Биогаз своими руками: технология получения альтернативного топлива из биологических отходов

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

Галерея изображений

Фото из

Иногда системы устанавливают в подсобных помещениях. Это удобно с точки зрения осмотров и обслуживания, но небезопасно, т.к. биометан может взорваться

Поэтому следует уделить особое внимание вопросам безопасности

Транспортировка сырья – отдельный вопрос, который следует обдумать в процессе проектирования биогазовой установки. Для перевозки по участку лучше использовать специальную технику или прицепы. Если нужна доставка на большие расстояния, следует просчитать расходы на топливо и определить, окупятся ли они

При покупке контейнеров биогазовой установки и тем более при изготовлении своими руками придется уделить внимание их качеству. Также в процессе эксплуатации системы нужны регулярные проверки состояния и ремонты

Биогазовая установка может стать настоящим спасением для фермерского хозяйства. Она позволяет сэкономить на топливе для обогрева и/или освещения коровников. Также это отличный вариант безвредной утилизации отходов. Однако в первые годы вряд ли приходится рассчитывать на полноценную отдачу

Устройство биореактора из утепленной пластиковой емкости

Удобный транспорт для перевозки субстрата

Компактная установка промышленного производства

Биогазовая установка на молочной ферме

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

• дрова – 3.5 кг;
• уголь – 1-2 кг;
• электричество – 9-10 кВт/ч.

Если знать примерный вес сельскохозяйственных отходов, которые будут доступны в течение ближайших лет, и количество необходимой энергии, можно просчитать рентабельность биогазовой установки.

Один из главных недостатков добычи биогаза – запах. Возможность использования небольших компостных куч – это большой плюс, но придется терпеть неудобства и тщательно контролировать процесс, чтобы не спровоцировать распространение болезнетворных микроорганизмов (+)

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

• навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
• органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
• подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Расчет субстрата сделан для одной закладки на полгода, если исходить из умеренного потребления газа. Примерно через 10-15 дней процесс ферментации даст первые результаты: газ появится в небольших количествах и начнет заполнять хранилище. Через 30 дней можно ожидать полноценной выработки топлива.

Оборудование для производства биогаза пока еще не особенно распространено в нашей стране. Во многом это связано с плохой информированностью людей о преимуществах и особенностях работы биогазовых систем. В Китае и Индии многие небольшие фермерские хозяйства оборудованы кустарными установками для получения дополнительного чистого топлива

Если установка работает правильно, объем биогаза постепенно будет увеличиваться, пока субстрат не перегниет. Производительность конструкции напрямую зависит от скорости брожения биомассы, которая в свою очередь связана с температурой и влажностью субстрата.

Использование биогаза

Высокое содержание метана (около 70%) делает биологический газ горючим. Отходы, которые остаются после переработки сырья, можно использовать для удобрения – они обладают отличными характеристиками и совершенно безопасны в биологическом смысле.

Возможности применения биогаза чрезвычайно широки. Посредством специальных когенерационных установок его можно превращать в электричество и источник тепловой энергии, при этом электро-ресурс подавать в общую сеть, а тепло использовать для обогрева:

• Зданий производственного назначения;
• Жилых домов;
• Помещений, где содержатся сельскохозяйственные животные.

Биологический газ в мировой энергетике

Статистика утверждает, что в мировой энергетике доля биологического газа, полученного из отходов сельскохозяйственного производства, составляет почти 12%, хотя изначально идея его производства и использования не имела целью получение значительной коммерческой выгоды. И по сей день большой объем биологического сырья, которое используется для получения энергии, не относится к категории коммерческих продуктов и официальной статистикой совсем не учитывается.

Если говорить о странах Евросоюза, то доля биоматериалов в энергетике в общем доходит до 3%, при этом:

• Австрия — это 12% от объема национальной энергетической индустрии;
• Швеция — до 18%;
• Финляндия – около 23%.

Как увеличить выход

Поскольку производителями метана являются метаногены, то чтобы увеличить выход газа, необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов.

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как подстилка, скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями

Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями, разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Как обеспечить активность биомассы

Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.

Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:

• Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
• Нагревательные элементы внутри емкости;
• Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.

В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.

Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.

Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.

Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.

