Схема биогазовой установки для дома. Альтернативное отопление — биогазовая установка

Постоянное повышение стоимости традиционных энергоносителей подталкивает домашних мастеров на создание самодельного оборудования, позволяющего получать из отходов биогаз своими руками. При таком подходе к ведению хозяйства удается не только получить дешевую энергию для отопления дома и других нужд, но и наладить процесс утилизации органических отходов и получения бесплатных удобрений для последующего внесения в почву.

Излишки произведенного биогаза, как и удобрений, можно реализовать по рыночной стоимости заинтересованным потребителям, превратив в деньги то, что буквально «валяется под ногами». Крупные фермеры могут позволить себе купить готовые станции по выработке биогаза, собранные в заводских условиях. Стоимость такого оборудования довольно высока. Однако и отдача от его эксплуатации соответствует сделанным вложениям. Менее мощные установки, работающие по тому же принципу, можно собрать своими силами из доступных материалов и деталей.

Что такое биогаз и как он образуется

В результате переработки биомассы получается биогаз

Биогаз относят к экологически чистым видам топлива. По своим характеристикам биогах во многом сходится с природным газом, добываемым в промышленных масштабах. Представить технологию получения биогаза можно следующим образом:

в специальной емкости, называемой биореактором, происходит процесс переработки биомассы с участием анаэробных бактерий в условиях безвоздушного брожения в течение определенного периода, длительность которого зависит от объема загруженного сырья;
в результате происходит выделение смеси газов, состоящей на 60 % из метана, на 35 % - из углекислого газа, на 5 % - из других газообразных веществ, среди которых есть и сероводород в небольшом количестве;
получаемый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки отправляется на использование по назначению;
переработанные отходы, ставшие высококачественными удобрениями, периодически удаляются из биореактора и вывозятся на поля.

Наглядная схема процесса выработки биотоплива

Чтобы производство биогаза наладить в домашних условиях в непрерывном режиме, надо владеть или иметь доступ к сельскохозяйственным и животноводческим предприятиям. Экономически выгодно заниматься получением биогаза только в том случае, если есть источник бесплатной поставки навоза и иных органических отходов животноводства.

Отопление газом по прежнему остаётся самым надёжным способом обогрева. Подробнее узнать об автономной газификации можно в следующем материале:

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом

Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:

производство дешевой энергии;
выработка легкоусваиваемых удобрений;
экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
переработка отходов хозяйства;
возможная прибыль от продажи газа;
снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.

График рентабельности выработки и использования биогаза

Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:

затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.

Как построить биореактор своими силами

Решение о строительстве принято, теперь нужно спроектировать установку и рассчитать необходимые материалы, инструменты и оборудование.

Важно! Стойкость к агрессивным кислым и щелочным средам – основное требование к материалу биореактора.

Если в наличии есть металлическая цистерна – ее можно использовать при условии защитного покрытия от коррозии. При выборе емкости из металла обратите внимание на наличие сварных швов и их прочность.

Прочный и удобный вариант – емкость из полимера. Этот материал не гниет и не ржавеет. Прекрасно выдержит нагрузку бочка с толстыми жесткими стенками или армированная.

Самый дешевый способ – выкладка емкости из кирпича или камня, бетонных блоков. Для увеличения прочности стены армируют и покрывают внутри и снаружи многослойным гидроизоляционным и газонепроницаемым покрытием. Штукатурка должна содержать присадки, обеспечивающие заданные свойства. Наилучшая форма, которая позволит выдержать все нагрузки давления – овальная или цилиндрическая.

В основании этой емкости предусматривают наличие отверстия, через которое будет удаляться отработанное сырье. Данное отверстие должно плотно закрываться, ведь система эффективно работает лишь в герметичных условиях.

