количестве.

Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объем производимого метана - около 27 млрд. м3 за год.

Биогаз - что это

Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производят команда из трех видов бактерий, питающихся биомассой - гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.

Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной. Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются - и напрасно!

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана

Прежде всего - от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью. По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативной топливо, потребует теплоизоляцию биореактора и введение теплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды - до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в ее составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз можно получить из практически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т.д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8-8,0 - большая кислотность замедлит формирование биогаза, т.к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 - в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.

Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32-35 °С, при более низких и более высоких значениях температуры в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает. Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе. Ее минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большим сроком полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т.к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъем и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдет за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны. Отрицательные характеристики: смена температурного режима на 2 градуса за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие - значительные затраты энергоносителей.

Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо ее устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.В биореакторах непрерывного цикла работы наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию и загрузке объема новой органики в количестве, равном выгружаемому объему. В биореакторы небольшого объема из тех, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки требуется извлечь и ввести органики в объеме, примерно равном 5% от внутреннего объема камеры ферментации.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
навоз КРС (крупного рогатого скота) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
куриный помет - 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.

Биогазовые установки

Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.

По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:

без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
без обогрева, но с промешиванием органической массы;
с обогревом и промешиванием;
с обогревом, с промешиванием и с приборам, позволяющими контролировать и управлять процесс ферментации.

Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объем биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам. Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5-20 °С.

Удаление ферментированной (сброженной) органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в емкость, объем которой должен быть равным или больше внутреннего объема биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую почву. Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, ее производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в ее оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.

Третий тип биогазовых установок оснащен помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котел при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.

Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.

Биогазовая установка своими руками

Теплотворность биогаза, произведенного в биогазовых установках, примерно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности природного газа (7 000 ккал/м3). Для отопления 50 м2 жилого дома и использования газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза.

Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. - при их внешне высокой стоимости стоит отметить, что эти установки точно рассчитаны по объему загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.

Если же вы предпочитаете создать биогазовую установку самостоятельно, то дальнейшая информация - для вас!

Форма биореактора

Наилучшая форма для него будет овальной (яйцеобразной), однако соорудить такой реактор крайне сложно. Более легким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса или полукруга. Реакторы квадратной или прямоугольной формы из кирпича или бетона будут малоэффективны, т.к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в углах будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации.Стальные емкости биореакторов герметичны, устойчивы к высокому давлению, их не так сложно построить. Их минус - в слабой устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стенки защитного покрытия, к примеру, смолы. Снаружи поверхности стального биореактора необходимо тщательно зачистить и окрасить в два слоя.

Емкости биореакторов из бетона, кирпича или камня необходимо самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, способным обеспечить их эффективную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию сероводорода и органических кислот. Помимо смолы для защиты внутренних поверхностей реактора можно использовать парафин, разбавленный 4% моторного масла (нового) или керосина и разогретый до 120-150 °С - поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя необходимо прогреть горелкой.

При создании биореактора можно воспользоваться не подверженными ржавчине емкостями из пластика, но только из жесткого пластика с достаточно прочными стенками. Мягкий пластик можно использовать только в теплый сезон, т.к. с наступлением холодов на нем будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стенки его недостаточно прочны. Пластиковые биореакторы можно применять только для психрофильной ферментации органики.

Место размещения биореактора

Его размещение планируют в зависимости от свободного места на данном участке, достаточного удаления от жилых построек, удаленности от места размещения отходов, от мест размещения животных и т.д. Планирование наземного, полностью или частично погруженного в землю биореактора зависит от уровня грунтовых вод, удобства ввода и вывода органического субстрата в емкость реактора. Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня земли - достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата в емкость реактора, существенно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой можно применить недорогие материалы (солому, глину).

Оснащение биореактора

Емкость реактора требуется оборудовать люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы. Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического субстрата.

