Jak wyprodukować biogaz z obornika: przegląd podstawowych zasad i konstrukcji instalacji produkcyjnej

Rolnicy co roku borykają się z problemem utylizacji obornika.Znaczne środki potrzebne na zorganizowanie jego usunięcia i zakopania zostały zmarnowane. Istnieje jednak sposób, który pozwala nie tylko zaoszczędzić pieniądze, ale także sprawić, że ten naturalny produkt będzie Ci służył dla Twojej korzyści.

Oszczędni właściciele od dawna wdrażają w praktyce ekotechnologię, która pozwala na uzyskanie biogazu z obornika i wykorzystanie powstałego paliwa jako paliwa.

Dlatego w naszym materiale porozmawiamy o technologii produkcji biogazu, a także o tym, jak zbudować bioelektrownię.

Zalety stosowania biotechnologii

Technologia pozyskiwanie biopaliwa z różnych źródeł naturalnych nie jest niczym nowym. Badania w tym zakresie rozpoczęły się pod koniec XVIII wieku, a pomyślnie rozwinęły się w wieku XIX. W Związku Radzieckim pierwsza bioenergia powstała w latach czterdziestych ubiegłego wieku.

Biotechnologie są stosowane od dawna w wielu krajach, dziś jednak zyskują szczególnego znaczenia. Ze względu na pogarszającą się sytuację środowiskową na planecie i wysokie koszty energii, wiele osób zwraca uwagę na alternatywne źródła energii i ciepła.

Technologia przetwarzania obornika na biogaz pozwala na ograniczenie emisji szkodliwego metanu do atmosfery i uzyskanie dodatkowego źródła energii cieplnej

Oczywiście obornik jest bardzo cennym nawozem i jeśli w gospodarstwie są dwie krowy, to nie ma problemów z jego wykorzystaniem. Inaczej jest w przypadku gospodarstw utrzymujących dużą i średnią hodowlę zwierząt, w których rocznie powstają tony śmierdzącego i gnijącego materiału biologicznego.

Aby obornik zamienił się w wysokiej jakości nawóz, potrzebne są obszary o określonym reżimie temperaturowym, a to jest dodatkowy wydatek. Dlatego wielu rolników przechowuje go, gdzie się da, a następnie zabiera na pola.

W zależności od ilości wytwarzanych dziennie surowców należy dobrać gabaryty instalacji oraz stopień jej automatyzacji

W przypadku niespełnienia warunków przechowywania z obornika wyparowuje do 40% azotu i większość fosforu, co znacznie pogarsza jego wskaźniki jakościowe. Ponadto do atmosfery uwalniany jest metan, co ma negatywny wpływ na sytuację ekologiczną planety.

Nowoczesne biotechnologie pozwalają nie tylko zneutralizować szkodliwe działanie metanu na środowisko, ale także sprawić, że będzie on służył ludziom, przynosząc jednocześnie znaczne korzyści ekonomiczne. W rezultacie przetwarzanie obornika wytwarza biogaz, z których można następnie uzyskać tysiące kW energii, a odpady produkcyjne stanowią bardzo cenny nawóz beztlenowy.

Mechanizm powstawania gazów z surowców organicznych

Biogaz to lotna substancja, pozbawiona koloru i zapachu, zawierająca do 70% metanu. Pod względem wskaźników jakościowych zbliża się do tradycyjnego rodzaju paliwa – gazu ziemnego. Ma dobrą wartość opałową, 1m³ biogaz wytwarza tyle ciepła, ile powstaje w wyniku spalenia półtora kilograma węgla.

Powstawanie biogazu zawdzięczamy bakteriom beztlenowym, które aktywnie pracują nad rozkładem surowców organicznych, do których zaliczają się odchody zwierząt gospodarskich, ptasie odchody i wszelkie odpady roślinne.

