Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Метан из навоза: Биогазовые установки. Производство биогаза

Содержание

Биогазовые установки. Производство биогаза

Биогазовые установки. Производство биогаза

 

Комплектные установки из нержавеющей стали для производства биогаза. 

Биогазовые установки – это комплексное решение утилизации отходов пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, производство тепловой, электрической энергии, и удобрений. Производство метана в установке для производства биогаза, является – реализацией биологического процесса.

Немецкая компания разрабатывает и производит комплектные установки  для производства биогаза и продает их во всем мире. Построены, запущены и успешно работают более 300 заводов по производству биогаза в Германии, Франции, Нидерландах, Греции, Великобритании, Швеции, Испании, Люксембурге, Чехии, Литве, США, Японии и на Кипре. Предлагаемые установки – это не экспериментальное, а работающее, проверенное и надежное немецкое оборудование, сертифицированное по ISO и изготовленное в комплекте на собственном заводе.

Мы продемонстрируем Вам, каким образом Вы сможете, осмысленно и экономично использовать биоэнергию. 

Биогаз — это газ, состоящий примерно из 60% метана (СН4) и 40% углекислого газа. Синонимами для биогаза являются канализационный газ, шахтный газ и болотный газ, газ-метан. Если в качестве примера рассмотреть навоз, то, если на предприятии образуется 1 т такого «биоотхода» в день, то это означает, что из него может быть получено 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии, или замещено 35 л дизельного топлива . Срок окупаемости оборудования для переработки навоза находится в пределах 2-3 лет, а для некоторых других видов сырья еще ниже и достигает 1,5 года.    Кроме прямых денежных выгод, постройка биогазовой установки имеет косвенные выгоды. Она, например, обходится дешевле, чем протяжка газопровода, линии электропередач, резервных дизель генераторов и создание лагун. В таблице представлен выход газа для различных видов сырья.

ИСТОЧНИКИ  СЫРЬЯ 

Тип сырья

 Выход газа м3 на тонну сырья 

Навоз коровий

38-52

Навоз свиной

52-88

Помет птичий

47-94

Отходы бойни

250-500

Жир

1300

Барда послеспиртовая

50-100

Зерно

400-500

Силос

200-400

Трава

300-500

Свекольный жом

30-40

Глицерин технический

400-600

Дробина пивная

40-60

Важная область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы КРС, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинатам, предприятия пищевой промышленности, мясокомбинаты, спиртовые заводы, пивоваренные заводы, молочные заводы, растениеводческие предприятия, сахарные заводы, крахмалопаточные заводы, предприятиям по производству дрожжей, и не только в качестве альтернатив­ного источника энергии, но и как эффективного метода утилизации навоза (помета) и производства дешевого удобрения, как для собственных нужд, так и для продажи на рынке. Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения, что обеспечивает самую активную систему очистки. В качестве сырья может использоваться навоз КРС, навоз свиней, птичий помет, отходы бойни (кровь, жир, кишки, кости), отходы растений, силос, прогнившее зерно, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы, солодовый осадок, выжимка, спиртовая барда, свекольный жом, технический глицерин (от производства биодизеля). Большинство видов сырья можно смешивать друг с другом. Переработка отходов — это в первую очередь система очистки, которая сама себя окупает и приносит прибыль. На выходе установки из отходов образуется одновременно и в больших количествах: биогаз, электричество, тепло и удобрения.

Все перечисленное выше производится по нулевой себестоимости. Ведь навоз бесплатен, а сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Для работы мощной установки достаточно одного человека два ча­са в день. Биогазовые установки полностью автоматизированы и соответс­твенно затраты на оплату труда минимальны. 

Технология и принцип работы биогазовой установки

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биологических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогаз является продуктом жизнедеятельности полезных метанобразующих бактерий. Микроорганизмы метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс, называемый гниением или бескислородным брожением, следует за цепью питания.

Состав типовой биогазовой установки:

  1. Участок хранения биотходов
  2. Система загрузки биомассы
  3. Реактор 
  4. Реактор дображивания
  5. Субстратер
  6. Система отопления
  7. Силовая установка 
  8. Система автоматики и контроля 
  9. Система газопроводов

 Биоотходы могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биогазовую установку насосами. Сначала коферменты высыпаются (перемалываются), гомогенизируются и перемешиваются с навозом (пометом). Гомогенизация чаще всего выполняется при температуре 70о С в течение одного часа при размере максимальной частицы 1 см. Гомогенизация с навозом производится в перемешивающем резервуаре с мощными мешалками.  

Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора находится миксер, предназначенный для полного перемешивания содержимого реактора. Создаются условия для отсутствия плавающих слоев и/или осадка. 

Микроорганизмы должны быть обеспечены всеми необходимыми питательными веществами. Свежее сырьё должно подаваться в реактор небольшими порциями несколько раз в день. Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) 20- 40 дней. На протяжении этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. На выходе установки образуется два продукта: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). 

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа газгольдере, в котором выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера идет непрерывная подача газа в газовый двигатель генератор. Здесь уже производится тепло и электричество.  При необходимости биогаз дочищается до природного газа (95% метана) после такой очистки, полученный газ — аналог природного газа (90-95 % метана Ch5). Отличие только в его происхождении. 

Биогазовые установки работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, круглый год. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всей системой управляет система автоматики. Для управления достаточно всего один человек два часа в день. 

Этот сотрудник ведет контроль с помощью обыкновенного компьютера, а также работает на тракторе для подачи биомассы. После 2-х недельного обучения на установке может работать человек без особых навыков, т.е. со средним или средним специальным образованием.   

ВЫГОДЫ

  • Биогаз.
  • Собственная биоэнергетическая станция.
  • Правильная утилизацию органических отходов. Отходы в доходы!
  • Биоудобрения. При использовании удобрений, полу­ченных на биогазовых установках, уро­жайность может быть повышена на 30-­50%. Обычный навоз, барду или другие отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. При исполь­зовании же биогазовой установки биоот­ходы перебраживают и, переброженная масса тут же может использоваться как высокоэффективное биоудобрение. Переброженная масса — это готовые экологически чистые жидкие и твердые биоудобрения, лишенные нитри­тов, семян сорняков, патогенной микро­флоры, яиц гельминтов, специфических запахов. При использовании таких сба­лансированных биоудобрений урожай­ность значительно повышается.  
  • Электроэнергия. Установив био­газовую установку, предприятие бу­дете иметь свою, по сути, бесплатную электроэнергию, а значит, существен­ное снижение себестоимости продук­ции, что в свою очередь позволит пос­леднему получить дополнительные конкурентные преимущества.  
  • Тепло. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно ис­пользовать для обогрева предпри­ятия, теплиц, технологических целей, полу­чения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содер­жания скота. Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости производимой предприятием продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений.  
  • Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства. Уменьшение энергетической зависимости, умень­шение выбросов парниковых газов, уменьшение загрязнения окружа­ющей среды отходами сельскохозяйс­твенного производства, отсутствие на предприятии неприятного запаха.

Строительство биогазовой установки актуально не только для вновь создаваемых ферм, но и для старых. Ведь часто старые лагуны переполнены, и их ремонт требует значи­тельных средств. Если некоторые отходы можно просто хранить в отстойниках, то на утилизацию некоторых (например, на отходы бойни) необходимо затрачивать энергию и средства. Требования к площадке. Установка может располагаться на месте отстойников, лагун или старой свалки. Средние размеры площадки под установку 40х70 м.  

Цена биогазовой установки

Каждое предприятие индивидуально, поэтому в каждом случае финансовые затраты будут рассчитываться специалистами.  

Пример проекта

Мы приводим пример средних затрат и доходов при установке биогазового оборудования.
Калькуляция затрат и доходов на примере биогазовой установки для спиртового завода. Стоимость установки 1280 тыс. евро. Все услуги и работы включены. Производительность по зерновой барде 100 т в сутки. 

Влажность сепарированной барды 70%. Средний срок окупаемости проекта 2-3 года. А при полном использовании возможностей установки окупаемость может быть 1,5-1,8 года.  Использование возможностей – это добавление коферментов, использование тепла в теплицах, продажа полностью всех производимых удобрений.  

Затраты на энергоносители – одна из основных статей издержек, которая существенно влияет на себестоимость продукции. Очистные сооружения потребляют около 50% энергии, а при постройке биогазовой установки происходит экономия этих 50%.  Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. 

Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства.

Затраты:

Евро.

Обслуживание реактора

32 000

Амортизационные расходы

27 800

Обслуживание электрогенератора

4 000

Электроэнергия (для случая, если производится только газ)

6 500

Оплата труда (с запасом берем 2 человека низкой квалификации)

7 000

Всего затрат за год

77 300

Доходы: 1. Продажа/использование газа (или электроэнергии как производной от газа) 2. Продажа/использование удобрений 3. Продажа квот СО2

Евро.

 

Ед. изм.

Выход в час.

Выход за год.

Стоимость евро.

Общая сумма евро

Биогаз

м3

575

5 037 000

0,08

402 960

Гумус

тонн

0,616

5 400

80

432 000

Жидкие биоудобрения

м3

3,221

28 200

4

113 000

Квоты СО2

тонн

 

22 000

8

176 000

Общая прибыль

1 123 960

Чистая прибыль

1 046 660 

Источник – Проспект компании «Биоэнергосила»

Материал подготовлен Шиловой Е. П.

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Одна из крупнейших в мире энергетических компаний Chevron, занимающая лидирующие позиции на американском рынке, раньше запланированного начнет переработку коровьего навоза в возобновляемый природный газ в рамках программы по сокращению выбросов углекислого газа, пишет Bloomberg.

Нефтяная компания и ее партнер Brightmark LLC, занимающийся утилизацией отходов, уже строят в семи штатах 28 заводов, на одном из которых производство начнется в этом году. Вдобавок планируется открыть еще 10 предприятий по производству биометана — возобновляемого природного газа, получаемого из биомассы. Использовать альтернативный вид топлива планируется для заправки грузовиков.

«Мы думаем, что сможем повлиять на грузовые автопарки, чтобы они перешли на это топливо», — заверил президент подразделения горюче-смазочных материалов Chevron в Северной и Южной Америке Энди Вальц.

Материалы по теме:

Компании Chevron и Brightmark отказались обсуждать стоимость своего совместного предприятия Brightmark RNG Holdings. Президент отраслевой группы Energy Vision Мэтт Томич рассказал, что средняя стоимость строительства объекта по производству возобновляемого газа в прошлом составляла около 17 миллионов долларов. Но в последнее время эта цифра растет и часто достигает 30 миллионов долларов.

Тем временем энергетические компании, от которых по всему миру требуют сокращения углеродных выбросов, стремятся перейти на производство углеродно-нейтрального топлива. Так называемый возобновляемый природный газ производится из метана — одного из главных факторов, вызывающих глобальное потепление. Экологи предупреждают, что в ближайшие десятилетния от него пострадают все страны без исключения.

Технология улавливания метана на фермах, свалках и других объектах, существовавшая много лет, начинает набирать обороты по мере того, как города и предприятия ищут пути сокращения выбросов. Chevron и другие нефтяные компании утверждают, что использование биометана поможет в борьбе с глобальным потеплением. В то же время экологи считают, что дорогой биогаз только замедлит отказ энергетической отрасли от углеводородов.

Дороговизна биометана мешает использовать его как топливо для широкого применения. Газ перевозят в тяжелых толстостенных баллонах. По экспертным подсчетам, для того, чтобы обеспечить трехтонный автомобиль на сутки топливом, необходимо не менее восьми баллонов биогаза объемом в 50 литров. Общий вес баллонов составит около 700 килограммов. Сжижать газообразный биометан было экономически нецелесообразно долгое время. https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=84

Биогаз из жидкого и твердого навоза КРС, свиней, коней

Фермерские хозяйства стремятся к наращиванию мощностей, вместе с тем набирают обороты и процессы контроля за соблюдением экологических требований по утилизации отходов животноводства и птицеводства. При существующих предпосылках, именно технологии производства биогаза обеспечивают возможность эффективного использования навоза и навозной жижи.

Неважно, твердый навоз крупного рогатого скота, лошадей или навозная жижа свиней – эти побочные продукты жизнедеятельности животных имеют одну общую особенность: они подходят для сбраживания в биогазовой станции.

Отходы животноводства богаты питательными веществами, а значит содержат энергетический потенциал и является оптимальным сырьем для производства биогаза.

Что лучше — навоз или навозная жижа?

Следует отметить, что навоз значительно проще поддается обработке и хранению, чем навозная жижа. Не только соответствующее содержание питательных веществ, но и способность к перекачиванию, делают навоз КРС и навозную жижу свиней оптимальным сырьем для производства биогаза.

Кроме того, отходы животноводства хорошо смешиваются с любыми другими субстратами, поскольку данное сырье способствует поддержанию стабильности ферментационных процессов биогазового производства. А добавление силоса кукурузы или других субстратов повышает общий выход биогаза, и, соответственно, выход метана.