Теплоизоляция биореактора

Ее отсутствие не позволит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, лишь в теплое его время. Для утепления заглубленного или полузаглубленного биореактора используется глина, солома, сухой навоз и шлак. Укладка утеплителя выполняется слоями - при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем пвх-пленки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного материала с почвой. До установки биореактора на дно котлована с уложенной пвх-пленкой насыпается солома, поверх нее слой глины, затем выставляется биореактор. После этого все свободные участки между емкостью реактора и проложенным пвх-пленкой котлованом засыпаются соломой практически до торца емкости, поверх, 300 мм слоем засыпается слой глины вперемешку со шлаком.

Загрузка и выгрузка органического субстрата

Диаметр труб загрузки в биореактор и выгрузки из него должен быть не меньше 300 мм, иначе они забьются. Каждую из этих труб в целях сохранениях анаэробных условий внутри реактора следует оснастить винтовыми или полуоборотными задвижками. Объем бункера для подачи органики, в зависимости от типа биогазовой установки, должен быть равным суточному объему вводимого сырья. Бункер подачи следует расположить на солнечной стороне биореактора, т.к. это будет способствовать повышению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. Если же биогазовая установка связана непосредственно с фермой, то бункер следует разместить под ее строением так, чтобы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.

Трубопроводы загрузки и выгрузки органического субстрата следует расположить по противоположным сторонам биореактора — в этом случае вводимое сырье будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под воздействием гравитационных сил и массы свежего субстрата. Отверстия и монтаж трубопровода под загрузку и выгрузку органики следует выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нем слоев теплоизоляции. Герметичность внутреннего объема биореактора достигается тем, что вводы труб загрузки и выгрузки субстрата расположены под острым углом, при этом уровень жидкости внутри реактора выше точек ввода труб — гидравлический затвор блокирует доступ воздуха.

Ввод нового и вывод прошедшего ферментацию органического материала проще всего проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объеме, равном объему вводимого материала.

Необходимые обязательные материалы:

две ёмкости;
соединительные трубы;
клапаны;
газовый фильтр;
средства обеспечения герметичности (клей, смола, герметик и т.п.);

Желательные:

мешалка с электродвигателем;
датчик температуры;
датчик давления;

Указанная ниже последовательность подходит для южных регионов. Для работоспособности в любых условиях следует добавить систему подогрева реактора, которая будет обеспечивать нагрев сосуда до 40 градусов Цельсия и повысить теплоизоляцию, например, обнести конструкцию теплицей. Теплицу желательно покрыть черной пленкой. Также желательно добавить к трубопроводу устройство вывода конденсата.

Создание простой биогазовой установки:

Создать накопительную ёмкость. Выбираем резервуар, где будет храниться полученный биогаз. Резервуар фиксируется клапаном и оснащается манометром. Если потребление газа постоянно, то необходимости в газгольдере нет.
Утеплить конструкцию внутри котлована.
Установить трубы. Проложить в котлован трубы для загрузки сырья и выгрузки компостного перегноя. В ёмкости реактора делается входное и выходное отверстие. Реактор помещается в котлован. К отверстиям подводятся трубы. Трубы плотно закрепляются с помощью клея или других подходящих средств. Диаметр труб менее 30 см будет способствовать их забиванию. Место загрузки следует выбирать на солнечной стороне.
Установить люк. Ректор, оснащённый люком, делает более удобными работы по ремонту и профилактике. Люк и корпус реактора следует проклеить резиной. Также можно установить датчики температуры, давления и уровня сырья.
Выбрать ёмкость для биореактора. Выбранная ёмкость должна быть прочной – так как при ферментации выделяется большое количество энергии; обладать хорошей теплоизоляцией; быть воздухо и водонепроницаемой. Лучше всего подходят сосуды яйцеобразной формы. Если соорудить такой реактор проблематично, то хорошей альтернативой будет сосуд цилиндрической формы с округлёнными краями. Ёмкости квадратной формы менее эффективны потому, что в углах будет накапливаться затвердевшая биомасса, затрудняющая ферментацию.
Подготовить котлован.
Выбрать место для монтажа будущей установки. Желательно выбирать место достаточно далеко от дома и так, чтобы можно было выкопать яму. Размещение внутри ямы позволяет существенно сэкономить на теплоизоляции, используя для этого дешёвые материалы вроде глины.
Проверить герметичность полученной конструкции.
Запустить систему.
Добавить сырьё. Ждём около двух недель пока пройдут все необходимые процессы.Необходимое условие горения газа – избавление от двуокиси углерода. Для этого подойдёт обычный фильтр из строительного магазина. Самодельный фильтр делается из отрезка газовой трубы длиной в 30 см, наполненного сухими деревянными и металлическими стружками.