Do samodzielnej produkcji biogazu można wykorzystać ptasie odchody oraz odpady pochodzące od małych i dużych zwierząt gospodarskich. Surowce można stosować w postaci czystej lub w formie mieszaniny zawierającej trawę, liście, stary papier

Aby aktywować proces, konieczne jest stworzenie korzystnych warunków dla życia bakterii. Powinny być podobne do tych, w których mikroorganizmy rozwijają się w naturalnym zbiorniku – w żołądku zwierząt, gdzie jest ciepło i nie ma tlenu.

Właściwie są to dwa główne warunki, które przyczyniają się do cudownej przemiany gnijącego obornika w przyjazne dla środowiska paliwo i cenne nawozy.

Do produkcji biogazu potrzebny jest szczelny reaktor bez dostępu powietrza, w którym będzie zachodził proces fermentacji obornika i jego rozkładu na składniki:

• metan (do 70%);
• dwutlenek węgla (około 30%);
• inne substancje gazowe (1-2%).

Powstałe gazy unoszą się do góry pojemnika, skąd są następnie wypompowywane, a osadza się pozostałość po produkcie – wysokiej jakości nawóz organiczny, który w wyniku przetworzenia zachował wszystkie cenne substancje obecne w oborniku - azot i fosfor oraz utraciła znaczną część mikroorganizmów chorobotwórczych.

Reaktor do produkcji biogazu musi mieć całkowicie szczelną konstrukcję, w której nie ma tlenu, w przeciwnym razie proces rozkładu obornika będzie wyjątkowo powolny

Drugim ważnym warunkiem skutecznego rozkładu obornika i tworzenia biogazu jest przestrzeganie reżimu temperaturowego. Bakterie biorące udział w procesie aktywują się już w temperaturach od +30 stopni.

Ponadto w oborniku znajdują się dwa rodzaje bakterii:

• mezofilny. Ich aktywność życiowa występuje w temperaturze +30 – +40 stopni;
• termofilny. Aby je odtworzyć, konieczne jest utrzymanie reżimu temperaturowego +50 (+60) stopni.

Czas przetwarzania surowców w instalacjach pierwszego typu zależy od składu mieszanki i wynosi od 12 do 30 dni. Jednocześnie z 1 litra użytecznej powierzchni reaktora powstają 2 litry biopaliwa. Przy zastosowaniu instalacji drugiego typu czas produkcji produktu końcowego ulega skróceniu do trzech dni, a ilość biogazu wzrasta do 4,5 litra.

Wydajność roślin ciepłolubnych widać gołym okiem, jednak koszt ich utrzymania jest bardzo wysoki, dlatego przed wyborem tej czy innej metody produkcji biogazu trzeba wszystko bardzo dokładnie obliczyć

Pomimo tego, że wydajność instalacji termofilnych jest kilkudziesięciokrotnie wyższa, to stosuje się je znacznie rzadziej, gdyż utrzymywanie wysokich temperatur w reaktorze wiąże się z wysokimi kosztami.

Utrzymanie i utrzymanie roślin typu mezofilnego jest tańsze, dlatego większość gospodarstw wykorzystuje je do produkcji biogazu.

Pod względem potencjału energetycznego biogaz ustępuje nieco konwencjonalnemu paliwu gazowemu. Zawiera jednak opary kwasu siarkowego, których obecność należy uwzględnić przy wyborze materiałów do budowy instalacji

Obliczenia efektywności wykorzystania biogazu

Proste obliczenia pomogą Ci ocenić wszystkie korzyści wynikające ze stosowania alternatywnych biopaliw. Jedna krowa o wadze 500 kg produkuje dziennie około 35-40 kg obornika. Ta ilość wystarczy na około 1,5 m³ biogaz, z którego można wytworzyć 3 kW/h energii elektrycznej.

Korzystając z danych z tabeli, łatwo jest obliczyć, ile m³ Biogaz można pozyskiwać na wyjściu zgodnie z liczbą zwierząt gospodarskich dostępnych w gospodarstwie

Do otrzymania biopaliwa można użyć jednego rodzaju surowca organicznego lub mieszanin kilku składników o wilgotności 85-90%. Ważne jest, aby nie zawierały obcych zanieczyszczeń chemicznych, które negatywnie wpływają na proces przetwarzania.