Расчёт необходимых инструментов и материалов

Для выкладки кирпичной емкости и устройства всей системы понадобятся следующие инструменты и материалы:

ёмкость для замешивания цементного раствора или бетономешалка;
дрель с насадкой миксер;
щебень и песок для устройства дренажной подушки;
лопата, рулетка, мастерок, шпатель;
кирпич, цемент, вода, мелкофракционный песок, арматура, пластификатор и другие необходимые присадки;
сварочный аппарат и крепеж для монтажа металлических труб и комплектующих;
водяной фильтр и ёмкость с металлической стружкой для очистки газа;
баллоны от шин или стандартные пропановые баллоны для хранения газа.

Размер бетонного резервуара определяется из количества органических отходов, появляющихся ежесуточно в частном подворье или фермерском хозяйстве. Полноценная работа биореактора возможно в случае его заполнения на две трети от имеющегося объема.

Определим объем реактора для небольшого частного хозяйства: если в наличии есть 5 коров, 10 свиней и 40 кур, то за сутки их жизнедеятельности образуется помета 5 х 55 кг + 10 х 4,5 кг + 40 х 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы довести куриный помет до необходимой влажности 85% необходимо долить 5 литров воды. Общая масса = 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг х 20 = 6636 кг - около 7 кубов только под субстрат. Это две трети нужного объема. Чтобы получить результат, нужно 7х1,5= 10,5 куб. Полученная величина и есть необходимый объём биореактора.

Помните, что добыть большое количество биогаза в маленьких емкостях не получится. Выход напрямую зависит от массы перерабатываемых в реакторе органических отходов. Так, чтобы получить 100 кубических метров биогаза, надо переработать тонну органических отходов.

Подготовка места для устройства биореактора

Органическая смесь, загружаемая в реактор не должна содержать антисептиков, моющих средств, химических веществ, вредных для жизнедеятельности бактерий и замедляющих выработку биогаза.

Важно! Биогаз является воспламеняющимся и взрывоопасным.

Для правильной работы биореактора необходимо соблюдать те же правила, что и для любых газовых установок. Если оборудование герметично, биогаз своевременно отводится в газгольдер, то проблем не возникнет.

Если же давление газа превысит норму или будет травить при нарушении герметичности, возникает риск взрыва, поэтому рекомендуется установить датчики температуры и давления в реакторе. Вдыхание биогаза также опасно для здоровья человека.

Как обеспечить активность биомассы

Ускорить процесс брожения биомассы можно с помощью ее подогрева. Как правило, в южных регионах такой проблемы не возникает. Температуры окружающего воздуха хватает для естественной активации процессов брожения. В регионах с суровыми климатическими условиями в зимнее время без подогрева вообще невозможна эксплуатация установки по производству биогаза. Ведь процесс брожения запускается при температуре, превышающей отметку в 38 градусов по Цельсию.

Организовать подогрев резервуара с биомассой можно несколькими способами:

подключить к системе отопления змеевик, расположенный под реактором;
установить в основании емкости электрические нагревательные элементы;
обеспечить прямой нагрев резервуара путем использования электрических отопительных приборов.

Бактерии, влияющие на выработку метана, находятся в спящем состоянии в самом сырье. Их активность повышается при определенном уровне температуры. Обеспечить нормальное течение процесса позволит установка автоматизированной системы подогрева. Автоматика включит обогревательное оборудование при поступлении в биореактор очередной холодной партии, а затем выключит, когда биомасса прогреется до заданного уровня температуры.

Подобные системы контроля температуры устанавливаются в водогрейных котлах, поэтому их можно приобрести в магазинах, специализирующихся на продаже газового оборудования.

На схеме показан весь цикл, начиная от загрузки твердого и жидкого сырья, и заканчивая отводом биогаза к потребителям

Важно заметить, что активизировать выработку биогаза в домашних условиях можно с помощью перемешивания биомассы в реакторе. Для этого изготавливают устройство, конструктивно похожее на бытовой миксер. Привести устройство в движение может вал, который выводят через отверстие, расположенное в крышке или стенках резервуара.