Состав и виды

Биогазом называется газ, полученный в результате трёхфазного биохимического процесса над биомассой, проходящего в герметичных условиях.

Процесс разложения биомассы последователен: сперва она подвергается воздействию гидролизных бактерий, затем кислотообразующих и в конце метанобразующих. Материалом для микроорганизмов на каждом этапе служит продукт деятельности предшествующего этапа.

На выходе приблизительный состав биогаза выглядит так:

метан (от 50 до 70%);
углекислый газ (от 30 до 40%);
сероводород (~2%);
водород (~1%);
аммиак (~1%);

На точность пропорций влияет используемое сырьё и технология получения газа. Потенциалом для горения обладает метан, чем его процент выше, тем лучше.

Опыт применения горючего болотного газа имеют древние культуры, датируемые более трёх тысячелетним возрастом (Индия, Персия или Ассирия). Научное обоснование сформировалось гораздо позже. Химическая формула метана СН 4 была открыта учёным Джоном Дальтоном, вхождение метана в состав болотного газа обнаружено Гемфри Дэви. Большую роль на развитии отрасли альтернативной энергии сыграла Вторая мировая война, требующая от воюющих сторон огромной потребности в энергоресурсах.

Обладание СССР громадными запасами нефти и природного газа привело к невостребованности других технологий получения энергии, исследование биогаза в основном было предметом интереса академической науки. На текущий момент ситуация поменялась настолько, что, помимо промышленной добычи разных видов топлива, создать биогазовую установку для своих целей под силу любому человеку.

Устройство установки

– комплекс оборудования, предназначенного для получения биогаза из органического сырья.

По типу подачи сырья выделяют следующие виды биогазовых установок:

с порционной подачей;
с непрерывной подачей;

Биогазовые установки с постоянной подачей сырья являются более эффективными.

По типу обработки сырья:

Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
С автоматическим перемешиванием , но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
С поддержкой необходимой температуры , но без автоматического перемешивания.
С автоматическим перемешиванием сырья и поддержкой температуры.

Принцип работы

Процесс преобразования органического сырья в биогаз называется ферментацией. Сырьё загружается в специальную ёмкость, обеспечивающую надёжную защиту биомассы от доступа кислорода. Событие, происходящее без вмешательства кислорода, называется анаэробным.

Под воздействием специальных бактерий в анаэробной среде начинает происходить ферментация. По мере развития брожения сырьё покрывается коркой, которую необходимо регулярно разрушать. Разрушение производится с помощью тщательного перемешивания.

Перемешивать содержимое требуется минимум два раза в сутки, не нарушая при этом герметичности процесса. Кроме удаления корки промешивания позволяет равномерно распределить кислотность и температуру внутри органической массы. В результате этих манипуляций вырабатывается биогаз.

Полученный газ собирается в газгольдере, оттуда по трубам доставляется потребителю. Биоудобрения, полученные после переработки исходного сырья, можно использовать как пищевую добавку для животных или добавлять в почву. Такое удобрение называется компостным перегноем.

Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:

ёмкость гомогенизации;
реактор;
мешалки;
резервуар для хранения (gas-holder);
комплекс отопления и смешивания воды;
газовый комплекс;
комплекс насосов;
сепаратор;
датчики контроля;
КИПиА с визуализацией;
система безопасности;

Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.

Используемое сырьё

Разложение любых остатков животного или растительного происхождения выделяет горючий газ в различной степени. Хорошо подходят для сырья смеси различного состава: навоз, солома, трава, разные отходы и т.д. Для химической реакции требуется влажность в 70%, поэтому сырьё необходимо разбавлять водой.

Неприемлемо наличие в органической биомассе очистительных средств, хлора, стиральных порошков, так как они препятствуют химическим реакциям и могут повредить реактор. Также не подходит для реактора сырьё с опилками хвойных деревьев (содержащие смолы), с высокой долей лигнина и с превышением порога влажности в 94%.