Najprostszy przepis na mieszankę wymyślił w 2000 roku Rosjanin z obwodu lipieckiego, który własnoręcznie zbudował prostą instalację do produkcji biogazu.Zmieszał 1500 kg obornika krowiego z 3500 kg różnych odpadów roślinnych, dodał wodę (około 65% masy wszystkich składników) i podgrzał mieszaninę do temperatury 35 stopni.

Za dwa tygodnie darmowe paliwo będzie gotowe. Ta niewielka instalacja wyprodukowała 40 m³ gaz dziennie, który wystarczał do ogrzewania domu i budynków gospodarczych przez sześć miesięcy.

Opcje dla zakładów produkujących biopaliwa

Po dokonaniu obliczeń należy podjąć decyzję jak wykonać instalację, aby uzyskać biogaz zgodny z potrzebami swojego gospodarstwa. Jeśli liczba zwierząt gospodarskich jest niewielka, odpowiednia jest najprostsza opcja, którą można łatwo wykonać własnymi rękami z dostępnych materiałów.

W przypadku dużych gospodarstw, które posiadają stałe źródło dużych ilości surowca, wskazane jest zbudowanie przemysłowej zautomatyzowanej instalacji biogazowej. W takim przypadku jest mało prawdopodobne, że uda się obejść bez zaangażowania specjalistów, którzy opracują projekt i zainstalują instalację na profesjonalnym poziomie.

Schemat wyraźnie pokazuje, jak działa zautomatyzowany kompleks przemysłowy do produkcji biogazu. Budowę na taką skalę można zorganizować dla kilku pobliskich gospodarstw

Obecnie istnieją dziesiątki firm, które mogą zaoferować wiele opcji: od gotowych rozwiązań po opracowanie indywidualnego projektu. Aby obniżyć koszty budowy, można współpracować z sąsiednimi gospodarstwami (jeśli w pobliżu takie istnieją) i wybudować dla nich wszystkich jedną instalację do produkcji biogazu.

Należy zauważyć, że aby zbudować nawet małą instalację, konieczne jest sporządzenie odpowiednich dokumentów, wykonanie schematu technologicznego, planu rozmieszczenia sprzętu i wentylacji (jeśli sprzęt jest instalowany w pomieszczeniu) oraz przejście procedur zatwierdzających z SES, inspekcją przeciwpożarową i gazową.

Mini-instalację do produkcji gazu na potrzeby małego prywatnego gospodarstwa domowego można wykonać własnymi rękami, skupiając się na projektowaniu i konkretnym projektowaniu instalacji produkowanych na skalę przemysłową.

Projekty instalacji do przetwarzania obornika i roślinnej materii organicznej na biogaz nie są skomplikowane. Oryginał wyprodukowany przez przemysł doskonale nadaje się jako szablon do budowy własnej mini-fabryki

Niezależni rzemieślnicy decydujący się na budowę własnej instalacji muszą zaopatrzyć się w zbiornik na wodę, plastikowe rury wodociągowe lub kanalizacyjne, narożniki, uszczelki oraz butlę do magazynowania gazu powstałego w instalacji.

Cechy instalacji biogazowej

Kompletna biogazownia to złożony system składający się z:

1. Bioreaktor, w którym zachodzi proces rozkładu obornika;
2. Zautomatyzowany system dostarczania odpadów organicznych;
3. Urządzenia do mieszania biomasy;
4. Sprzęt do utrzymywania optymalnych warunków temperaturowych;
5. Zbiorniki gazu – zbiorniki magazynujące gaz;
6. Odbiornik odpadów stałych.

Wszystkie powyższe elementy montowane są w instalacjach przemysłowych pracujących w trybie automatycznym. Reaktory domowe z reguły mają bardziej uproszczoną konstrukcję.

Schemat przedstawia główne elementy zautomatyzowanej instalacji biogazu.Objętość reaktora zależy od dziennego spożycia surowców organicznych. Aby instalacja mogła w pełni działać, reaktor musi zostać napełniony do dwóch trzecich swojej objętości.