Выход навоза КРС, свиней, лошадей

Нормы загрузки навоза рассчитываются довольно просто, тогда как навозная жижа и помет требуют более претензионного подхода, расчетов и контроля. Корова производит от 7,5 до 21 м3 навоза в год, тогда как свиньи от 1,2 до 6 м³, а лошади — около 16 м³ навоза. Итак, производство одинакового количества субстрата требует содержания стада животных разных размеров.

Навозная жижа свиней или навоз КРС?

Биогаз образуется в процессе ферментации питательных веществ, таких как жиры, углеводы и протеины. Навоз крупного рогатого скота и навозная жижа свиней существенно отличаются по составу. Поэтому и выход биогаза данные виды сырья имеют разный.

Навоз КРС имеет высокое содержание углеводов, тогда как навозная жижа свиней — высокое содержание белков. Поскольку протеины производят более высокие концентрации метана в биогазе, то и выход биогаза в пересчете на сухое вещество заметно выше у навозной жижи свиней.

Навоз тоже разный!

Производство биогаза из навоза и навозной жижи приобретает соответствующее распространения, однако с учетом довольно существенного нюанса: выход метана при сбраживании жидкого навоза свиней в 14 раз ниже, чем при сбраживании энергетических культур.

Хотя выход биогаза из сухого вещества навозной жижи свиней несколько выше выхода биогаза из навоза КРС, однако имеющийся относительно низкий выход навоза единицы скота, нивелирует данное преимущество.

Чистый жидкий навоз свиней практически не используют для производства биогаза. Причина заключается в высоком содержании воды — почти 95%.

Поэтому оптимальным решением и является многокомпонентное сбраживания, то есть сбраживания нескольких видов субстратов, растительного и животного происхождения.

Выход биогаза из твердого и жидкого навоза КРС, свиней, лошадей

 

Данные выхода биогаза для предварительной оценки потенциала биогазового производства принимаются из расчета на тонну субстрата (FNR) и в среднем составляют:

— Жидкий навоз КРС — 25 Нм³ биогаза с содержанием метана на уровне 60%;

— Жидкий навоз свиней — 28 Нм³ биогаза с содержанием метана на уровне 65%;

— Жидкий навоз лошадей без соломы — 63 Нм³ биогаза.

 

Значение выхода биогаза из навоза КРС и свиней выше значение выхода биогаза из жидкого навоза, при практически одинаковом содержании метана. Так, выход биогаза из тонны навоза КРС составляет около 45 Нм3 и 60 Нм3 из тонны навоза свиней, что в среднем в 2 раза выше, чем в случае сбраживания жидкого навоза КРС и жидкого навоза свиней.

Однако на практике данные значения часто ниже, что объясняется значительной зависимостью от степени разведения навоза при удалении из мест содержания животных.

 

Кроме навозной жижи и навоза животных, биогаз можно производить из следующих групп сырья:

  • биогаз из возобновляемых ресурсов — энергетических культур;
  • биогаз из отходов и остатков агропромышленного комплекса;
  • биогаз из отходов газонной травы (компостированных трав).

Ученые: объемы выбросов сельскохозяйственного метана зависят от способов утилизации навоза — Социальная ответственность

Для достижения целей по сокращению выбросов метана, одного из парниковых газов, в штате Калифорния (США) производители молока должны изменить способ хранения и обработки навоза. Об этом сообщает новое исследование коалиции Dairy Cares и Фонда защиты окружающей среды США, о котором рассказывает Environmental Leader.

По данным Калифорнийской организации по изучению климата и сельского хозяйства  (CalCAN), агрикультура отвечает за около 60% выбросов метана в Калифорнии, а государственные молочные хозяйства являются основным источником этих выбросов. Выбросы метана из коровьего навоза происходят в основном в результате «влажного» хранения. Различия в выбросах между молочными заводами в Калифорнии, согласно исследованию, связаны с количеством навоза, который хранится в анаэробных (влажных) и безвоздушных условиях. Авторы предполагают, что сокращение количества навоза, хранящегося в жидкой форме, или времени такого хранения, может значительно снизить выбросы метана.

В исследовании внимание было сфокусировано на выбросах двух молочных заводов в Калифорнийской долине. Оказалось, что количество метана в составе кишечных газов животных остается стабильным в течение всего года, тогда как выбросы от хранения навоза могут сильно варьироваться и зависят от погоды: летом их объем увеличивается в 3-6 раз по сравнению с зимним периодом.

К 2016 г. Калифорнии удалось достичь своих первоначальных целей сокращения выбросов парниковых газов (ниже уровня 1990 г. к 2020 г.). Это произошло во многом благодаря достижениям в секторе возобновляемых источников энергии. При этом продолжают расти выбросы от автомобилей и грузовиков — крупнейших источников выбросов парниковых газов в стране.

«Радикальные сокращения от производства электроэнергии компенсируют вялую работу в других секторах экономики, включая рост выбросов в транспортном секторе, где для нас есть самая подходящая работа», — прокомментировал Алекс Джексон, старший юрист в Совете по сохранению природных ресурсов.

С другой стороны, по данным CalCAN, метан составляет всего 6% от общего объема выбросов парниковых газов в Калифорнии. Закон, принятый в 2016 г., сделал Калифорнию первым в мире молокопроизводящим регионом, поставившим целью 40-процентное сокращение выбросов метана из коровьего навоза к 2030 г.

Существующие в настоящее время государственные программы по стимулированию сокращения выбросов нацелены на определенный источник: хранилища жидкого навоза. Калифорния выделила $260 млн на проекты по сокращению выбросов метана. К ним относятся биореакторы, которые накапливают метан и превращают его в возобновляемую энергию и топливо, а также cистемы хранения навоза, позволяющие избежать выделения метана в анаэробных условиях. Ожидается, что в течение следующих четырех-пяти лет в Калифорнии будут работать от 100 до 120 биореакторов. Они считаются одной из наиболее рентабельных климатических инвестиций Калифорнии.

В октябре 2017 г. специалисты министерства сельского хозяйства США пересчитали известные ранее показатели выбросов метана. По новой оценке, объем выбросов составил 119 млн т и оказался на 11% больше объемов, представленных по итогам 2011 г. Межправительственной группой экспертов по изменению климата ООН (IPCC).

По оценкам экологов, три четверти глобальных выбросов парниковых газов приходятся на диоксид углерода, который выделяется во время горения ископаемого топлива. В 2015 г., по данным IPCC, доля метана составила 16%. Однако в столетней перспективе метан может в 28 раз сильнее повлиять на климат, чем диоксид углерода. Резкий рост объемов метана может поставить под угрозу цель Парижского соглашения — не допустить повышения средней температуры на планете к 2100 г. более чем на 2°C по сравнению с доиндустриальной эпохой.

Материал предоставлен проектом +1.

Сырье для биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Сырье для биогазовых установок

Поскольку технологии в настоящее время стремительно шагнули вперед, сырьем для получения биогаза могут стать самые различные отходы органического происхождения. Показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья приведены ниже.

Таблица 1. Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья
Коровий навоз 39-51
Навоз КРС, перемешанный с соломой 70
Свиной навоз 51-87
Овечий навоз 70
Птичий помет 46-93
Жировая ткань 1290
Отходы с мясобойни 240-510
ТБО 180-200
Фекалии и сточные воды 70
Послеспиртовая барда 45-95
Биологические отходы производства сахара 115
Силос 210-410
Картофельная ботва 280-490
Свекольный жом 29-41
Свекольная ботва 75-200
Овощные отходы 330-500
Зерно 390-490
Трава 290-490
Глицерин 390-595
Пивная дробина 39-59
Отходы, полученные в процессе уборки ржи 165
Лен и конопля 360
Овсяная солома 310
Клевер 430-490
Молочная сыворотка 50
Кукурузный силос 250
Мука, хлеб 539
Рыбные отходы 300

 

Навоз КРС

Во всем мире к числу наиболее популярных относят биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья коровьего навоза. Содержание одной головы КРС позволяет обеспечить в год 6,6–35 т жидкого навоза. Этот объем сырья может быть переработан в 257–1785 м3 биогаза. По параметру теплоты сгорания указанные показатели соответствуют: 193–1339 кубометрам природного газа, 157–1089 кг бензина, 185–1285 кг мазута, 380–2642 кг дров.

Одним из ключевых преимуществ использования коровьего навоза в целях выработки биогаза является наличие в ЖКТ крупного рогатого скота колоний бактерий, вырабатывающих метан. Это означает, что отсутствует необходимость дополнительного внесения микроорганизмов в субстрат, а следовательно, потребность в дополнительных инвестициях. Вместе с тем однородная структура навоза делает возможным применение данного типа сырья в устройствах непрерывного цикла. Производство биогаза будет еще более эффективным при добавлении в ферментируемую биомассу мочи КРС.

Навоз свиней и овец

В отличие от КРС, животные этих групп содержатся в помещениях без бетонных полов, поэтому процессы производства биогаза здесь несколько осложняются. Использование навоза свиней и овец в устройствах непрерывного цикла невозможно, допускается лишь его дозированная загрузка. Вместе с сырьевой массой данного типа в биореакторы нередко попадают растительные отходы, что может существенно увеличить период ее обработки.

Птичий помет

В целях эффективного применения птичьего помета для получения биогаза рекомендуется оснащать птичьи клетки насестами, поскольку это позволит обеспечить сбор помета в больших объемах. Для получения значительных объемов биогаза следует перемешивать птичий помет с коровьей навозной жижей, что исключит излишнее выделение аммиака из субстрата. Особенностью применения птичьего помета при производстве биогаза является необходимость введения 2-стадийной технологии с использованием реактора гидролиза. Это требуется в целях осуществления контроля над уровнем кислотности, в противном случае бактерии в субстрате могут погибнуть.

Фекалии

Для эффективной переработки фекалий требуется минимизировать объем воды, приходящийся на один санитарный прибор: единовременно он не может превышать 1 л.

С помощью научных исследований последних лет удалось установить, что в биогаз, в случае использования для его производства фекалий, наряду с ключевыми элементами (в частности, метаном) переходит множество опасных соединений, способствующих загрязнению окружающей среды. Например, во время метанового брожения подобного сырья при высоких температурных режимах на станциях биоочистки стоков практически во всех пробах газовой фазы обнаружено около 90 µg/м3 мышьяка, 80 µg/м3 сурьмы, по 10 µg/м3 ртути, 500 µg/м3 теллура, 900 µg/м3 олова, 700 µg/м3 свинца. Упомянутые элементы представлены тетра- и диметилированными соединениями, свойственными процессам автолиза. Выявленные показатели серьезно превышают ПДК указанных элементов, что свидетельствует о необходимости более обстоятельного подхода к проблеме переработки фекалий в биогаз.

Энергетические растительные культуры

Подавляющее большинство зеленых растений обеспечивает исключительно высокий выход биогаза. Множество европейских биогазовых установок функционируют на кукурузном силосе. Это вполне оправданно, поскольку кукурузный силос, полученный с 1 га, позволяет выработать 7800–9100 м3 биогаза, что соответствует: 5850–6825 м3 природного газа, 4758–5551 кг бензина, 5616–6552 кг мазута, 11544–13468 кг дров.

Около 290–490 м3 биогаза дает тонна различных трав, при этом особенно высоким выходом отличается клевер: 430–490м3. Тонна качественного сырья картофельной ботвы также способна обеспечить до 490 м3, тонна свекольной ботвы – от 75 до 200 м3, тонна отходов, полученных в процессе уборки ржи, — 165 м3, тонна льна и конопли – 360 м3, тонна овсяной соломы — 310 м3 .

Следует отметить, что в случае целенаправленного выращивания энергетических культур для производства биогаза существует необходимость инвестирования денежных средств в их посев и уборку. Этим подобные культуры существенно отличаются от иных источников сырья для биореакторов. Необходимости в удобрении подобных культур нет. Что касается отходов овощеводства и производства зерновых культур, то их переработка в биогаз имеет исключительно высокую экономическую эффективность.

«Свалочный газ»

Из тонны сухих ТБО может быть получено до 200 м3 биогаза, свыше 50% объема которого составляет метан. По активности выбросов метана «свалочные полигоны» намного превосходят любые другие источники. Использование ТБО в производстве биогаза не только позволит получить существенный экономический эффект, но и сократит поступление загрязняющих соединений в атмосферу.

Качественные характеристики сырья для получения биогаза

Показатели, характеризующие выход биогаза и концентрацию в нем метана, зависят в том числе от влажности базового сырья. Рекомендуется поддерживать ее на уровне 91% в летний период и 86% в зимний.

Осуществить получение максимальных объемов биогаза из ферментируемых масс можно, обеспечив достаточно высокую активность микроорганизмов. Реализовать эту задачу можно лишь при необходимой вязкости субстрата. Процессы метанового брожения замедляются, если в сырье присутствуют сухие, крупные и твердые элементы. Кроме того, при наличии таких элементов наблюдается образование корки, приводящей к расслоению субстрата и прекращению выхода биогаза. Чтобы исключить подобные явления, перед загрузкой сырьевой массы в биореакторы ее измельчают и осторожно перемешивают.

Оптимальными значениями pH сырья являются параметры, находящиеся в диапазоне 6,6–8,5. Практическая реализация увеличения рН до необходимого уровня обеспечивается посредством дозированного введения в субстрат состава, изготовленного из измельченного мрамора.