Растительное. Растительное сырьё великолепно подходит для производства биогаза. Максимальный выход топлива даёт свежая трава – из тонны сырья получается около 250 м 3 газа с долей метана в 70%. Кукурузный силос немногим меньше – 220 м 3 . Ботва от свеклы – 180 м 3 .

Можно использовать в качестве биомассы практически любые растения, сено или водоросли. Недостаток применения заключается в длительности производственного цикла. Процесс получения биогаза занимает до двух месяцев. Сырьё должно обязательно быть мелко измельчено.

Животное. Отходы перерабатывающих, молочных предприятий, со скотобоен и т.д. пригодны для биогазовой установки. Максимальный выход топлива дают животные жиры – 1500 м 3 биогаза с долей метана в 87%. Основной недостаток – дефицит. Животное сырьё также должно быть измельчено.

Экскременты. Главное достоинство навоза его дешевизна и легкодоступность. Недостаток – количество и качество биогаза ниже, чем от других видов сырья. Лошадиные и коровьи экскременты можно перерабатывать сразу. Производственный цикл займёт приблизительно две недели и даст выход объемом 60 м 3 с 60% содержанием метана.

Куриный помёт и свиной навоз напрямую применять нельзя, потому что они токсичны. Чтобы запустить процесс ферментации их надо смешать с силосом. Продукт жизнедеятельности человека также можно использовать, но канализационные стоки не подойдут, так как содержание фекалий мало.

Схемы работы

Схема 1 – биогазовая установка без автоматического перемешивания сырья:

Схема 2 – биогазовая установка промышленного типа:

Напоследок приведём список полезной информации, которая поможет вам избежать дополнительных проблем при создании биогазовой установки:

Практика говорит, что для обогрева жилого помещения площадью 50 м 2 необходимо затратить газа объёмом 3,5 м 3 в час.
Нежелательно применять биогаз напрямую для приготовления пищи, потому что могут измениться вкусовые качества.
Необходимо избегать попадания в сырьё твёрдых предметов (гаек, болтов и т.п.), потому что оборудование может испортиться.

Чтобы биогаз стабильно горел, он должен соответствовать определённым стандартам:

содержание метана минимум 65% (оптимальное содержание от 90 до 95%);
должны отсутствовать водяные пары, водород и углекислый газ;
нормальное давление при подаче газа 12,5 бар;

В случае, если при скачке давления или по другим причинам газ потухнет, а его подача будет продолжаться, может привести к трагическим последствиям. Поэтому следует использовать современное оборудование с датчиками газового контроля.

Предположим, природного газа в вашей деревне не было и не будет. А даже если есть, он денег стоит. Хотя и на порядок дешевле, чем разорительное отопление электричеством и жидким топливом. Ближайший цех по производству пеллет находится в паре сотен километров, везти накладно. Дрова купить с каждым годом всё сложнее, да и топить ими хлопотно. На этом фоне весьма заманчиво выглядит идея получать дармовой биогаз на собственном подворье из сорняков, куриного помёта, навоза от любимой свинки или содержимого хозяйского нужника. Достаточно лишь смастерить биореактор! По телевизору рассказывают, как экономные немецкие фермеры согревают себя «навозными» ресурсами и никакой «Газпром» им теперь не нужен. Вот уж где справедлива поговорка «с фекалий плёнку снимет». Интернет пестрит статьями и роликами на тему «биогаз из биомасс» и «биогазовая установка своими руками». Но о практическом применении технологии у нас мало что известно: про производство биогаза в домашних условиях говорят все, кому не лень, но конкретные примеры в деревне, так же, как и легендарный Ё-Мобиль на дороге, мало кто видел живьём. Попробуем разобраться, почему это так и каковы перспективы прогрессивных биоэнергетических технологий на селе.

Как прекрасно было бы: помечтал немного на унитазе, а чайник уже вскипел

Что такое биогаз + немного истории

Биогаз образуется в результате последовательного трёхступенчатого разложения (гидролиз, кислото- и метанообразование) биомассы различными видами бактерий. Полезная горючая составляющая - метан, может присутствовать также водород.