Zasada działania instalacji

Głównym elementem systemu jest bioreaktor. Istnieje kilka opcji jego realizacji, najważniejsze jest zapewnienie szczelności konstrukcji i zapobieganie przedostawaniu się tlenu. Może być wykonany w postaci metalowego pojemnika o różnych kształtach (zwykle cylindrycznego), umieszczonego na powierzchni. Często do tych celów wykorzystuje się puste zbiorniki paliwa o pojemności 50 cm3.

Można kupić gotowe pojemniki składane. Ich zaletą jest możliwość szybkiego demontażu i w razie potrzeby transportu w inne miejsce. W dużych gospodarstwach, gdzie występuje stały dopływ dużych ilości surowców organicznych, wskazane jest stosowanie przemysłowych instalacji powierzchniowych.

W przypadku małych gospodarstw bardziej odpowiednia jest opcja podziemnego umieszczenia zbiornika. Podziemny bunkier zbudowany jest z cegły lub betonu. Gotowe pojemniki można zakopać w ziemi, na przykład beczki wykonane z metalu, stali nierdzewnej lub PCV. Można je także umieścić powierzchownie na ulicy lub w specjalnie do tego przeznaczonym pomieszczeniu z dobrą wentylacją.

Aby wyprodukować instalację do produkcji biogazu, można kupić gotowe pojemniki PCV i zainstalować je w pomieszczeniu wyposażonym w system wentylacji

Niezależnie od tego gdzie i jak umiejscowiony jest reaktor, wyposażony jest on w bunkier do załadunku obornika. Przed załadunkiem surowiec należy poddać wstępnemu przygotowaniu: rozdrobnić go na frakcje nie większe niż 0,7 mm i rozcieńczyć wodą. Idealnie wilgotność podłoża powinna wynosić około 90%.

Zautomatyzowane instalacje typu przemysłowego wyposażone są w układ podawania surowca, obejmujący odbiornik, w którym mieszanina doprowadzana jest do wymaganego poziomu wilgoci, rurociąg doprowadzający wodę oraz zespół pompowy do wpompowania masy do bioreaktora.

W przydomowych instalacjach do przygotowania podłoża stosuje się osobne pojemniki, w których odpady są rozdrabniane i mieszane z wodą. Następnie masę ładuje się do komory odbiorczej. W reaktorach zlokalizowanych pod ziemią wyprowadzany jest lej zasypowy do przyjmowania substratu, a przygotowana mieszanina przepływa grawitacyjnie rurociągiem do komory fermentacyjnej.

Jeżeli reaktor znajduje się na ziemi lub w pomieszczeniu zamkniętym, rura wlotowa z urządzeniem odbiorczym może znajdować się w dolnej części zbiornika. Możliwe jest również wyprowadzenie rury do góry i założenie kielicha na jej szyjkę. W takim przypadku biomasa będzie musiała być dostarczana za pomocą pompy.

Konieczne jest także wykonanie otworu wylotowego w bioreaktorze, który wykonany jest niemal na dnie zbiornika, po przeciwnej stronie względem leja zasypowego. W przypadku umieszczenia pod ziemią rura wylotowa jest zainstalowana ukośnie w górę i prowadzi do pojemnika na odpady w kształcie prostokątnej skrzynki. Jego górna krawędź powinna znajdować się poniżej poziomu wlotu.

Rury wlotowe i wylotowe zlokalizowane są ukośnie w górę po różnych stronach zbiornika, natomiast zbiornik wyrównawczy, do którego wpływają nieczystości, musi znajdować się poniżej leja odbiorczego

Proces przebiega w następujący sposób: do leja zasypowego przyjmuje się nową porcję substratu, który wpływa do reaktora, w tym samym czasie ta sama ilość masy odpadów przedostaje się rurą do odbiornika odpadów, skąd jest następnie pobierana i wykorzystywana jako wysokiej jakości bionawóz.

Biogaz magazynowany jest w zbiorniku gazowym. Najczęściej znajduje się on bezpośrednio na dachu reaktora i ma kształt kopuły lub stożka. Wykonany jest z blachy dachowej, a następnie, aby zapobiec procesom korozji, jest malowany kilkoma warstwami farby olejnej.