В целях обеспечения максимального выхода биогаза большинство различных типов сырья допускается смешивать с другими видами посредством кавитационной переработки субстрата. При этом достигаются оптимальные соотношения углекислого газа и азота: в обрабатываемой биомассе они должны обеспечиваться в пропорции 16 к 10.

Таким образом, при выборе сырья для биогазовых установок имеет смысл уделить его качественным характеристикам самое пристальное внимание.

Подмосковный колхоз начал вырабатывать электричество из навоза

Специалисты подмосковного Всероссийского научно-исследовательского института животноводства (ВИЖ) пригласили чиновников, специалистов ветеринарного контроля, представителей Академии сельскохозяйственных наук и корреспондента «Газеты.Ru», чтобы продемонстрировать им оригинальную разработку. Животноводы придумали, как превращать в тепло, электричество и даже в моторное топливо то, что все фермы производят тоннами, — обыкновенный навоз.

Опыты по переработке отходов жизнедеятельности коров ведутся в экспериментальном хозяйстве ВИЖа «Кленово-Чегодаево», которое расположено в Подольском районе Московской области (ныне — территория Новой Москвы). Эта марка молочных продуктов хорошо знакома жителям Подольского района, которые любят покупать творог, масло и молоко местного экспериментального хозяйства РАСХН.

Знакомить гостей с чудо-разработкой взялся деловитый директор хозяйства Валерий Виноградов, который первым делом представил собравшимся руководителей мало кому известной организации «Зеленый Крест», на паритетных началах участвующей в этой инновации. Что это за организация, рассказал ее президент Сергей Барановский. «Международный Зеленый Крест родился в Киото по инициативе экологического саммита в Рио-де-Жанейро. Этот саммит решил поддержать инициативу Михаила Горбачева, который еще в 1990 году заявил, что нужно создать организацию типа Красного Креста, которая занимается влиянием неблагоприятных факторов на людей», — напомнил Барановский собравшимся в зале ВИЖа, бывшей усадьбе Голицыных.

— Мы хотим создать модульную установку, чтобы ее можно было элементарно тиражировать. Сегодня она у нас небольшая, но на ней отработано большинство технологий, которые мы сможем повторять. Наша установка производит электроэнергию, в ней идет анаэробный процесс, в результате которого получается органическое удобрение… Эксклюзивность этой установки по сравнению с зарубежными — в более быстром ускорении процесса», — резюмировал директор хозяйства, передав слово представителям Креста, которые и пролили свет на инновацию.

Суть ее оказалась в следующем.

Навоз, который тоннами производится на ферме, сначала измельчают, затем из него удаляют основную массу опилок и соломы, чтобы «топливо» было жидким и могло свободно перемещаться по трубопроводам.

Затем измельченная жидкая фаза поступает в блок метанирования, так называемый реактор.

В этом блоке особые метанообразующие бактерии на 35–40% разлагают органическую фракцию навоза, образуя биогаз, который примерно наполовину состоит из метана и наполовину — из углекислого газа. Выделив из биогаза метан, его можно пустить в качестве энергоносителя на производство электроэнергии, а углекислый газ направляется на выращивание биомассы при помощи водоросли-хлореллы. По словам разработчиков, если западные аналоги тратят на выработку метана от недели до 80 дней, то их установка справляется гораздо быстрее. «Мы решили интенсифицировать процесс. Сейчас полный процесс происходит за время до полутора суток», — пояснил Чумаков. При этом процесс образования метана сопровождается нагревом охлаждающей воды до температуры порядка 90 градусов. Таким образом, говорят ученые, это тепло можно использовать при обогреве фермы. То, что остается от навоза после работы микробов, — качественное жидкое органоминеральное удобрение. «Мы его исследовали вместе с Тимирязевской академией и по всем культурам получили прибавку урожая не меньше чем в полтора раза, а по некоторым культурам эффект был пятикратный!» — добавил Чумаков. Отвечая на вопрос об экономических показателях и сроках окупаемости установки, изобретатели говорят, что пока речь идет об опытном производстве, которое в случае успешных испытаний позволит обеспечить хозяйство своим теплом, электричеством, удобрениями и даже моторным топливом.

— Вы упоминаете про моторное топливо, о чем идет речь конкретно? — поинтересовался корреспондент «Газеты.Ru».
— Это не то моторное топливо, которое вы имеете в виду, — биодизель. Речь идет о метан-гидратах, которые позволяют метан компактировать до соединения, существующего на основе вандерваальсовских сил, похожего на снег. Это соединение содержит очень чистый метан, соответственно, и выхлоп очень чистый. Это направление, которое мы хотим продвигать не только в сельском хозяйстве, но и на общественном транспорте Москвы, — пояснил Чумаков.

Ознакомиться непосредственно с процессом превращения навоза в ток и удобрения гостям предложили в самом хозяйстве, в котором сегодня содержится 1,5 тыс. коров.

Общий вид фермы мало чем отличается от типичных отечественных хозяйств: пространство между коровниками равномерно покрыто ровным слоем грязи, хотя коровы ухожены и чисты. Разве что директор передвигается не на «уазике», а на представительском Hyundai, да еще у входа в помещение для сбора навоза выдают одноразовые халаты, бахилы и шапочки: запах «топлива» и «еды» для реактора, как его здесь называют, легко въедается в одежду и волосы.

27 сентября 17:57

«Из опилок в навозе никакого биогаза быть не может, поэтому первая часть установки — система, которая позволяет удалять их большую часть. Первая сложность заключалась в том, чтобы перехватить навоз, который собирается в этом приемнике с коровника, и использовать то оборудование, которое использовалось тут исторически, чтобы выкачивать навоз в телегу с трактором», — рассказал главный технолог установки Сергей Полянский. Погружение в тонкости производственного процесса происходит без отрыва от производства: периодически разговор прерывается звуками из «приемника», свидетельствующими о «работе» коров. Чтобы поддерживать исправную работу установки, работникам приходится разбираться в сортах сырья. «Под большим углом навоз поднять невозможно: он то жидкий, то густой, поэтому солому надо удалять центрифугой», — говорит технолог.

Жидкий навоз скапливается в приемной емкости, затем по трубам подается в блок метанирования. Этот блок состоит из пяти так называемых метантенков — устройств для анаэробного брожения жидкой фракции навоза. Они находятся в термоизолированном контейнере с пятью такими чанами вместимостью 7,5 куб. м.

close

100%

В день здесь получают около 24 куб. м газа с 350 кг навоза, при этом весь процесс подачи сырья автоматизирован, уверяют создатели установки.

Рядом с контейнером стоят немецкие генераторы, способные работать на метане: при их запуске в контейнере загорается светодиодное освещение. «Сейчас суммарные затраты составляют примерно шесть-восемь киловатт. Если мы будем вырабатывать хотя бы киловатт пятьдесят, то этот процесс становится глубоко резонным. Затрачивать будем киловатт десять, не больше», — говорит Полянский. Чтобы продемонстрировать реальное выделение газа, технолог поднес огонь к патрубку и попозировал перед фотокамерой с факелом.

«Можно пофантазировать и представить ферму, на которой роботы будут доить коров, чтобы нам рабочих не использовать никаких… Робот доит коров. Коровы сами ходят на дойку, выделяют навоз, он перерабатывается в электроэнергию, все бы это работало само и давало продукцию, которую вы сегодня попробовали, — кефир, творог и все остальное! Было бы интересно!» — помечтал директор хозяйства позже в неформальной обстановке.

«В сумме процессы, которые хотят эти товарищи сделать, осуществить сложно, так как у нас более суровые климатические условия, нежели в Европе или Америке. Но это важно и нужно делать, особенно для ферм, которые находятся в пределах муниципальных поселений и даже городских поселений. Второе — это вопрос энергии, которая весь мир щекочет, но Россию в меньшей степени. Вот почему об альтернативных источниках энергии мы пока только говорим, а ведь эту дельту в стоимости традиционной энергии и полученной альтернативным путем государству надо покрывать», — считает вице-президент РАСХН Юрий Лачуга.

Получение биогаза – путь повышения эффективности производства — Компания Fluitech Systems

Биогаз — один из перспективных для Украины альтернативных источников энергии.

Биогазовая установка (БГУ) — это комплекс по переработке сельскохозяйственных, производственных и бытовых отходов, вырабатывающий биогаз, содержащий не менее 60% метана, и высококачественные удобрения. После очищения биогаза получается биометан, который используют как природный газ.

Большинство животноводческих хозяйств сооружают биогазовые установки для получения электроэнергии и тепла. Из 1 куб. м биогаза при сжигании в когенерационной установке (оборудование для комбинированного производства электроэнергии и тепла), можно получить до 2 кВтч электроэнергии. Выход же самого биогаза зависит от вида используемого сырья. К примеру, из тонны навоза крупного рогатого скота образуется 50–65 куб. м биогаза, из различных видов энергетических растений — 100–500 куб. м. Обычно БГУ производит гораздо больше электроэнергии и тепла (примерно в 1,5–2 раза), чем нужно хозяйству. К примеру, большая молочная ферма на 4 тыс. коров, используя биогазовую установку, производит электроэнергию мощностью около 0,85 МВт и тепло в количестве 1,15 Гкал/ч при существенно меньшем их потреблении. Соответственно их избыток можно продать. Это особенно выгодно в части отпуска электроэнергии, когда энергосистема покупает ее по «зеленому» тарифу. Следует учесть, что себестоимость производимой на биостанции электроэнергии составляет примерно 0,10 грн. за кВтч. Соответственно, владелец хозяйства не только обретает энергонезависимость, но и получает неплохой доход. При работе по «зеленому» тарифу выгодно продавать максимум электроэнергии по высокой цене, чтобы покупать для своих нужд по низкой, как сейчас поступают в Западной Европе.

Кстати, сама биогазовая установка весьма экономна — потребляет всего 10–15% от производимой энергии зимой и 3–7% летом. Вырабатываемого ею тепла достаточно не только для обогрева коровника, свинофермы или птичника, но и для текущих хозяйственных нужд — получения пара, горячей воды, сушки соломы, семян, дров и пр. Возле биогазовых установок выгодно ставить теплицы — излишки тепла могут идти на поддержание нужной температуры. В себестоимости тепличных огурцов, помидоров, цветов 90% затрат — это тепло и удобрения. Получается, что возле биогазовой установки теплица может работать с максимально высокой рентабельностью.

Обычным навозом или другими отходами удобрять почву нет смысла — они должны «вызреть» в течение трех–пяти лет. Если вы производите биогаз, одновременно получаются уже готовые к применению удобрения — это сопутствующий продукт любой биоустановки. В обычных отходах (например, навозе) минеральные вещества химически связаны с органикой, и растения не могут их «переварить». В переброженной биомассе минералы отделены от органики, поэтому легко усваиваются. Кроме того, получается экологически чистый продукт, лишенный нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов. Как показывает практика, при использовании жидких или твердых биоудобрений урожаи увеличиваются на 40–50%. Причем расход составляет от одной до пяти тонн вместо 60 т необработанного навоза для 1 га земли. Полученные удобрения можно использовать как для собственных целей, так и продавать. Установка, перерабатывающая 100 т навоза в сутки, позволяет производить около 50 т твердых и 40 т жидких удобрений.

Если дополнить биоустановку системой обогащения биогаза, можно получить биометан — газ, аналогичный природному. Его можно использовать для отопления, заправки машин и других целей. Себестоимость производства биогаза составляет около $25–30 за 1000 куб. м, очищенного — $30–40. Очищенный биогаз можно просто продавать.

Но этим польза от БГУ не исчерпывается. Биостанции также решают проблему очистки и утилизации отходов, что зачастую составляет существенную часть расходов предприятия. Благодаря биогазовым установкам на ферме ликвидируется специфический запах, существенно повышается культура производства. Поскольку навоз сразу же идет в дело и его не приходится собирать, хозяйству требуется гораздо меньше лагун. Затраты на строительство навозных отстойников — вынужденная мера и нерационально используемые средства. Вложения в биогазовую установку экономят их и позволяют более эффективно использовать земельные площади. Причем строительство биогазовой установки актуально не только для новых животноводческих хозяйств, но и для уже существующих. Во многих случаях лагуны таких хозяйств переполнены, на их содержание расходуются немалые средства. Более того, при использовании обычных отстойников, свалок и лагун фильтрат (жидкость, загрязненная органическими и неорганическими веществами) иногда попадает в грунтовые воды, что недопустимо с точки зрения охраны природы.

Производство биогаза не только гарантирует прибыль, но и позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. В процессе разложения навоза выделяется метан, способствующий образованию парникового эффекта в 21 раз больше, чем углекислый газ. Свою позитивную экологическую функцию выполняют и биоудобрения, они позволяют снизить применение химических аналогов. Что немаловажно, наличие биогазовой установки позволяет уменьшить санитарную зону (расстояние от предприятия до жилой территории) с 500 до 150 м.