Какие специальные разрешения требуются на установку и использование биогаза

Чтобы построить и эксплуатировать биореактор, а также использовать полученный газ, нужно еще на стадии проектирования озаботиться получением необходимых разрешений. Согласование нужно пройти с газовой службой, пожарниками и Ростехнадзором. В целом правила установки и эксплуатации аналогичны правилам пользования обычным газовым оборудованием. Строительство должно производиться строго по СНИПам, все трубопроводы должны быть желтого цвета и иметь соответствующую маркировку. Готовые системы, изготовленные на заводе, стоят в разы дороже, но имеют все сопроводительные документы, соответствуют всем техническим требованиям. Производители дают на оборудование гарантию и производят обслуживание и ремонт своей продукции.

Самодельная установка для получения биогаза может позволить экономить на оплате энергоносителей, занимающих большую долю в определении себестоимости сельскохозяйственной продукции. Снижение расходов на выпуск продукции скажется на увеличении рентабельности фермерского хозяйства или частного подворья. Теперь, когда вы знаете, как получить из имеющихся отходов биогаз, остается лишь реализовать идею на практике. Многие фермеры уже давно научились из навоза делать деньги.

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Биогаз представляет собой смесь газов, которые образуются в процессе разложения органических веществ анаэробными бактериями. Биогаз легко воспламеняем, при горении образует чистое пламя, поэтому вполне может применяться не только для приготовления пищи, но и для двигателей внутреннего сгорания (например, для производства электричества).

Достоинства биогазовой установки в домашних условиях:
– можно легко получить биогаз в домашних условиях без применения дорогостоящего оборудования;
– отличная альтернативная энергия для тех, чье жилье находится вдалеке от цивилизации, или для тех, кто желает быть независимым от государства;
– доступное сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.);
– забота об окружающей среде, поскольку в процессе разложения органических веществ в природе, газ попадается в атмосферу, что влечет за собой парниковый эффект, а в данном случае биогаз будет сжигаться, получая при этом CO2;
– получение удобрений, как побочный продукт биогазовой установки.

Но помимо достоинств, у биогазовой установки есть свои недостатки :
– бактерии работают при температуре 18-40 градусов, поэтому получить биогаз можно летом. В случае если утеплить биогазовую установку и оснастить подогревом, то можно получить биогаз и в весеннее-осенний период, но затраты на утепление и подогрев, могут перечеркнуть полученную выгоду
– необходимо постоянно вносить новое сырье, а следовательно сливать удобрения.

Для изготовления биогазовой установки своими руками нам понадобится:
1. Две бочки на 200л
2. Бочка на 30-60л, либо большое пластиковое ведро
3. Пластиковые канализационные трубы
4. Газовый шланг
5. Кран

Для наглядности приведу схему домашней биогазовой установки

Принцип действия биогазовой установки. В реактор загружается сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.) и вода. Биогазовая установка заработает не сразу, а спустя несколько дней, когда количество анаэробных бактерий увеличится до максимума.

В процессе жизнедеятельности анаэробных бактерий выделяется биогаз, который будет собираться в верхней точке бочки (в данном месте должен располагаться кран). Из реактора по газовому шлангу биогаз попадает в коллектор.

Коллектор представляет собой бочку на 200л с водой, и перевернутое в ней ведро для сбора газа, а также для создания давления необходимого для работы газовой печи. По мере поступления газа, ведро будет всплывать. Если количество биогаза будет больше, чем сможет в себя вместить пластиковое ведро, то газ будет просто напросто выходить наружу через воду.

Для изготовления реактора понадобится герметичная бочка на 200л. В верхней части бочки делаем несколько отверстий и устанавливаем:
– Пластиковую трубу для заливки сырья. На конце трубы необходимо установить переход на большую трубу (своеобразная лейка, для удобства заливки сырья)
– Пластиковую трубу для слива удобрений. Поскольку биогазовая установка это не вечный двигатель, и необходимо постоянно вносить сырье. При внесении нового сырья, излишки (уже переработанное сырье – удобрения), будут выходить через сливную трубу.
– Кран в самой верхней точке бочки для сбора биогаза.