W instalacjach przemysłowych przeznaczonych do produkcji dużych ilości gazu zbiornik gazu często budowany jest w formie oddzielnego zbiornika połączonego z reaktorem rurociągiem.

Gaz powstały w wyniku fermentacji nie nadaje się do użytku, ponieważ zawiera dużą ilość pary wodnej i w tej postaci nie będzie się palił. Aby oczyścić go z frakcji wodnych, gaz przepuszcza się przez uszczelnienie wodne. W tym celu ze zbiornika gazu usuwa się rurę, przez którą biogaz dostaje się do pojemnika z wodą, a stamtąd jest dostarczany do konsumentów rurą z tworzywa sztucznego lub metalu.

Schemat instalacji zlokalizowanej pod ziemią. Otwory wlotowe i wylotowe powinny znajdować się po przeciwnych stronach kontenera. Nad reaktorem znajduje się syfon wodny, przez który powstały gaz przepuszczany jest do wyschnięcia.

W niektórych przypadkach do przechowywania gazu stosuje się specjalne worki na gaz wykonane z polichlorku winylu. Worki umieszczane są obok instalacji i stopniowo napełniane gazem.W miarę ich napełniania elastyczny materiał napełnia się i zwiększa się objętość torebek, co pozwala w razie potrzeby na tymczasowe przechowywanie większej ilości produktu końcowego.

Warunki efektywnej pracy bioreaktora

Dla sprawnej pracy instalacji i intensywnego uwalniania biogazu konieczna jest równomierna fermentacja substratu organicznego. Mieszanka musi być w ciągłym ruchu. W przeciwnym razie tworzy się na nim skorupa, proces rozkładu zwalnia, w wyniku czego powstaje mniej gazu, niż początkowo obliczono.

Aby zapewnić aktywne mieszanie biomasy, w górnej lub bocznej części typowego reaktora instaluje się mieszadła zatapialne lub pochylone wyposażone w napęd elektryczny. W instalacjach domowych mieszanie odbywa się mechanicznie za pomocą urządzenia przypominającego mikser domowy. Może być sterowany ręcznie lub wyposażony w napęd elektryczny.

W przypadku ustawienia reaktora w pozycji pionowej uchwyt mieszadła znajduje się w górnej części instalacji. Jeżeli pojemnik jest montowany poziomo, ślimak również znajduje się w płaszczyźnie poziomej, a uchwyt znajduje się z boku bioreaktora

Jednym z najważniejszych warunków produkcji biogazu jest utrzymanie wymaganej temperatury w reaktorze. Ogrzewanie można przeprowadzić na kilka sposobów. W instalacjach stacjonarnych stosuje się automatyczne systemy grzewcze, które włączają się, gdy temperatura spadnie poniżej zadanego poziomu, a wyłączają, gdy zostanie osiągnięta wymagana temperatura.

Można używać do ogrzewania kotły gazowe, przeprowadzić bezpośrednie ogrzewanie za pomocą elektrycznych urządzeń grzewczych lub wbudować element grzejny w podstawę pojemnika.

Aby ograniczyć straty ciepła, zaleca się wykonanie wokół reaktora małej ramki z warstwą wełny szklanej lub pokrycie instalacji izolacją termiczną. Posiada dobre właściwości termoizolacyjne styropian ekspandowany i jego inne odmiany.

Aby skonfigurować system ogrzewania na biomasę, można poprowadzić rurociąg z domowej instalacji grzewczej, która zasilana jest z reaktora

Określanie wymaganej objętości

Objętość reaktora określa się na podstawie dziennej ilości obornika wyprodukowanego w gospodarstwie. Należy również wziąć pod uwagę rodzaj surowca, temperaturę i czas fermentacji. Aby instalacja mogła w pełni działać, zbiornik jest napełniony w 85-90% objętości, przynajmniej 10% musi pozostać wolne, aby gaz mógł się ulatniać.