Прежде всего биогазовые установки стоит строить сельскохозяйственным предприятиям — крупным свинофермам, фермам молочного крупного рогатого скота, птицефабрикам. Если при строительстве нового животноводческого хозяйства не устанавливать биогазовую установку, придется протягивать газопровод, линию электропередачи, устанавливать резервные дизель-генераторы и строить лагуны. Целесообразнее расходуемые на эти цели средства направить на сооружение БГУ. Экономия капитальных затрат может составит в этом случае более 30% от стоимости биогазовой установки. В списке наилучших сырьевых источников для БГУ также тепличные хозяйства, мусороперерабатывающие предприятия, коммунальные структуры и городские очистные сооружения. Реальную пользу могут получить спиртовые, пивоваренные и сахарные заводы, мясокомбинаты, изготовители дрожжей, молокозаводы, хлебобулочные комбинаты, заводы по производству чипсов и переработке картофеля, производители соков и консервов, виноделы, рыбные цехи и другие подобные предприятия.

Если у вас нет отходов, но имеются большие земельные площади, для производства биогаза есть смысл выращивать энергетические культуры — силосную кукурузу, многолетние травы и пр. Себестоимость биогаза будет выше, чем при использовании навоза, зато из одной тонны растительного сырья получается его как минимум в три раза больше, чем из коровьего навоза.

Биогазовая установка может стать отдельным бизнесом по переработке отходов. Но в этом случае она зависима от заказчиков услуг. Поэтому стоит инвестировать в проект лишь при наличии долгосрочных контрактов на услуги по очистке и утилизации отходов.

Выбор оборудования для производства биогаза в Украине не так уж широк, очевидно ввиду того, что этот бизнес пока находится на этапе становления. Наиболее известные мировые брэнды — немецкие. Это Schmack, EnviTec Biogas, Biogas Nord, Lipp. Самое дорогое оборудование производит Schmack: стоимость биогазовой станции под ключ составляет 4 млн евро за 1 МВт. Biogas Nord, EnviTec Bio-gas, Lipp — это средний ценовой сегмент (3–3,5 млн евро). Украинско-швейцарский брэнд Zorg предлагает биоустановки за 2,5–2,7 млн евро (собираются по немецкой технологии из немецких компонентов). Во всех случаях комплектующие для биогазовых станций используются одинаковые. На цену влияет в основном престижность брэнда. Кроме того, каждая компания закладывает в стоимость свои внутренние издержки (зарплата персонала, инженерные разработки и т. п.). Из всех упомянутых компаний представительства в Украине имеют лишь две: Zorg (Киев) и EnviTec Biogas (Буча, Киевская обл.). В Украине биогазовые установки не производятся, осуществляется только их проектирование и сборка.

Как правило, в стандартный комплект биогазовой установки входят емкость гомогенизации (где сырье смешивается в однородную массу), загрузчик сырья, реактор, мешалки, газгольдер (для хранения биогаза), газовый водогрейный котел, насосная станция, сепаратор, бак для удобрений, система контроля и безопасности. Такая установка выдает только биогаз и удобрения. Для комбинированного производства электроэнергии и тепла нужна когенерационная установка (дополнительные затраты составят около 30% от цены стандартной комплектации под ключ). Мощность электростанции БГУ зависит от масштабов сырьевой базы, выработки биогаза, потребности предприятия в электроэнергии и размера инвестиций. Она варьируется от 1 кВт (бытовые установки) до нескольких десятков МВт. Наиболее рентабельными являются станции средней и большой мощности — от 500 кВт и выше. БГУ, оснащенные такими станциями, быстрее окупаются.

Как правило биогазовая станция — это модульная установка, мощность которой при необходимости можно наращивать. Для этого просто добавляют дополнительный реактор и ряд другого оборудования. Это удобно развивающимся хозяйствам, увеличивающим поголовье скота, расширяющим площади посевов и т. п. При строительстве биогазовой установки им не придется брать проект с учетом перспективы, а просто на определенном этапе добавить еще один или несколько реакторов с соответствующим оборудованием.

Возможна комплектация биогазовой установки также линией сушки и фасовки удобрений. Твердые удобрения пакетируются, а жидкие разливаются в соответствующую тару.

Для производства биометана установка оснащается системой очистки, которая позволяет производить очистку биогаза до требуемого состояния (полного аналога природного газа с концентрацией метана в пределах 90–97%). После очистки газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей либо подаваться в общую систему газоснабжения.

Биогазовой установкой управляет система автоматики, контролирующая работу насосной станции, мешалок, системы подогрева, газовой автоматики, генератора. При компьютерном управлении и контроле за процессом достаточно всего двух-трех человек, работающих посменно. Причем после соответствующего обучения на установке может работать специалист невысокой квалификации.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья. Это навоз, птичий помет, зерновая и меласная послеспиртовая барда, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки и пр.), бытовые отходы. Используются также отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка) и предприятий по производству соков (фруктовый, ягодный, овощной жом, виноградная выжимка), технический глицерин от производства биодизеля из рапса. Можно производить биогаз из отходов переработки картофеля (очистки, шкурки, гнилые клубни и пр.), различных энергетических культур (силосной кукурузы, рапса, подсолнечника, овса, сахарной и кормовой свеклы вместе с ботвой, зерновых) а также травяного силоса, смеси клевера с другими травами и пр. Качество сырья характеризуется влажностью (чем она ниже, тем лучше), выходом биогаза и содержанием в нем метана. В среднем из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50–65 куб. м биогаза с содержанием метана 60%, из различных видов энергетических растений — 150–500 куб. м с 70% метана. Максимальное количество биогаза —1300 куб. м с содержанием метана до 87 % — можно получить из животного жира. При использовании биотехнологий для переработки отходов животноводческих хозяйств и птицефабрик, предприятий АПК обеспечение сырьем не является проблематичным. Биогазовые установки на навозе — самые простые по конструкции. Микроорганизмы, участвующие в процессе брожения, попадают в навоз уже из кишечника животных, поэтому их не нужно добавлять к отходам для ускорения процесса разложения (как, например, в случае с некоторыми видами растительного сырья). Также не нужно оснащать установку реактором гидролиза (как с птичьим пометом).

Одна дойная корова дает в сутки от 30 до 70 кг навоза. Биогазовая установка будет экономически эффективной для ферм с поголовьем от 300–400 дойных коров. Одна свиноматка с 20–24 поросятами дает в день приблизительно 14,5 кг навоза. Свинья на откорме весом от 30 до 110 кг обеспечивает в среднем 3,5 кг. Из 1 т свиного навоза выходит 65 куб. м биогаза. Птичий помет также является хорошим сырьем для биогазовой установки. Свежий помет несушек, цыплят и бройлеров при клеточном содержании дает выход биогаза 130–140 куб. м с тонны. Помет с подстилкой, убираемый раз в 35–40 дней, обеспечивает около 80 куб. м биогаза с тонны. Хороший потенциал имеют и другие отходы животноводства. Например, продукты бойни в количестве 1 т обеспечивают 300 куб. м биогаза.

Альтернативной базой для производства биогаза и удобрений является растениеводство. В Западной Европе из 15 тыс. биогазовых станций половина работают на кукурузном силосе. В Австрии кукурузу для БГУ выращивают даже в горах. С каждым годом площадей под энергетические культуры становится больше. Если у предприятия нет отходов, но есть большие земельные площади, растениеводство может стать весьма эффективным источником сырья. С точки зрения выхода газа практически все зеленые растения в свежем или силосованном виде дают высокие результаты. Силосная кукуруза на сегодняшний день — один из наиболее эффективных видов растительного сырья для переработки. Она дает хороший урожай с гектара и большой выход газа (с 1 т — 220 куб. м). Затраты на производство кукурузы относительно невелики, а техника для ее посева, уборки и дальнейшей обработки есть практически в каждом хозяйстве. Хорошая альтернатива кукурузе — свекла. Из 1 т ботвы получается 200 куб. м биогаза. Тонна разных видов трав дает 250 куб. м биогаза.

В Западной Европе практикуются так называемые энергетические севообороты, когда одна энергетическая культура сменяется другой, что позволяет собирать зеленую массу два раза в год, подавлять рост сорняков и значительно экономить средства предприятия. Также выращивают по две культуры на одном поле одновременно, например кукурузу и подсолнечник или кукурузу и просо, что позволяет увеличить содержание питательных веществ в силосе и стабилизировать урожайность в засушливые годы. Эти технологии вполне реально применять у нас — хозяйства будут всегда обеспечены качественным высококалорийным сырьем. Причем разные культуры могут в реакторе смешиваться — во многих случаях это дает даже более эффективные результаты, чем при использовании одного вида сырья. Что немаловажно, при выращивании энергетических культур не тратятся средства на удобрения, поскольку они производятся на биогазовой установке. Но у всех видов растительного сырья есть один недостаток — нужно вкладывать средства в их выращивание и уборку. Соответственно, себестоимость производства биогаза из них выше, чем из навоза. Большинство видов сырья можно смешивать. Различие состоит лишь в способах его подачи. Для твердых видов — это шнековые загрузчики, для жидких — приемные резервуары с насосной станцией. Если планирутся использовать разные виды биомассы, стоит укомплектовать станцию обоими типами загрузки.

Оптимальный вариант по сырью — коровий и свиной навоз. Такие установки самые дешевые по конструкции и простые в эксплуатации, а для переработки биомассы не требуются дополнительные модули. Но из-за невысокой калорийности навоза есть смысл устанавливать биогазовые станции лишь на базе достаточно крупных хозяйств. Малые установки будут долго окупаться, приносить невысокий доход, да и сырья для производства биогаза может быть недостаточно. Придется либо его специально закупать, либо параллельно с разведением коров и свиней выращивать какие-нибудь сельхозкультуры. Но это дополнительные расходы, да и не всегда в распоряжении небольшого животноводческого хозяйства имеется для этого достаточно земли.

Основная сложность использования птичьего помета — необходимость двухстадийной технологии производства — он не перерабатывается в биогаз в обычном реакторе. Для этого требуется установить реактор гидролиза, позволяющий контролировать уровень кислотности (чтобы бактерии не погибли из-за повышения содержания кислот и щелочей). Дополнительный модуль приводит к 30%-ному удорожанию биогазовой станции. Помет можно перерабатывать и по обычной одностадийной технологии, но смешивая его с другими видами сырья, например с навозом или силосом (на 2 т помета 1 т силоса). Кроме снижения капитальных затрат смешивание дает повышенный выход биогаза.

Интенсифицировать работу биогазовой установки помогут катаболические (разрушающие) энзимы — природные протеины, ускоряющие разложение органических веществ. Они повышают выход биогаза на 20–30% без увеличения объемов исходного сырья, предотвращают образование корки на поверхности биомассы в реакторах, увеличивают теплопроводность сырья и экономят тепловую энергию на его подогрев. Энзимы уже успели положительно себя зарекомендовать на биогазовых станциях в Германии. Стоимость энзимов — 32 евро за 1 кг. Их расход составляет примерно 100 г на 1 т органического сухого вещества.

Для снижения срока окупаемости следует выбрать самое дешевое сырье, перерабатывать максимальный его объем, использовать все возможности установки, потреблять и продавать продукты производства.

Решение о строительстве биогазовой установки, как и при реализации любого проекта, может быть принято только на основе технико-экономических расчетов, учитывающих все особенности ее применения в конкретных условиях.

Использование навоза для сокращения выбросов парниковых газов

Использование навоза для сокращения выбросов парниковых газов

Моча и навоз домашнего скота являются значительными источниками метана и закиси азота при разложении в анаэробных условиях.

Закись азота образуется при нитрификации-денитрификации азота, содержащегося в отходах животноводства. Анаэробные условия часто возникают, когда навоз хранится в больших кучах или прудах-отстойниках для обработки отходов от большого количества животных, содержащихся на ограниченной территории (например, молочные фермы, откормочные площадки, свинарники и птицефермы).

Потенциал глобального потепления у метана в 25 раз, а у закиси азота почти в 300 раз больше, чем у углекислого газа.

Жвачные животные выделяют 75–95% проглоченного ими азота. Жвачные животные на сочных весенних пастбищах обычно потребляют белок (содержащий азот) в избытке, но обычно имеют ограниченную энергию, что приводит к более высоким концентрациям аммиака в рубце, выделяемого с мочой в виде мочевины.

Выбросы закиси азота от жвачных животных можно свести к минимуму, сбалансировав соотношение белка и энергии в их рационе.В одном исследовании сообщается, что молочные коровы, потребляющие многолетний райграс с высоким содержанием сахара, выделяют на 18% меньше азота в целом и на 29% меньше азота с мочой.

Вернуться к началу

Меры по снижению содержания азота в моче скота

Меры включают:

  • разведение животных для повышения эффективности использования азота
  • использование кормов с более высоким соотношением энергии к белку энергетические добавки.

Сокращение выбросов парниковых газов из навоза

Меры включают:

  • аэрация и компостирование навозных складов снижает выбросы метана
  • добавление ингибиторов уреазы в навозные склады может снизить выбросы закиси азота; Ингибиторы уреазы — это химические добавки, которые останавливают или снижают скорость превращения мочевины (содержащейся в моче и навозе животных) в закись азота.