Процесс бактериального разложения, в результате которого образуется горючий метан

В большей или меньшей степени горючие газы образуются в процессе разложения любых остатков животного и растительного происхождения.

Ориентировочный состав биогаза, конкретные пропорции составляющих зависят от применяемых сырья и технологии

Люди издавна пытаются использовать этот вид природного топлива, в средневековых хрониках содержатся упоминания о том, что жители низменных районов нынешней Германии ещё тысячелетие назад получали биогаз из гниющей растительности, погружая в болотную жижу кожаные мехи. В тёмные средние века и даже просвещённые столетия наиболее талантливые метеористы, благодаря специально подобранной диете умевшие пустить и вовремя поджечь обильный метановый flatus, вызывали неизменный восторг публики на весёлых ярмарочных представлениях. Промышленные биогазовые установки с переменным успехом начали строить с середины XIX века. В СССР в 80-е годы прошлого века была принята, но не реализована госпрограмма по развитию отрасли, хотя с десяток производств всё же запустили. За рубежом технология получения биогаза совершенствуется продвигается относительно активно, общее число работающих установок исчисляется десятками тысяч. В развитых странах (ЕЭС, США, Канада, Австралия) это высокоавтоматизированные крупные комплексы, в развивающихся (Китай, Индия) - полукустарные биогазовые установки для дома и небольшого крестьянского хозяйства.

Процентное соотношение числа биогазовых установок в странах Евросоюза. Отчётливо видно, что технология активно развивается только в Германии, причина - солидные государственные дотации и налоговые льготы

Какое применение находит биогаз

Понятно, что в качестве топлива, раз он горит. Отопление производственных и жилых зданий, генерация электроэнергии, приготовление пищи. Однако не всё так просто, как показывают в роликах, разбросанных по ютюбу. Биогаз должен стабильно гореть в теплогенерирующих установках. Для этого его параметры газовой среды необходимо привести к довольно жёстким стандартам. Содержание метана должно быть не ниже 65% (оптимум 90-95%), водород отсутствовать, водяные пары выведены, углекислый газ удалён, оставшиеся составляющие инертны к высоким температурам. Использовать биогаз «навозно-животного» происхождения, не освобождённый от зловонных примесей, в жилых домах невозможно.

Нормируемое давление - 12,5 бар, при значении менее 8-10 бар автоматика в современных моделях отопительного оборудования и кухонного оборудования прекращает подачу газа. Очень важно, чтобы характеристики поступающего в теплогенератор газа были стабильными. В случае скачка давления за пределы нормы сработает клапан, включать обратно придётся вручную. Плохо, если используются устаревшие газовые приборы, не оснащённые системой газ-контроля. В лучшем случае может выйти из строя горелка отопительного котла. Худший вариант - газ потухнет, но его поступление не прекратится. А это уже чревато трагедией. Обобщим сказанное: характеристики биогаза необходимо привести к необходимым параметрам, а технику безопасности соблюдать неукоснительно.

Упрощённая технологическая цепочка получения биогаза. Важный этап - сепарация и газоотделение

Какое сырьё используют для получения биогаза

Растительное сырьё отлично подходит для производства биогаза: из свежей травы можно получить максимальный выход топлива - до 250 м3 на тонну сырья, содержание метана до 70%. Несколько меньше, до 220 м3 можно получить из кукурузного силоса, до 180 м3 из свекольной ботвы. Пригодны любые зелёные растения, хороши водоросли, сено (100 м3 из тонны), но пускать ценные корма на топливо имеет смысл лишь при их явном избытке. Невелик выход метана из жома, образующегося при изготовлении соков, масел и биодизеля, но и материал дармовой. Недостаток растительного сырья - длительный производственный цикл, 1,5-2 месяца. Можно получать биогаз и из целлюлозы, других медленно разлагающихся растительных отходов, но эффективность крайне низкая, метана образуется мало, производственный цикл очень длительный. В заключение скажем, что растительное сырьё обязательно должно быть мелко измельчено.
Сырьё животного происхождения: традиционные рога и копыта, отходы молокозаводов, боен и перерабатывающих предприятий также пригодно и тоже в измельчённом виде. Самая богатая «руда» - животные жиры, выход высококачественного биогаза с концентрацией метана до 87% достигает 1500 м3 на тонну. Тем не менее, животное сырьё в дефиците и, как правило, ему находят иное применение.