Proces rozkładu materii organicznej w instalacji mezofilnej w średniej temperaturze 35 stopni trwa od 12 dni, po czym usuwa się pofermentowane pozostałości i zasypuje reaktor nową porcją substratu. Ponieważ odpady przed przesłaniem do reaktora są rozcieńczane wodą do 90%, przy ustalaniu dziennego wsadu należy uwzględnić także ilość cieczy.

Na podstawie podanych wskaźników objętość reaktora będzie równa dziennej ilości przygotowanego substratu (obornik z wodą) pomnożonej przez 12 (czas potrzebny na rozkład biomasy) i powiększonej o 10% (wolna objętość zbiornika).

Budowa obiektu podziemnego

Porozmawiajmy teraz o najprostszej instalacji, która pozwala uzyskać biogaz w domu po najniższym koszcie. Rozważ budowę systemu podziemnego. Aby to zrobić, musisz wykopać dół, jego podstawę i ściany wypełnić wzmocnionym keramzytem.

Otwory wlotowe i wylotowe znajdują się po przeciwnych stronach komory, gdzie zamontowane są ukośne rury służące do podawania substratu i wypompowywania masy odpadowej.

Rura wylotowa o średnicy około 7 cm powinna być usytuowana niemal na samym dnie zasobnika, a jej drugi koniec zamontowany jest w prostokątnym zbiorniku wyrównawczym, do którego będą pompowane ścieki. Rurociąg doprowadzający substrat znajduje się około 50 cm od dna i ma średnicę 25-35 cm, a górna część rury wchodzi do przedziału przyjmowania surowców.

Reaktor musi być całkowicie szczelny. Aby wykluczyć możliwość przedostania się powietrza, pojemnik należy przykryć warstwą hydroizolacji bitumicznej

Górną część bunkra stanowi zbiornik na gaz, który ma kształt kopuły lub stożka. Wykonany jest z blachy lub blachy dachowej. Można również uzupełnić konstrukcję cegłą, która następnie jest pokryta stalową siatką i otynkowana. Należy wykonać szczelny właz na górze zbiornika gazu, usunąć rurę gazową przechodzącą przez syfon i zainstalować zawór w celu zmniejszenia ciśnienia gazu.

Aby wymieszać podłoże, można wyposażyć instalację w system odwadniający działający na zasadzie pęcherzykowania. W tym celu należy zamocować pionowo rury z tworzywa sztucznego wewnątrz konstrukcji tak, aby ich górna krawędź znajdowała się nad warstwą podłoża. Zrób w nich dużo dziur. Gaz pod ciśnieniem będzie opadał, a unosząc się do góry pęcherzyki gazu będą mieszały biomasę w zbiorniku.

Jeśli nie chcesz budować bunkra betonowego, możesz kupić gotowy pojemnik PCV. Aby zachować ciepło, należy go otoczyć warstwą izolacji termicznej - styropianu. Dno wykopu wypełnione jest 10 cm warstwą żelbetu.Zbiorniki wykonane z polichlorku winylu można zastosować, jeśli objętość reaktora nie przekracza 3 m3.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Dowiesz się, jak wykonać najprostszą instalację ze zwykłej beczki, oglądając wideo:

Jak przebiega budowa podziemnego reaktora, możesz zobaczyć na filmie:

Sposób załadunku obornika do instalacji podziemnej pokazuje poniższy film:

Instalacja do produkcji biogazu z obornika pozwoli znacząco zaoszczędzić na kosztach ogrzewania i prądu, a także wykorzystać w szczytnym celu materiał organiczny, którego w każdym gospodarstwie jest pod dostatkiem. Przed rozpoczęciem budowy wszystko należy dokładnie obliczyć i przygotować.

Najprostszy reaktor można wykonać w kilka dni własnymi rękami, korzystając z dostępnych materiałów. Jeśli gospodarstwo jest duże, najlepiej kupić gotową instalację lub skontaktować się ze specjalistami.

Jeśli w trakcie lektury prezentowanych informacji będziesz mieć pytania lub sugestie, którymi chciałbyś podzielić się z osobami odwiedzającymi witrynę, prosimy o pozostawienie komentarza w bloku poniżej.