Использование навоза для улавливания и использования метана на фермах

Животноводческие отрасли проявляют повышенный интерес к системам сбора и использования биогаза (метана), таким как крытые пруды и сжигание или сжигание собранного биогаза для получения тепла или сила. Эти системы распространены в Европе, но не в Австралии, и могут быть прибыльными, независимо от компенсационного дохода, из-за производства энергии и торговли сертификатами возобновляемой энергии.

Системы производства биогаза могут сократить выбросы парниковых газов и повысить производительность ферм для интенсивных животноводов (в основном, для выращивания свинины и молока).В рамках деятельности по сокращению выбросов Фонда сокращения выбросов предусмотрено 3 приемлемых вида деятельности.

В системе производства биогаза большие объемы навоза перевариваются в условиях низкого содержания кислорода для производства биогаза, который впоследствии сжигается для разрушения метана и производства тепла или электричества. Осадок отходов обычно возвращается на землю в качестве удобрения в виде навозной жижи или гранул.

Компания Australian Pork Ltd выпустила свод правил по биогазу: «Производство и использование биогаза на фермах (свиноводство) для австралийских производителей».Кодекс ориентирован на крытые пруды сточных вод для свиноводства и обеспечивает основу для соответствующих и единых стандартов по всей Австралии для улучшения стандартов установок.

Биогазовые системы

Самая простая система представляет собой крытый бассейн для улавливания газа и его сжигания в факеле. Более сложные системы компенсируют затраты на энергию либо за счет сжигания газа для производства тепла, либо за счет его сжигания в генераторе для когенерации тепла и электричества. Если произведенная энергия превышает потребности фермы, излишки могут быть экспортированы в сеть.

Установки для производства биогаза обычно добавляются к существующим прудам для хранения навоза. Процесс использования биогаза выглядит следующим образом:

  • Отстойники накрывают, чтобы предотвратить выброс метана в атмосферу. Покрытие состоит из непроницаемой мембраны, натянутой поперек пруда. Он герметизирован по краям в анкерных траншеях с газосборными трубами, расположенными под крышкой. Должен быть установлен механизм для отвода дождевой воды, чтобы она не собиралась чрезмерно и не разрушала крышку.
  • Биогаз собирается и отводится от пруда.
  • Биогаз сжигается, превращая метан в углекислый газ и воду. Оставшиеся твердые отходы представляют собой концентрированную форму питательных веществ, которые можно использовать в качестве удобрения.

Использование скрытой силы коровьего навоза

Навоз распадается на пузырьки биогаза и смесь твердых и жидких веществ. Пузырь, в основном газообразный метан, можно использовать для подпитки двигателя и выработки электроэнергии.Весь процесс занимает 21 день. Оставшиеся твердые вещества и жидкости фильтруются и используются в качестве подстилки для коров и удобрения.

«Фермеры в Британской Колумбии очень заинтересованы в анаэробном пищеварении, — говорит Питер Торенвлиет, управляющий фермой. Торенвлит добавляет, что Bakerview EcoDairy создала «первую в своем роде систему анаэробного сбраживания на ферме, предназначенную для интеграции в коммерческие молочные фермы».

Метан является мощным парниковым газом. Его вклад в парниковый эффект более чем в 20 раз больше, чем у углекислого газа.На типичной ферме коровий навоз разбрасывают по полям, где газ метан просачивается из навоза в атмосферу. Дигесторы могут помочь в борьбе с выделением метана, сжигая газ и превращая его в углекислый газ. Дигестор улавливает метан до того, как он улетучится в атмосферу в чистом виде. Эти метантенки делают больше, чем просто производят устойчивый источник электроэнергии для коммерческих ферм. Они также снижают выбросы парниковых газов.

В процессе переваривания образуется твердый побочный продукт без запаха.Компания Bakerview EcoDairy использует этот побочный продукт для производства подстилки для коров.

Есть и еще один бонус.

Помимо выработки электроэнергии и сокращения выбросов парниковых газов, процесс анаэробного сбраживания устраняет почти все запахи коровьего навоза.

Многие мелкие фермеры с трудом могут позволить себе новую технологию, но растущая популярность и спрос делают варочные котлы более доступными. Вскоре больше небольших ферм, таких как Bakerview EcoDairy, смогут воспользоваться преимуществами этой технологии.

«Я горжусь тем, что на нашей демонстрационной молочной ферме вырабатывается чистая [электроэнергия] на месте, — говорит Вандеркуи. благоприятные для животных инновации на полностью функционирующей ферме.

%PDF-1.3
%
650 0 объект
>
эндообъект

внешняя ссылка
650 144
0000000016 00000 н
0000005102 00000 н
0000005299 00000 н
0000005351 00000 н
0000005665 00000 н
0000005757 00000 н
0000005900 00000 н
0000006061 00000 н
0000006127 00000 н
0000007082 00000 н
0000007173 00000 н
0000007266 00000 н
0000008191 00000 н
0000011331 00000 н
0000011517 00000 н
0000011589 00000 н
0000011709 00000 н
0000011795 00000 н
0000011845 00000 н
0000011964 00000 н
0000012014 00000 н
0000012157 00000 н
0000012207 00000 н
0000012302 00000 н
0000012468 00000 н
0000012518 00000 н
0000012614 00000 н
0000012710 00000 н
0000012872 00000 н
0000012922 00000 н
0000013071 00000 н
0000013170 00000 н
0000013325 00000 н
0000013374 00000 н
0000013484 00000 н
0000013574 00000 н
0000013711 00000 н
0000013760 00000 н
0000013899 00000 н
0000014022 00000 н
0000014111 00000 н
0000014160 00000 н
0000014257 00000 н
0000014306 00000 н
0000014355 00000 н
0000014463 00000 н
0000014512 00000 н
0000014614 00000 н
0000014663 00000 н
0000014765 00000 н
0000014814 00000 н
0000014863 00000 н
0000014913 00000 н
0000015038 00000 н
0000015087 00000 н
0000015216 00000 н
0000015265 00000 н
0000015385 00000 н
0000015434 00000 н
0000015549 00000 н
0000015598 00000 н
0000015744 00000 н
0000015793 00000 н
0000015842 00000 н
0000015892 00000 н
0000015994 00000 н
0000016044 00000 н
0000016158 00000 н
0000016208 00000 н
0000016363 00000 н
0000016413 00000 н
0000016548 00000 н
0000016680 00000 н
0000016827 00000 н
0000016877 00000 н
0000016986 00000 н
0000017079 00000 н
0000017129 00000 н
0000017244 00000 н
0000017294 00000 н
0000017344 00000 н
0000017394 00000 н
0000017537 00000 н
0000017587 00000 н
0000017637 00000 н
0000017687 00000 н
0000017806 00000 н
0000017928 00000 н
0000017978 00000 н
0000018110 00000 н
0000018160 00000 н
0000018210 00000 н
0000018260 00000 н
0000018398 00000 н
0000018448 00000 н
0000018564 00000 н
0000018614 00000 н
0000018720 00000 н
0000018770 00000 н
0000018880 00000 н
0000018930 00000 н
0000019041 00000 н
0000019091 00000 н
0000019201 00000 н
0000019251 00000 н
0000019367 00000 н
0000019417 00000 н
0000019554 00000 н
0000019604 00000 н
0000019714 00000 н
0000019764 00000 н
0000019883 00000 н
0000019933 00000 н
0000020048 00000 н
0000020098 00000 н
0000020233 00000 н
0000020283 00000 н
0000020418 00000 н
0000020468 00000 н
0000020583 00000 н
0000020633 00000 н
0000020748 00000 н
0000020798 00000 н
0000020908 00000 н
0000020958 00000 н
0000021066 00000 н
0000021116 00000 н
0000021229 00000 н
0000021279 00000 н
0000021396 00000 н
0000021446 00000 н
0000021564 00000 н
0000021614 00000 н
0000021721 00000 н
0000021771 00000 н
0000021891 00000 н
0000021941 00000 н
0000021991 00000 н
0000022041 00000 н
0000022089 00000 н
0000022171 00000 н
0000022254 00000 н
0000022303 00000 н
0000003176 00000 н
трейлер
]/предыдущая 2757902>>
startxref
0
%%EOF

793 0 объект
>поток
hV{PTνweG+h50MŔvMfѤKb^\f)X|ԢA. K#ؙ
hFcM!6sf;{9w~{

Метан из навоза приносит фермерам США доход от зеленого топлива

Рост животноводческих ферм промышленного масштаба в США поставил дешевое мясо на тарелки потребителей, но это также имеет экологические последствия. Среди них выбросы метана.

Мощный парниковый газ образуется при анаэробном разложении влажного навоза в открытых навозных ямах, что характерно для крупных свиноводческих и молочных ферм.

В США некоторые фермеры и коммунальные предприятия пробуют новые способы улавливания отработанного газа и преобразования его в топливо.«Возобновляемый природный газ» основан на устоявшейся технологии производства биогаза с дальнейшей его переработкой для транспортировки по коммерческим трубопроводам.

ГСЧ стоит дороже, чем обычный природный газ, а предложение гораздо меньше. Тем не менее, он привлекает инвестиции с помощью субсидий и льгот.

Преобразовывая навоз в возобновляемый природный газ, подобные установки могут обеспечить дополнительный доход фермерам © (c) Bertoldwerkmann | Dreamstime. com

В Северной Каролине проживает 9 человек.2 млн свиней, компания «ОптимаБио» собирает отработанные газы из изготовленных по индивидуальному заказу навозогенераторов на пяти свинофермах. По трубам газ направляется на централизованный завод, где его можно очистить и подвергнуть давлению для продажи коммунальному предприятию Duke Energy. OptimaBio платит фермерам за топливо.

«Это новый источник дохода от сельского хозяйства для тех фермеров, который выходит за рамки того, что они традиционно получали от кукурузы, бобов, арахиса или свиней», — говорит Марк Мэлони, исполнительный директор OptimaBio.

Компания Smithfield Foods, крупнейший в мире производитель свинины, расширила эту концепцию.Компания из Вирджинии, входящая в состав гонконгской группы WH, создала совместные предприятия для сбора, переработки и продажи метана из навоза. Одно совместное предприятие с коммунальной компанией Dominion Energy планирует инвестировать 500 млн долларов в RNG к 2028 году, начиная с проектов в Северной Каролине, Вирджинии и Юте и исследуя другие проекты в Аризоне и Калифорнии.

«По сути, то, чем мы занимаемся, — это преобразование метана в углекислый газ, что является чистой выгодой для климата в соотношении 25 к 1. Это трансформация», — говорит Томас Фаррелл, исполнительный директор Dominion.(Метан примерно в 25 раз сильнее нагревает атмосферу, чем углекислый газ за 100-летний период.) Агентство по охране окружающей среды. Общий объем улавливания тепла выше, чем у производства цемента и нефтехимии вместе взятых. Это в дополнение к значительному количеству метана, срыгиваемого коровами.

Увеличение выбросов произошло по мере роста животноводческих ферм.«[Переход] к более крупным животноводческим хозяйствам молочного скота и свиней с 1990 года привел к более широкому использованию систем управления жидким навозом, которые имеют более высокие потенциальные выбросы Ch5 [метана], чем сухие системы», — говорится в последней инвентаризации парниковых газов Агентства по охране окружающей среды.

В отчете для Американского газового фонда консалтинговая компания ICF подсчитала, что от 30 до 60 процентов навоза крупного рогатого скота и свиней можно использовать для производства RNG. По правительственным данным, в США работает более 50 000 молочных заводов и 60 000 свиноферм, но только 255 ферм имеют биогазовые установки и лишь немногие из них подключены к трубопроводам.

Несмотря на неиспользованный потенциал, объемы RNG будут намного меньше, чем количество природного газа, уже добываемого нефтегазовыми компаниями. Согласно данным Управления энергетической информации, даже по самому оптимистичному сценарию ICF на 2040 год количество RNG, ежегодно производимого из навоза, будет составлять лишь немногим более 1% от количества природного газа, добытого из обычных скважин в 2019 году.

Стоимость, тем временем, в настоящее время примерно в 10-15 раз выше. ICF сообщает, что RNG из навоза животных стоит от 18 долларов.40 и 32,60 долларов за миллион БТЕ (британские тепловые единицы, стандартная отраслевая мера). Оптовая продажа ископаемого природного газа упала ниже 2 долларов за миллион БТЕ на фоне обильного предложения и сокращения мирового спроса из-за пандемии коронавируса.

В мире, где не учитываются экологические издержки ископаемого топлива, ГСЧ трудно конкурировать с дешевым обычным природным газом. «Без стимулов RNG вообще неэкономичен», — говорит Роман Крамарчук, руководитель отдела энергетических сценариев, политики и технологической аналитики исследовательской группы S&P Global Platts.По данным Совета по защите природных ресурсов, группы по защите окружающей осторожность» при получении ГСЧ из навоза животных.

Тем не менее, некоторые политики начинают признавать потенциально меньшее воздействие RNG на окружающую среду и предоставляют субсидии, которые могут сделать его экономичным, особенно в качестве транспортного топлива, заменяющего дизельное топливо в грузовиках и автобусах.