Горючий газ из экскрементов

Навоз дёшев и во многих хозяйствах имеется в достатке, однако выход и качество биогаза значительно ниже, чем из других видов. Коровьи лепёшки и лошадиные яблочки можно использовать в чистом виде, ферментация начинается сразу, выход биогаза 60 м2 на тонну сырья с невысоким содержанием метана (до 60%). Производственный цикл короткий, 10-15 дней. Свиной навоз и куриный помёт токсичны - чтобы полезные бактерии могли развиваться, его смешивают с растительными отходами, силосом. Большую проблему представляют моющие составы, ПАВы, которые применяются при уборке животноводческих помещений. Вкупе с антибиотиками, которые в большом количестве попадают в навоз, они угнетают бактериальную среду и тормозят образование метана. Не применять дезинфицирующих средств вовсе невозможно и агропредприятия, вложившиеся в производство газа из навоза, вынуждены искать компромисс между гигиеной и контролем над заболеваемостью животных с одной стороны и поддержанием продуктивности биореакторов с другой.
Человеческие экскременты, совершенно бесплатные, тоже подходят. Но использовать обычные канализационные стоки нерентабельно, слишком мала концентрация фекалий и высока дезинфицирующих средств, ПАВ. Технологи утверждают, что их можно было бы использовать лишь в случае, если в канализацию будут поступать «продукты» только из унитаза при условии, что смыв чаши осуществляется лишь одним литром воды (стандарт 4/8 л). И без моющих средств, естественно.

Дополнительные требования к сырью

Серьёзная проблема, с которой сталкиваются хозяйства, установившие у себя современное оборудование для получения биогаза - сырьё не должно содержать твёрдых включений, случайно попавший в массу камень, гайка, кусок проволоки или доска закупорит трубопровод, выведет из строя дорогостоящий фекальный насос или мешалку.

Нужно сказать, что приведенные данные по максимальному выходу газа из сырья соответствуют идеальным лабораторным условиям. Чтобы приблизиться в реальном производстве к этим цифрам, необходимо соблюсти ряд условий: поддерживать необходимую температуру, периодически перемешивать мелко измельчённое сырье, вносить добавки, активизирующие ферментацию и т.д. На кустарной установке, собранной по рекомендациям статей о «получении биогаза своими руками», едва лишь можно достичь 20% от максимального уровня, высокотехнологические установки позволяют добиваться значений в 60-95%.

Достаточно объективные данные по максимальному выходу биогаза для различных типов сырья

Устройство биогазовой установки

«Домашняя» биогазовая установка. Как минимум, необходимо иметь два герметичных сосуда, биореактор и накопитель, в который по трубочке отводится газ. Желательно иметь третий сосуд, куда биогаз будет закачиваться под давлением, тогда во втором частично осядет влага. Конструкция несильно отличается от самогонного аппарата. Сырьё хорошо бы постоянно помешивать, для этого нужна мешалка и электродвигатель или здоровый выносливый мужик. Рассчитывать на высокую производительность и хорошее качество биогаза особо не стоит.
Промышленная установка по производству биогаза. Не будем вдаваться в подробности, лучше приведём принципиальную схему:

Оборудование включает в себя, как минимум, реактор и газгольдер, сепаратор, мешалки, насосы, компрессорную станцию, систему поддержания постоянной температуры, устройства безопасности, управление. Для интенсификации процессов применяют также кавитаторы, устройства для анализа среды и внесения активаторов, и т.д

Состав полученного биогаза необходимо нормализовать, после хранилища он поступает на разделительные и сорбционные колонки, далее в газгольдере доводится до необходимого давления и лишь только тогда поступает в магистраль, ведущую к теплогенераторам.

Биоэнергетическое производство в составе современного животноводческого комплекса. Включение в его состав теплиц и цеха по производству удобрений повышает рентабельность.