При изготовлении реактора, очень важно, чтобы все соединения были герметичны, иначе под возникшим давлением, газ может просачиваться наружу. Сливная труба должна быть расположена ниже уровня установки газового крана. Сливная и заливная труба, когда не используются, должны быть плотно заглушены.

Для изготовления коллектора понадобится пластиковая бочка на 200 л без крышки. В бочку наливаем 3/4 воды и устанавливаем другую бочку, вверх дном, меньшую по объему. В дне бочки меньшего объема врезаем штуцер для подключения шланга от реактора, и кран для подключения шланга идущего к газовой печи.

Для заливки сырья, открываем впускное и сливное отверстие и заливаем сырье. Лучше всего использовать навоз, разбавленный в воде. Воду лучше всего использовать дождевую либо отстоянную, чтобы содержание хлора из водопровода не уменьшили колонии бактерий. Кроме того, если вы используете кухонные отходы, не допускайте попадания моющих средств, яичной скорлупы, костей, чешуи от лука, поскольку они могут повлиять на работу биогазовой установки в худшую сторону.

Сам по себе биогаз имеет весьма неприятный запах, но при горении запаха никакого нет. Если сжигать газ без смешивания с воздухом, то получим пламя желтого цвета с копотью, который легко закоптит дно кастрюли.

Если биогаз смешать с воздухом, а потом поджечь, то получим чистое пламя синего цвета без копоти. Так, например, в заводских газовых печах, в инструкции написано, что при переходе с магистрального газа на баллонный и обратно, необходимо менять жиклеры (которые отличаются диаметром отверстия), иначе конфорка будет коптить. Как вариант, можно использовать лабораторную горелка Бунзена .

Если лабораторной горелки у вас нет в наличии, то ее легко изготовить из отрезка трубы, просверлив у основания отверстия. Таким образом, газ, проходя по трубе, будет смешиваться с воздухом, и на выходе трубки получим смешанный газ.

В качестве жиклеров можно поэкспериментировать с кусочками деревяшек, заточив их под карандаш и просверлив в них отверстия разного диаметра. Таким образом, можно получить оптимальный размер факела.

Для эксперимента, в качестве печи использовалась старая барбекюшница, в дне которой было вырезано отверстие и установлена горелка Бунзена. А впоследствии, барбекюшница была заменена на одноконфорочную печь.

Для создания давления газа, на коллектор (малую бочку для сбора газа) устанавливается груз. Например, если установить груз 5 кг, то 1 литр воды можно вскипятить за 15мин. Если установить груз 10 кг, то 1 литр воды закипит через 10мин.

Подводя итоги, необходимо отметить, что самодельная биогазовая установка производит биогаза на 30 минут работы горелки в сутки , в случае если сырьем является навоз. Если же в качестве сырья использовать кухонные остатки, то производительность составляет всего 15 мин в сутки.

Выделяемого газа не так уж и много, но согласитесь, что и биогазовая установка не так уж и велика. Поэтому если вы желаете увеличить количество получаемого газа, вам необходимо будет увеличить объемы реактора и коллектора.

Размеры коллектора можно и не увеличивать, в случае если вы своевременно будете перекачивать биогаз в другую емкость (например, в баллон). Наиболее просто, это можно сделать при помощи компрессора от холодильника, у которого есть один вход и один выход. Вход подключаем к коллектору, а выход к баллону.

Компрессор можно оснастить автоматикой, например, когда коллектор заполнен газом, бочка поднялась, замкнула контакты, тем самым включила компрессор. А компрессор, в свою очередь выключился, когда бочка опустилась до минимального уровня.

Реактор биогазовой установки необходимо изготавливать из пластика , но, ни в коем случае из металла, поскольку из-за окислительных процессов металл быстро поржавеет. Как вариант, можно использовать пластиковые бочки больших объемов (например, еврокуб). А чтобы большие объемы бочек не занимали много места во дворе, их можно закопать.

Ноя 19, 2016 Геннадий

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.

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.