Например, в Калифорнии действует самый амбициозный в стране закон о чистом моторном топливе. У него также есть 1,7 миллиона дойных коров, больше, чем в любом другом штате.

Время доения на молочной ферме в Калифорнии. В штате больше коров, чем в любом другом штате, а строгие стандарты топлива стимулировали рынок биогаза на основе навоза © Reuters

Государственный рынок стандарта низкоуглеродного топлива устанавливает цену сокращения выбросов углерода примерно в 200 долларов за тонну. По словам г-на Крамарчука, эта кредитная цена означает стимул в размере почти 70 долларов США за миллион БТЕ для проектов RNG на основе навоза благодаря их способности предотвращать выбросы метана и вытеснять дизельное топливо на нефтяной основе.Еще больше стимулов доступно через федеральный стандарт возобновляемого топлива, который предписывает более широкое использование возобновляемого топлива.

Крупнейшая нефтяная компания Chevron в прошлом году согласилась предоставить средства для установки до 18 установок по переработке навоза на молочных заводах в Калифорнии с планом продажи RNG для использования в коммерческих транспортных средствах.

Крейг Вестербик, старший директор Smithfield Renewables, говорит, что его предприятия будут продавать ГСЧ как на рынке Калифорнии, так и в соответствии с федеральными стандартами.

«В конечном счете, на рынках возобновляемого природного газа от свиноводства, если вы посмотрите на их показатели углеродоемкости, это на самом деле топливо с отрицательным выбросом углерода. Их не так много», — говорит г-н Вестербек. «Поэтому цена, которую он имеет на рынке, к счастью, больше, чем стоимость».

Он также говорит, что существует устойчивый частный рынок, продающий отдельные компании, пытающиеся достичь внутренних целей по выбросам.

Г-н Фаррелл из Dominion Energy говорит: «Возобновляемый природный газ дороже, чем традиционный газ, но он также более ценен с точки зрения климата. Коммерческие и промышленные потребители по всей стране готовы платить больше, чтобы получить климатическую выгоду и достичь своих целей по сокращению выбросов углерода.

Биогаз из навоза

Терминология производства биогаза

Анаэробный : жизнь в безвоздушной среде.

Анаэробные бактерии : микробы, метаболизм которых требует отсутствия свободного кислорода.

Анаэробное сбраживание : бактериальное сбраживание органического материала в отсутствие свободного кислорода.

Биогаз : газообразный продукт анаэробного сбраживания, который в основном состоит из метана и двуокиси углерода.

Британская тепловая единица (БТЕ) ​​ : единица энергии, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1°F.

Отношение углерода к азоту (C/N) : отношение углерода к азоту в органических материалах. Анаэробные бактерии производят больше всего биогаза, когда их кормят органическими материалами с соотношением C/N, совместимым с их метаболическими потребностями.

Дигестор : герметичный резервуар или контейнер, в котором контролируются биологические потребности анаэробного сбраживания для ускорения сбраживания и оптимизации производства биогаза.

Сточные воды : частично переваренный жидкий навоз или навозная жижа, выходящая из метантенка.

Джоуль (Дж) : метрическая единица энергии. Одна БТЕ равна 1055 джоулей. Поскольку джоуль является очень маленькой единицей, его также называют килоджоулями (кДж), тысячей джоулей или мегаджоулями (МДж), миллионом джоулей.

Скорость загрузки : количество летучих твердых веществ, подаваемых в автоклав ежедневно.

Навоз : фекалии и моча животных, отходы корма, подстилка и противоскользящие материалы из коровника и двора.

Мезофильные : бактерии, которые процветают в диапазоне температур около 95°F (35°C).

Метан : горючий газ, получаемый путем анаэробного сбраживания, а также основной компонент природного газа.

Время удерживания : среднее время, в течение которого пульпа остается в варочном котле.

Ил : отделенные твердые частицы навоза, которые оседают на дно варочного котла.

Навозная жижа : смесь навоза и воды, обработанная в варочном котле.

Термофильные : бактерии, наиболее активные в диапазоне температур от 120°F до 140°F (49°C-60°C).

Летучие кислоты : промежуточный продукт, вырабатываемый в варочном котле кислотообразующими бактериями и используемый метанообразующими бактериями.

Летучие твердые вещества : органические компоненты навоза.

Введение

Навоз может быть альтернативным источником энергии для животноводов. Анаэробный метантенк частично преобразует навоз в энергию в виде биогаза, содержащего метан.

В 1974 году, в ответ на общественный интерес к производству биогаза как к альтернативе энергии, Департамент сельского хозяйства Пенсильвании профинансировал проект в штате Пенсильвания по разработке анаэробного варочного котла для использования на фермах. Целью исследования было определение технических требований и экономической целесообразности производства биогаза в фермерском хозяйстве. Департамент сельскохозяйственного машиностроения в сотрудничестве с отделами молочного хозяйства и санитарно-техническими отделами построил и испытал анаэробный варочный котел объемом 3500 кубических футов (100 м 3 ) в одном из молочных коровников университета.Штат Пенсильвания решил изучить производство биогаза на молочных фермах, потому что:

  • навоз легко собирается на молочных фермах, где коровы обычно содержатся в стойлах
  • биогаз наиболее эффективен, когда используется непосредственно для отопления, и
  • молочные фермы имеют круглогодичный спрос для горячей воды.

Органические материалы, разлагающиеся в теплой безвоздушной среде, выделяют биогаз. Этот процесс происходит самопроизвольно в природе; болотный газ и биогаз практически одинаковы. Производство биогаза можно ускорить, запечатав органический материал в нагретом воздухонепроницаемом резервуаре, называемом метантенком.

Хамфри Дэви провел первые лабораторные эксперименты по анаэробному сбраживанию навоза для получения метана в 1808 году. С тех пор анаэробное сбраживание использовалось в основном для обработки бытовых отходов. В 1895 году биогаз с завода по переработке отходов в Эксетере, Англия, собирали и использовали для освещения близлежащих улиц. Во время Второй мировой войны испытывавшие нехватку топлива немцы построили около 30 варочных котлов, используя часть биогаза для заправки сельскохозяйственных тракторов. В последние годы небольшие недорогие метантенки в Индии и Китае производят биогаз для приготовления пищи и приведения в действие электрогенераторов.Пионеры, такие как Р. Б. Сингх в Индии, популяризировали анаэробное сбраживание и убедили других признать потенциал производства биогаза и применения биогаза в качестве топлива.

При определенных условиях производство биогаза сейчас экономически выгодно. Он станет еще более привлекательным для животноводов по мере роста цен на обычное топливо и снижения стоимости компонентов системы метантенка при массовом производстве.

В Пенсильвании молочные коровы производят приблизительно 5.5 миллионов тонн вторичного навоза каждый год. Учитывая скорость производства газа в биогазовом котле Penn State, чистый ежедневный выход биогаза в 40 кубических футов (1,2 м 90 219 3 90 220 ) на корову, молочные фермеры Пенсильвании могут производить 5 миллиардов кубических футов (143 трлн м 90 219 3 90 220 ) биогаза на одну корову. год. Этой «мощности навоза» достаточно, чтобы обеспечить около 20 процентов всей энергии, используемой на молочных фермах Пенсильвании.

Мы должны больше узнать о биологии анаэробного пищеварения, чтобы понять динамику системы пищеварения штата Пенсильвания.

Процесс анаэробного сбраживания

В метантенке бактерии разлагают органические материалы в отсутствие воздуха с выделением метана и двуокиси углерода. Этот процесс показан на рис. 1. Кислотообразующие бактерии расщепляют или разжижают летучие твердые вещества, превращая их в простые жирные кислоты. Затем метанообразующие бактерии превращают эти летучие кислоты в метан и углекислый газ. Эти бактерии чувствительны к изменениям в окружающей среде. Быстрое переваривание и эффективное производство биогаза происходят в ограниченных диапазонах температур и зависят от состава сырья.

Рисунок 1. Разложение навоза в анаэробном метантенке.

Температура

Оптимальное производство газа происходит в двух температурных диапазонах. Мезофильные бактерии процветают при температуре около 95°F (35°C), а термофильные бактерии в диапазоне от 120°F до 140°F (49°C-60°C). Рисунок 2 показывает, что производство газа снижается, когда бактерии подвергаются воздействию температур за пределами этих диапазонов. В то время как термофильные бактерии производят несколько больше газа, часто газ не стоит энергии, необходимой для повышения температуры варочного котла с 95°F (35°C) до 120°F (49°C).

Сырье

Состав навоза варьируется в зависимости от кормовых рационов и методов управления фермой. Количество навоза, которое можно собрать, также будет варьироваться. Это зависит от вида, веса и количества животных, кормового рациона и степени содержания. Например, если бы весь навоз мог быть собран с молочной коровы весом 1500 фунтов (680 кг), фермер мог бы собирать около 125 фунтов (57 кг) ежедневно.

Автоклав может перерабатывать другие сельскохозяйственные отходы, такие как сточные воды молочного цеха, солому, кукурузную шелуху, траву и листья, с навозом молочных коров или вместо него.Говяжий, свиной и птичий помет используются в варочных котлах, хотя варочные котлы для птичьего помета требуют дальнейших исследований. Независимо от используемого материала производство газа происходит наиболее эффективно, когда сырье, подаваемое в метантенк, имеет определенный pH и соотношение углерода и азота (C/N).

Бактерии размножаются в суспензии с pH около 7,0. Следовательно, если поступающая суспензия имеет pH в этом диапазоне, сбраживание должно проходить гладко. В нормальных условиях процесс пищеварения самостоятельно уравновешивает избыточную кислотность или щелочность.

Углерод является основным химическим элементом в навозе, и бактерии переваривают углерод с выделением биогаза. Однако, чтобы получать энергию из углерода, бактериям необходимо, чтобы в сырье присутствовал азот. Соотношение углерода и азота в сырье имеет решающее значение для эффективного пищеварения. Высокое отношение C/N означает, что азот будет израсходован до того, как углерод переварится. И наоборот, низкое отношение C/N или слишком много азота по отношению к углероду приводит к высоким концентрациям аммония, которые могут стать токсичными для анаэробных бактерий.

Можно регулировать соотношение C/N в варочном котле, добавляя материал в дополнение к материалу, уже находящемуся в варочном котле. Например, опилки с высоким отношением C/N можно добавлять в птичий помет с низким отношением C/N. Молочный коровий навоз имеет соотношение C/N чуть ниже, чем требуется бактериям.

Система анаэробной ферментации

Конструкция системы ферментации зависит от потребностей конкретной фермы; он должен быть адаптирован к топографии фермы, существующему сельскохозяйственному оборудованию, системам содержания и управления.Тем не менее, в каждом случае следует учитывать некоторые аспекты конструкции системы метантенка.

Рис. 2. Влияние температуры на дебит газа. (Roediger,
H. Die anaerobe alische Schlammfaulung. Wasser-Abwasser , H.1, Verlag R. Oldenbourg, Muchen u. Wien. 1967.)

Конструкция системы варочного котла

система представляет собой систему обработки навозной жижи, включая зону подготовки навозной жижи, насос для навоза или другой метод загрузки, а также резервуар для сточных вод; одна или несколько варочных камер; и корпус для нагревательного, перемешивающего и гидравлического оборудования.Для достижения наилучших результатов эти компоненты должны:

  • располагаться так, чтобы свести к минимуму потери тепла,
  • обеспечивать простой путь прохождения материала через систему,
  • быть максимально автоматизированными, а
  • быть доступными для технического обслуживания и ремонта.

При проектировании системы метантенка важно соблюдать государственные и местные правила техники безопасности. Биогаз горюч и поэтому опасен. Он может вызвать удушье, а при смешивании с воздухом в концентрации от 6 до 15 процентов газ становится взрывоопасным.

Все материалы, контактирующие с навозом или биогазом, должны быть устойчивыми к коррозии. Например, ПВХ-пластик использовался для труб для обработки навозной жижи в варочном котле штата Пенсильвания. В проекте должны быть предусмотрены альтернативные методы перемещения навозной жижи или биогаза по системе. Засорение трубы может привести к вытеканию шлама из варочного котла. Все трубы и газопроводы должны быть сделаны достаточно большими, чтобы обеспечить доступ для устройств очистки.

Стоимость системы метантенка

В Таблице 1 перечислены основные компоненты и расчетная стоимость системы метантенка Penn State.Эти затраты отражают уровень цен 1975 года и использование методов сельскохозяйственного строительства.

4 600

Таблица 1. Смета расходов на основные компоненты анаэробного реактора Penn State объемом 100 кубических метров.
Основа

(в том числе жилье шлама) $ 2500
4600

4,600
Phower Afflure 1 900
Крыша (включая изоляцию) 1 500
газовый насос 700 700

Бойлер
4 900 4900

Поставки и труда (оценка) 3300
Общая начальная стоимость 20 000 долларов США

Система пищеварки штата Пенсильвания представляет собой прототип, который был построен с использованием тестового оборудования, которое не понадобится фермеру.Фермер, рассматривающий возможность строительства варочного котла такого размера, может рассчитывать на инвестиции в размере от 18 000 до 30 000 долларов США, в зависимости от местных цен, труда фермера и выбора компонентов, включенных в систему.