Выгодно ли заниматься производством биогаза

Мы уже упоминали, что в развитых странах строят крупные промышленные установки, а в развивающихся главным образом мелкие, для небольшого хозяйства. Объясним, почему так:

Бедные страны. В кустарной установке при её чудовищной неэффективности всю работу можно производить вручную. Для стран, где крестьянам за тяжёлый труд платят сущие копейки, в этом есть выгода. Тем более, что в тёплых краях урожай можно собирать несколько раз в год и дешёвое растительное сырьё имеется в избытке. Вложения в простейшую систему относительно небольшие, с низким качеством биогаза люди готовы мириться. Хозяину дешевле приставить к допотопному котлу или плите «смотрящего», чем приобретать оборудование для нормализации биогаза.

Китайские крестьяне заготавливают сырьё для производства биогаза

Богатые страны. В Германии, мировом лидере в области производства биогаза, почти половина птицефабрик и крупных животноводческих хозяйств вырабатывает собственный метан. Процессы максимально автоматизированы, качество биогаза высокое, производственные мощности большие. Отработанное сырьё проходит дополнительную обработку, минерализуется, в результате хозяйства получают обеззараженное неагрессивное комплексное удобрение. Несмотря на высокие показатели выхода метана из сырья, и немалые цены на энергоносители, специалисты утверждают, что для фермеров биогазовая энергетика оправдывает себя лишь потому, что государство дотирует 50% стоимости оборудования. Дополнительную выгоду можно получить, произведя из газа электроэнергию. Во-первых, правительство покупает её по завышенным ценам; во-вторых, таким образом можно минимизировать последствия неравномерного сезонного производства биогаза. За улучшение экологического состояния земель в результате применения не агрессивного навоза, а «мягкого» удобрения государство тоже доплачивает.

Биогазовое производство в Германии: экологично, эстетично, возможно только благодаря финансовой помощи федерального правительства

Россия. Худо-бедно биогазовая энергетика развивается и у нас. Время от времени СМИ рапортуют о пуске очередного производства, в интервью радостный учёный, проектировщик или директор хозяйства сообщает, что срок окупаемости установки - один год. Но жизнь вносит свои коррективы. Со временем оказывается, что при составлении бизнес-плана не учли эксплуатационные расходы, на практике выход газа намного ниже, чем планировалось, а сроки ферментации намного выше. Те, кто поработал с полгодика, уже называют срок окупаемости инвестиций в 5 лет. А по истечении этого времени люди вообще стараются не давать интервью. К сожалению, биоэнергетикой у нас занимаются разрозненные коллективы и заслуживающих доверия данных по доходности в условиях России нет. В целом можно предположить, что, с учётом меньших, чем на Западе, цен на энергоносители и доступность местных видов топлива, производство биогаза в нашей стране находится на грани рентабельности, что не способствует её развитию без поддержки государства.

Имеет ли смысл производить биотопливо в домашних условиях

Выгодно ли производить биотопливо в домашних условиях в малых количествах в личном подсобном хозяйстве? Если у вас есть несколько металлических бочек и прочего железного хлама, а также бездна свободного времени и вы не знаете, как им распорядиться - да. Но экономия, увы, мизерная. А уж вкладывать деньги в высокотехнологичное оборудование при небольших объёмах поступления сырья и производства метана не имеет смысла ни при каком раскладе.

Очередной ролик отечественного Кулибина

Без перемешивания сырья и активации процесса ферментации выход метана составит не более 20% от возможного. Значит, в лучшем случае с 100 кг (загрузка бункера) отборной травы можно получить 5 м3 газа без учёта сжатия. И будет хорошо, если содержание метана превысит 50% и не факт, что он будет гореть в теплогенераторе. По утверждению автора, сырьё загружается ежедневно, то есть производственный цикл у него - одни сутки. На самом деле необходимое время - 60 суток. Количества полученного изобретателем биогаза, содержащегося в 50-литровом баллоне, который он сумел заполнить, в морозную погоду для отопительного котла мощностью 15 кВт (жилой дом около 150 м2) хватит на 2 минуты.