Автоклав

Типы автоклавов

Автоклавы могут загружаться навозной жижей непрерывно или партиями. Варочный котел с периодической загрузкой заполняется до отказа, герметизируется до тех пор, пока он не произведет весь биогаз, который может, опорожняется и снова заполняется. Производство газа неравномерно, потому что бактериальное пищеварение начинается медленно, достигает пика, а затем снижается по мере потребления летучих твердых веществ.Эта проблема может быть решена путем соединения ряда варочных котлов с периодической загрузкой, которые загружаются в разное время, чтобы ежедневно получать надежное количество биогаза. Этот метод эффективно использует навоз, но менее эффективен с точки зрения площади метантенка.

Автоклав Penn State непрерывно загружается; то есть в варочный котел ежедневно добавляют свежую суспензию. Производство газа постоянно, потому что у бактерий всегда есть свежий запас летучих твердых веществ для переваривания. В метантенке с непрерывной загрузкой эффективно используется дорогое пространство метантенка, хотя он может не производить столько газа на фунт (килограмм) навоза.

Конструкция варочного котла

Две основные конструкции варочных котлов с непрерывной загрузкой показаны на рис. 3. Автоклав вытеснительного типа представляет собой горизонтальный цилиндр, установленный в траншее. Суспензия течет прямо через систему; поступающая суспензия проталкивает материал через варочный котел. Эта конструкция обычно изготавливается из гибких материалов, которые недороги, но недолговечны, если не защищены от непогоды.

Рис. 3. Конструкции варочных котлов непрерывной загрузки.(Stoner, Производство собственной энергии , стр. 163.)

Автоклав Penn State представляет собой вертикальный двухкамерный тип, показанный на рис. 4. Автоклав имеет жесткие стены, оборудование для перемешивания и минимальную площадь потерь тепла.

Рис. 4. Поперечный разрез автоклава Penn State.

Конструкция автоклава

Автоклав Penn State был сконструирован из бетонных силосных панелей, образуя резервуар высотой 16 футов (4,8 м) и диаметром 20 футов (6 м). Снаружи варочного котла были закреплены стальные арматурные обручи.В железобетонный фундамент и пол встроен шнек для удаления шлама. Для системы отопления 188 футов (57 м) стальной трубы диаметром ¾ дюйма (2 см) были залиты в панели, составляющие среднюю стену, чтобы обеспечить 72 квадратных фута (6,5 м 3 ) поверхности теплообмена.

Крыша метантенка служит местом сбора и хранения газа и может хранить биогаз, произведенный за 6 часов. Плавающая крыша не зависит от резервуара; его нижний край погружен в суспензию, а его вес поддерживается давлением газа внутри.Это сохраняет анаэробные условия в метантенке, позволяя крыше подниматься и опускаться в зависимости от производства и использования газа. Плавающая крыша была построена из оцинкованной стальной крыши зернового бункера диаметром 18 футов (5,4 м) и секции стены высотой 40 дюймов (1 м).

Для уменьшения потерь тепла две трети метантенка были построены под землей. Варочный котел был изолирован изнутри пенополистиролом толщиной 4 дюйма (10 см), оштукатуренным примерно 1 дюймом (2,5 см) торкрета. Крыша была утеплена 3 дюйма (7.5 см) вспененного уретана и армированного нейлоном листа Hypalon, обеспечивающего газонепроницаемость.

Размер варочного котла

Фермер, планирующий построить систему варочного котла, подобную системе Penn State, которая имеет 14-дневное время хранения, должен предоставить 30 кубических футов (0,9 м 3 ) объема варочного котла на каждые 1500 фунтов. (680 кг) лактирующая молочная корова. Если фермер собирает навоз от сухостойных коров и ремонтного поголовья, следует добавить 15 кубических футов (0,45 м 3 ) на каждые 1000 фунтов (455 кг) веса животного.

Система подачи навозной жижи

Эффективная система подачи навозной жижи имеет решающее значение для бесперебойной работы системы варочного котла. С навозом трудно обращаться, и варочный котел на 100 коров ежедневно перерабатывает 6,25 тонны (5,6 мг) навоза. Путь потока шлама через варочный котел Penn State показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Путь шлама через варочный котел Penn State.

Система загрузки навозной жижи

Очистители желобов доставляют навоз из коровника в зону приготовления навозной жижи.Навоз падает в бункер насоса с достаточным количеством воды, чтобы уменьшить содержание твердых частиц примерно с 15 до 13 процентов. Навоз необходимо разбавлять, чтобы предотвратить засорение труб и насосов, а также для облегчения перемешивания в метантенке. Однако лучшей системой является та, которая требует наименьшего разбавления; добавленная вода тратит пространство метантенка и тепло.

В 1975 году система загрузки навозной жижи состояла из центробежного насоса для навоза с электрическим приводом, который перекачивал навозную жижу в приподнятый резервуар, откуда она под действием силы тяжести сбрасывалась в метантенк.Эта система была заменена гидравлическим поршневым насосом, который проталкивает навоз прямо в метантенк. Он был способен обрабатывать более 13 процентов твердых частиц, крупных частиц и длинных волокон без засорения. Испытания будут проводиться методом прямой самотечной подачи, для которого не потребуется насос.

Норма загрузки

Норма загрузки – это вес летучих твердых веществ, подаваемых в автоклав ежедневно. Концентрация летучих твердых веществ в метантенке определяет скорость производства газа.Например, варочный котел, загруженный 4 весовыми единицами летучих твердых веществ, будет производить в два раза больше газа, чем тот же варочный котел, загруженный только 2 единицами.

Результаты испытаний с тремя различными скоростями загрузки показаны в Таблице 2. Эти результаты показывают, что высокие скорости загрузки сопровождаются высоким ежедневным выходом газа на единицу объема метантенка. Это приводит к более высокой норме окупаемости капитальных затрат на строительство. С капитальными затратами, связанными с размером, высокая скорость загрузки позволит использовать варочный котел меньшего размера и снизить эксплуатационные расходы для стада данного размера.Высокая скорость загрузки означает низкое снижение содержания летучих твердых веществ, что приводит к низкому производству газа на единицу летучих твердых веществ. Показанные скорости загрузки и соответствующее время удерживания обеспечивают достаточное время переваривания для стабилизации сточных вод.

м 3 GAS / M 3 Diagester /
3 Diagester /
Day

5

Таблица 2. Сводка испытаний производительности 100-куб.м варочного котла Penn State.
Летучие твердые вещества, подаваемые в варочный котел Время удерживания Эквивалент
коров
Общее производство газа
фунтов.За день кг в день дней номер FT 3 GAS /
3
день
3
день
м 3 GAS /
COW-
день
FT 3 GAS / FT 3 Diagester /
день
FT 3 / день м 3 / день FT 3 GAS / LB. VS/день м 3 газа/кг VS/день
763 346 35 50 903 1. 34 0,7 0,7 0.67 2,365 67 3 .19
1,221 554 21 80 30304

57 1.61 1.3 1.29 4560 12960 30305

129 3 .23
2270 1030 11 11 150 30305

47,5 1.35 2.0 2.02 7.130 202 3.1 .20

Время пребывания

Объем шлама в варочном котле остается постоянным; поступающая навозная жижа вытесняет равное количество обработанной навозной жижи из варочного котла каждый раз при загрузке варочного котла. Поскольку объем является постоянным, доля объема жидкости в варочном котле, заменяемая каждый день, определяет время удерживания. Например, если суспензия, равная одной десятой объема жидкости варочного котла, добавляется ежедневно, суспензия варочного котла имеет среднее время удерживания 10 дней.

Короткое время выдержки не дает бактериям достаточно времени для переваривания навоза, а длительное время выдержки не дает достаточного количества свежей навозной жижи для стимулирования роста бактерий и высокой скорости газообразования.

Сточные воды

Сточные воды стекают по переливной трубе в закрытую навозную яму. Органическое содержание переработанного навоза снижается и стабилизируется таким образом, что сточные воды представляют собой гомогенизированную жидкость почти без запаха, не привлекающую грызунов и мух.

Только небольшой процент навоза превращается в биогаз. Навоз молочных коров состоит примерно на 85 процентов из воды и на 15 процентов из твердых веществ. Из этих твердых веществ около 91 процента являются летучими, а метантенк Penn State превращает от 20 до 30 процентов летучих твердых веществ в биогаз. Молочная корова производит около 17 фунтов (7,7 кг) летучих твердых веществ в день, четверть которых превращается в биогаз. Следовательно, анаэробный метантенк представляет собой систему обработки навоза, а не удаления навоза.

Сточные воды метантенка являются ресурсом; в нем содержится почти весь азот, который был в сыром навозе.Сточные воды являются отличным удобрением, поскольку азот в сточных водах легче усваивается растениями, чем азот в сыром навозе. Ежедневные стоки из варочного котла на 100 коров содержат около 55 фунтов (24 кг) азота.

Сточные воды наиболее совместимы с системой обращения с жидким навозом. Однако вода может быть удалена из сточных вод и повторно использована в метантенке в качестве разбавляющей воды. Осадок можно использовать для подстилки или мульчи; он проходит испытания для кормления скота.

Удаление осадка

Осадок, скапливающийся на дне резервуара метантенка, необходимо регулярно удалять, так как накопление осадка сокращает активное пространство метантенка. Шлам удаляется из варочного котла Penn State через шламовые заслонки, встроенные в днище варочного котла. Эти заслонки, расположенные на обеих ступенях метантенка, приводятся в действие гидравлическими клапанами. При открывании затворов шлам стекает в канал шнека, а шнек транспортирует шлам в накопительную яму.

Система обогрева навозной жижи

Система обогрева должна быть рассчитана на самые холодные погодные условия, ожидаемые в данном районе. Стандартный газовый котел, работающий на биогазе, поддерживал температуру в метантенке Penn State на уровне 95°F (35°C) в течение всего года. Электрический насос прокачивал горячую воду по трубам, расположенным чуть ниже поверхности средней стенки первой ступени варочного котла. Этот способ обогрева оказался удовлетворительным. Если температура нагревательной поверхности слишком высока, выше 150°F (77°C), суспензия прилипнет к нагревательной поверхности.В дайджесте Penn State не было никаких доказательств этого. За исключением запуска, метантенк использует производимый биогаз для питания своей системы отопления, которая потребляет примерно 30 процентов биогаза, производимого ежегодно.

Система перемешивания навозной жижи

Перемешивание навозной жижи в варочном котле способствует процессу сбраживания за счет поддержания одинаковой температуры и распределения бактерий и летучих твердых частиц по всему навозной жиже. Он также сводит к минимуму образование шлама и предотвращает образование корки на поверхности шлама, препятствующей выделению биогаза.Вакуумный насос с электроприводом, например, используемый в доильных аппаратах, забирает биогаз из хранилища под крышей и впрыскивает его в нижнюю часть обеих ступеней варочного котла. Таким образом, рециркуляция биогаза обеспечивает перемешивание.

Другие методы перемешивания включают рециркуляционные насосы для навозной жижи и механические лопасти. Однако механические компоненты, подвергшиеся воздействию навозной жижи, могут подвергаться коррозии, и их трудно обслуживать или ремонтировать, не нарушая пищеварение путем открытия варочного котла.

Биогаз

Биогаз, производимый реактором Penn State, примерно на 60 процентов состоит из метана и на 40 процентов из углекислого газа.Это означает, что газ имеет 60 процентов энергии природного газа или около 600 БТЕ на кубический фут (22 МДж/м 3 ). Содержание метана в биогазе будет колебаться в зависимости от условий метантенка. Биогаз содержит следы сероводорода, который обладает высокой коррозионной активностью, но его можно удалить путем фильтрации газа через стальную вату или железные опилки. Поскольку биогаз на выходе из биогаза теплый, он содержит водяной пар, который будет конденсироваться при воздействии более низких температур снаружи.Уловители конденсата в газопроводах необходимы для предотвращения засорения водой нижних точек газопроводов. После конденсации любого водяного пара в биогазе газ можно использовать в качестве топлива в печах, водонагревателях и котлах. Однако сопло газовой горелки должно быть увеличено, чтобы компенсировать газ с низким содержанием Btu.

Испытания с использованием биогаза в качестве единственного топлива в бензиновом двигателе показали, что энергия 200 кубических футов (5,7 м 3 ) биогаза равна энергии 1 галлона бензина. Дигестор Penn State производил энергетический эквивалент 20 галлонов (76 л) бензина в день.В дизельных двигателях биогаз заменил большую часть жидкого топлива; для зажигания требовалось немного дизельного топлива. Потребовались регулировки двигателя и комплект для переоборудования на биогаз.

Биогаз трудно хранить, сжимать или сжижать. Для сжижения метана требуется температура -117 ° F (-83 ° C) при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа). Для сжижения метана при атмосферном давлении необходима температура -260°F (-162°C). Если в качестве топлива для двигателя используется биогаз, двигатель должен быть стационарным, расположенным рядом с метантенком и часто работающим.Таким образом, охлаждающая вода двигателя может использоваться для нагрева метантенка и тем самым повышать эффективность системы.

Биогаз был предложен в качестве топлива для приготовления пищи, обогрева помещений и воды, сушки урожая, охлаждения, ирригации и производства электроэнергии.

Ценность биогаза

Помимо преимуществ, недостатков и используемых технологий, необходимо оценить возможность производства биогаза на ферме с чисто экономической точки зрения. Расчетная годовая стоимость производства биогаза в штате Пенсильвания показана в таблице 3.

$ 1,20039

8

Таблица 3. Общие годовые затраты на систему метантенка Penn State.
0302

Стоимость капитала $ 20 000
фиксированная стоимость
процент
$ 1,20039
Амортизация
Структура ($ 12 000 @ 20 лет) 600
Оборудование ($ 8 000 @ 8 часов) 1 000
Repairs and Tenjection 600
$ 3 400

$ 3 400
Работа на
Электричество (@ 4 ¢ / кВтч, 25 кВтс / день) $ 365
Принадлежности (масло и л.P. Газ) 150 150
$ 515
$ 3,915 $ 3,915
Труда (1,5 час / день @ $ 3. 00 / HR) 1 642
Общая годовая стоимость 5 557 долл. США

Принимая во внимание капитальные и эксплуатационные затраты реактора Penn State, стоимость энергии в биогазе эквивалентна традиционным видам топлива по ценам, показанным в таблице 4.

Сравнение в таблице 4 дает некоторые представление об относительной стоимости энергии различных видов топлива по сравнению со стоимостью биогаза.Они указывают, что использование биогаза возможно, если:

  • он действительно может заменить обычное топливо,
  • цена на обычное топливо выше, чем на биогаз, и
  • используется весь биогаз.

до 876 000 000 000 000 000 мл.
-80427 Эквивалентная цена

9 $ .13 / M 3

1

3

Таблица 4. Эквивалент стоимости энергии биогаза по сравнению с традиционными видами топлива
Пример: если предположить, что водонагреватель на биогазе работает с эффективностью 70%, будет дешевле нагревать воду с помощью биогаза, а не электричества, при любой стоимости электроэнергии больше 3. 2 цента за кВтч. При этом предполагается, что нагрев воды потребляет весь биогаз.

Ежегодная стоимость варочного котла Penn State в размере 5 557 долл. США производит чистое количество: 1 460 000 кубических футов (42 000 м 3 биогаза из навоза 100 коров. Этот биогаз имеет энергетическую ценность 0,00). МДж). Топливо

Энергия на единицу Топливная эквивалент Эквивалентная цена

Biogas

600 000 BTU / 1000FT 3 3 /1000 футов 3 $ 3.80 / 1000FT 3
22.2 MJ / M 3 42 000 м 3 $ 0
Народный газ 1 000 000 BTU / 1000FT 3 876 / 1000FT 3 3 $ 6. 34 / 1000ft 3
37 MJ / M 3 25 000 м 3 $ 0 9022 / м 3
Топливный масло 140 000 британских тепловых единиц/галлон 6 257 галлонов $.89 / gal
39 MJ / L 23 700 л

23 700 L $ 0.23 / L

$ .23 / L
Бензин
BTU / GAL 7,065 GAL $ 0.79 / Gal.
34,5 MJ / L 26 700 L $ .21 / L
Diesel
Diesel 135 000 BTU / GAL 6,489 GAL $ 0.86 / Gal
37.6 MJ / L 24 600 L $ .23 / L
LP GAZ 92 000 BTU / GAL 9 522 GAL $ 058 / GAL
25,5 MJ / L 36 000 L $ . 15 / L $ .15 / L
Электричество 3,413 BTU / кВтч 257 000 кВтч $ 0,022 / кВтч $ 0,022 / кВтч

3,6 млрд. Дж / кВтч $ 25722 / кВтч
Уголь 25 000 000 БТЕ/тонна 35 тонн 158 долл. США.00/т
29 МДж/Мг 32 Мг $173,00/Мг

Selected Bibliography

    90 Энергетика, сельское хозяйство и управление отходами . Материалы Корнеллской конференции по обращению с сельскохозяйственными отходами 1975 года. Анн-Арбор: издательство Ann Arbor Science Publishers, Inc., 1975.
  • Справочник новостей Матери-Земли по самодельной энергии . Нью-Йорк: Bantam Books, Inc., 1974, стр. 278–355.
  • Перссон, С.ЧП и Х.Д. Бартлетт. Сельскохозяйственные анаэробные дигесторы: конструкция и работа . Юниверсити-Парк, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания, Сельскохозяйственный колледж, Сельскохозяйственная экспериментальная станция, Бюллетень 827, 1979.
  • Стоунер, Кэрол Х., изд. Производство собственной энергии . Эммаус, Пенсильвания: Rodale Press, Inc., 1974, стр. 137-190.

Подготовлено Евой Хоман при консультации с Марком Д. Шоу, инженером сельского хозяйства, Ховардом Бартлеттом, инженером сельского хозяйства, и Сверкером Перссоном, инженером сельскохозяйственным.

Эта публикация частично поддерживается контрактом с Министерством сельского хозяйства Пенсильвании, Советом губернатора по энергетике и Министерством энергетики.

Являются ли фермы электростанциями будущего?

Избранное изображение Дэвида Анстисса [CC BY-SA 2.0], через Wikimedia Commons

Животноводческие фермы могут обеспечить обильные поставки возобновляемой энергии за счет метана из проектов по навозу. Фермерский навоз, который уже широко используется в биогазовых проектах, может стать доступным и возобновляемым источником энергии, который сократит выбросы парниковых газов (ПГ), ответственных за глобальное потепление и изменение климата.

При разложении навоза и других органических веществ организмы, ответственные за их разложение, производят метан — мощный парниковый газ, который выбрасывается в атмосферу.

В настоящее время исследователи из Университета Ватерлоо ищут способы улучшить использование навоза в биогазовых установках, чтобы производимый природный газ мог дополнять существующее энергоснабжение и использоваться для обогрева домов или обеспечения электроэнергией промышленных предприятий. Произведенный природный газ также можно использовать в качестве альтернативы дизельному топливу в качестве источника топлива для грузовых автомобилей, используемых в транспортном секторе, что является важным источником выбросов CO2.

Этот подход дает несколько преимуществ: 1) он устраняет выделение метана из навоза, который обычно компостируется или разбрасывается непосредственно на сельскохозяйственных полях для удобрения сельскохозяйственных культур; и 2) производимый природный газ представляет собой чистую, возобновляемую альтернативу ископаемому топливу/природному газу, ключевому источнику выбросов парниковых газов, особенно двуокиси углерода и метана, ответственных за потепление климата.

По словам Дэвида Симакова, профессора химического машиностроения Университета Ватерлоо и соавтора исследования, недавно опубликованного в Международном журнале энергетических исследований, эта технология не только предлагает огромный потенциал для преобразования различных навоза, особенно свиного и коровьего, в жизнеспособный источник энергии, его можно было бы также использовать на свалках, чтобы максимизировать энергетический потенциал свалочного газа.

Чтобы проверить эту новую концепцию, исследователи разработали компьютерную модель существующей молочной фермы, расположенной в Онтарио, Канада, которая собирает навоз, произведенный 2000 коров, который подается в анаэробные ферментаторы для производства биогаза. Произведенный биогаз сжигается в генераторе для производства электроэнергии, что снижает воздействие парниковых газов, образующихся при разложении навоза, на окружающую среду, но в настоящее время дает только около 30-40% своего истинного энергетического потенциала.

Улучшение технологии для максимального выхода метана из навоза повышает выработку энергии

Исследователи надеются ускорить этот процесс, улучшив выход за счет преобразования биогаза, полученного в процессе анаэробного сбраживания, в возобновляемый природный газ.Это повлечет за собой процесс метанирования, при котором биогаз смешивается с водородом, после чего следует процесс каталитической конверсии, который преобразует компонент диоксида углерода биогаза в метан.

Несмотря на то, что описанный выше процесс метанирования требует энергии для производства водорода, она может быть обеспечена локальным источником энергии, вырабатываемым солнечной или ветровой энергией, или получена из национальной энергосистемы в непиковые периоды, когда спрос низок. В результате будет получена возобновляемая форма природного газа, которая максимизирует энергетический потенциал навоза в форме, которую легко хранить в качестве источника энергии для выработки электроэнергии, но которая выделяет лишь часть выбросов ПГ, выделяемых навозом при разбрасывании по полям. как удобрение.

Согласно исследованию, инвестиции в размере 5 миллионов долларов США в инфраструктуру метанирования на вышеуказанной молочной ферме окупятся примерно через пять лет с учетом государственных субсидий на возобновляемый природный газ.

«Так мы можем осуществить переход от энергии, основанной на ископаемом топливе, к возобновляемой энергии, используя существующую инфраструктуру, что является огромным преимуществом», — сказал Симаков.

Руководители биогазовых проектов могут еще более точно настроить свои результаты, чтобы максимизировать выходы, тщательно контролируя свою систему для достижения максимальной эффективности с помощью портативного ручного газоанализатора, такого как чрезвычайно надежный анализатор биогаза, разработанный специально для приложений биогаза, с простотой использования в разум.BIOGAS 5000 прост в использовании, калибровке и настройке. Анализатор позволяет пользователю собирать согласованные данные для улучшения анализа и получения точных отчетов.

Справочник журнала

Шон Б. Уокер, Duo Sun, Доминика Кидон, Ашар Сиддики, Амрит Кунер, Майкл Фаулер, Дэвид С.А. Симаков. Преобразование биогаза, производимого на молочных фермах, в возобновляемый природный газ путем метанирования . Международный журнал энергетических исследований , 2018 г.; ДОИ: 10.1002/er.3981

Diamond Scientific постоянно ищет возможности и продукты, которые помогут сделать мир лучше. Предоставляя оборудование, обеспечивающее экологические преимущества, а также экономию средств для тех, кто ищет решения в области альтернативной энергетики, мы надеемся внести свой вклад в уменьшение воздействия производства энергии на нашу окружающую среду и климат.

«Защита людей, животных, растений и полезных ископаемых, предлагая решения для предотвращения глобального потепления.

Cow Power — Американское химическое общество

Фермеры используют электроэнергию, вырабатываемую при сжигании метана, для питания своих ферм, отопления своих домов и, если есть излишки, продают ее обратно энергетической компании.

Министерство сельского хозяйства США сообщает, что около 37 000 молочных ферм находятся в эксплуатации. По данным EPA, около 200 из этих ферм используют биогаз из навоза. Другими источниками биогаза являются свинофермы и птицефабрики, а также очистные сооружения.В 2017 году Институт экологических и энергетических исследований сообщил, что в Соединенных Штатах насчитывается 2200 биогазовых систем, что составляет небольшую часть от общего числа потенциальных систем, которые может иметь страна.

Благородное вложение

Noblehurst Farms была одной из первых компаний, установивших свой первый анаэробный варочный котел в начале 2000-х годов. Он был уничтожен во время пожара, и они заменили его в 2014 году.  

«Аварийный котел был примером того, во что мы могли инвестировать на ферме, что помогло бы нам сохранить конкурентоспособность по затратам, диверсифицировать нашу ферму и решить проблему изменения климата», — говорит Ноубл.

Нынешнее куполообразное здание содержит более 1 миллиона галлонов жидких кормов, которые отделены от твердых веществ. Пластиковая крыша задерживает газ, естественным образом образующийся при переваривании навоза бактериями.

Чтобы пополнить 40 000 галлонов навоза, которые его коровы выделяют каждый день, Ноубл запустил Natural Upcycling, бизнес по сбору пищевых отходов. Пищевые отходы также выделяют метан при разложении.

Комбинация навоза и пищевых отходов, обработанных в варочном котле Ноблхерста, снижает содержание метана на величину, эквивалентную сокращению выбросов углекислого газа примерно на 409 тонн в месяц.Согласно AgSTAR, федеральной программе, которая способствует извлечению биогаза из ферм, это все равно, что ежегодно убирать с дорог 1000 автомобилей.

Полученная смесь пищевых отходов и коровьего навоза производит от 200 до 250 кубометров биогаза. Этого количества биогаза достаточно для питания генератора мощностью 500 киловатт (кВт).

Генератор мощностью 500 кВт поддерживает нагрев варочного котла и питает ферму, соседний маслозавод и сыроварню. Система ежегодно экономит ферме около 100 000 долларов на электроэнергии.В качестве дополнительного бонуса процесс пищеварения удаляет сильный запах, связанный с навозом.

Замена топлива

В 2016 году в Калифорнии был принят закон, обязывающий молочные фермы сократить производство метана на 40% к 2030 году. По данным Mitloehner, метанварки уже помогли фермерам добиться сокращения выбросов на 25% за три года. Лоскутное одеяло других государственных постановлений также направлено на сокращение выбросов метана из различных источников, включая сельское хозяйство.

Многих фермеров мотивируют не только новые законы, помогающие контролировать климат.Их часто называют настоящими защитниками окружающей среды за то, что они разбрасывают навоз от собственного скота для удобрения своих полей, в отличие от покупки синтетических или добытых удобрений, производство и транспортировка которых требует дополнительной энергии и ресурсов.