Тем, кого возможность производства биогаза заинтересовала, рекомендуется внимательно изучить проблему, особенно с финансовой точки зрения, с техническими вопросами обратиться к специалистам, имеющим опыт подобных работ. Весьма ценной будет практическая информация, полученная в тех хозяйствах, где биоэнергетические технологии уже используются какое-то время.

У нас в Сербии, да и в Европе в целом, люди не хотят зависить от энергетических и газовых компаний, поэтому стремятся приобрести альтернативные источники энергии. Будь то солнечные батареи, тепловые коллекторы, или биогазовые установки.

Я как-то уже рассказывал в своем журнале о биогазовых установках промышленного производства, теперь мой рассказ о самодельной установке, которая может вырабатывать газ для вашего дома или дачи. Принцип действия понятен из рисунка. Я лишь сделаю пояснения и сообщу назначение некоторых элементов.

Для изготовления установки вам потребуется:

*Две пластиковые бочки по 200 литров (в Сербии в таких бочках солят капусту), но могут быть и металлические бочки от дизельного топлива.

* Пять переходников-штуцеров для соединения элементов с шлангом толщиной не менее 13 мм.

* Пластиковый шланг (длина в зависимости от потребностей установки).

* Пластиковое ведро.

* Пластиковая канистра 3 - 5 литров (от автомобильного масла с завинчивающейся крышкой) для аварийного клапана.

* Две пластиковые трубки диаметром 5 см.

Элемент 1 - на рисунке, БИО газогенератор

Он состоит: из герметичного ствола, двух пластиковых труб и выходного штуцера для биогаза.

В генераторе органическая масса распададатся в процессе гниения, освобождая 60% метана и 40% SO2.

Через первую пластиковую трубку с воронкой, мелко нарезанные отходы биомассы засыпаются, смешиваются с водой в соотношении 10% биомассы и 90% дождевой воды (мягкая вода).

Хорошо, если бы ещё добавить естественную смесь свежего навоза от коров, свиней и птицы, чтобы таким образом ввести микроорганизмы от которых зависит производство биогаза. За неимением, можно добавить немного грязи из реки или пруда, чтобы ускорить процесс.

Процесс занимает около 3-х недель, чтобы газ был сформирован. На ранней стадии вы заметите, что газ выделяется, но знайте, что это SO2 - углекислый газ, который не является горючим. Только после того, как пройдет 3 недели, присходит образование метана, - биогаза.

В нижней части контейнера с течением времени появляется остаток, который является отличным натуральным удобрение для овощей в садоводстве.

Идеальная температура составляет от 12 до 36 градусов, защитите бочку от попадания прямых солнечных лучей в тени, а зимой от замерзания. Имейте в виду, что это бочка "живая", то есть она содержит миллиарды микроорганизмов, работающих на процесс разложения биомассы.

В случае, если вы БИО Газогенератор "пережарите" или "заморозите" - исчезнут микроорганизмы, так что весь процесс придется начинать заново.

Элемент 2 на рисунке представляет собой контейнер для сбора биогаза и гидрозатвор

Она состоит из открытй пластиковой бочки, ведра и двух штуцеров (вентил) для потока газа и разновеса (тегови) .

В этом контейнере - бочке на 200 литров, собран газ, как это показано на рисунке. Обеспечивает простое и гибкое решение без потери газа. Кроме того, вода еще выполняет функцию фильтра, очищая метан от примесей.

Обратите внимание на то, что газ поднял емкость с водой, и это указывает на количество собранного газа.

Масса разновеса поможет сделать давление газа достаточным, который далее направляется в аварийный клапан, элемент № 4.

Держите этот контейнер наполненным водой и защищенным от замерзания.

Элемент 3 - горелка

Элемент 4 - Аварийный клапан

Аварийный клапан состоит из пластиковой канистры с водой, с завинчивающейся крышкой и двух переходников.

Пустые канистры из под масла для автомобиля - хорошая импровизация.

Аварийный клапан предназначен для перехвата пламени, чтобы остановить обратный эффект. Аварийный клапан расположен между Элементом 3 - горелкой и контейнером для сбора газа, Элемент 2.

Крайне важно, чтобы вы установили аврийный клапан, чтобы предотвратить возможность зажигания контейнера с газом, что привело бы к аварии или взрыву.