Как построить биореактор (установку) своими руками

Биогазовые установки, которые добывают газ из навоза, можно легко собрать своими руками на собственном участке. Прежде чем собирать биореактор для переработки навоза, стоит нарисовать чертежи и тщательно изучить все нюансы, т.к. емкость, содержащая большое количество взрывоопасного газа, может быть источником большой опасности при неправильной ее эксплуатации или наличии ошибок в конструкции установки.

• LiveJournal
• Blogger

Схема получения биогаза Объем емкости биореактора рассчитывается исходя из количества сырья, которое используется, чтобы получить метан. Для того чтобы условия работы были оптимальны, емкость реактора заполняют отходами не менее чем на две трети. Для этих целей используют яму большой глубины. Чтобы герметичность была высокой, стенки ямы армируют бетоном или укрепляют пластиком, иногда устанавливают в яму бетонные кольца. Поверхность стен обрабатывают влагоизолирующими растворами. Герметичность – необходимое условие для эффективной работы установки. Чем лучше изолирована емкость, тем выше качество и количество образующегося газа. К тому же, продукты распада отходов ядовиты и, в случае утечки, могут навредить здоровью.

В тару для отходов устанавливают мешалку. Она отвечает за перемешивание отходов при брожении, препятствуя неравномерному распределению сырья и образованию корки. Вслед за мешалкой в газогенератор на навозе монтируется дренажная конструкция, которая облегчает отвод газа в емкость для хранения и предотвращает утечку. Выводить газ нужно из соображений безопасности, а также для повышения качества удобрений, остающихся в реакторе по завершении переработки. В нижней части реактора делают отверстие для выхода отработанного сырья. Отверстие оснащают плотной крышкой, чтобы оборудование оставалось герметичным.

Эффективность биотоплива

Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.

Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.

Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.

Биогазовая установка для предприятия

Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).

Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:

Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:

1. несколько ступеней очистки газа;
2. подготовка газа перед подачей на переработку;
3. охлаждение перед подачей на газогенератор;
4. прочие системы, в зависимости от конструкции установки и видов используемого сырья.

Демонтаж старого окна или подготовка проема

https://youtube.com/watch?v=kFN3J-XOrHc

Как я уже говорил —  обычно в квартирах и домах пластиковые окна ставят вместо старых деревянных. Демонтировать деревянное окно сравнительно легко. Сначала нужно снять створки со стеклами. Для этого их нужно приподнять и снять с петель. Поднять раму руками часто невозможно, поэтому лучше здесь воспользоваться монтировкой, если вы конечно не Арни Шварцзингер!

Окно без створок выглядит как деревянная рама с вертикальной перекладиной посередине. Эту перекладину следует распилить пополам, чтобы вынимать раму было легче. 

Перед снятием раму нужно вынуть подоконник. В многоэтажных домах старые подоконники обычно бывают железобетонными. Их вынуть непросто. Здесь нужна кувалда, с помощью которой подоконник нужно отбить снизу вверх, а затем вытянуть на себя. Если не помогло, то сверлим небольшое углубление и закладываем динамит. Поджигаем фитиль, ждем и старого подоконника как не бывало. Ребята, если че, то я пошутил:), а то мало ли?!

При демонтаже оконного блока нужно сначала расшатать и выломать распиленную вертикальную перекладину. После этого оконная рама вынимается по частям, начиная сверху. Когда демонтаж закончен, нужно очистить оконный проем от строительного мусора и утеплителя. Желательно также убрать мелкий мусор и пыль при помощи щетки по периметру всего оконного проема. 

Это то, что касается демонтажа старого окна, но мне пришлось делать оконный проем с нуля. Для этого в стене, в которую скоро прольется дневной свет мне пришлось разметить будущие габариты окна. Обычно сначала делают замеры, но у меня все наоборот — я подгоняю проем под будущее окно:)

При помощи перфоратора выдалбливаю проем (сорри за качество)

Затем я усилил оконный проем металлическими перемычками

 заштукатурил все неровности и проем готов!

Как подогревать биореактор?

Устройство биогазовой установки предполагает ее подземное расположение. Нужно подготовить яму необходимого объема. Ее стенки можно герметично укрепить и отделать пластиком, полимерными кольцами или бетоном.

От герметичности зависит интенсивность переработки сырья. В идеале стоит приобрести заводские полимерные кольца, имеющие сухое дно. Это более дорогое решение, но можно избежать дополнительной герметизации.

Полимерные материалы устойчивы к влажности и агрессивным средам. Их не нужно ремонтировать, а при повреждении можно быстро заменить.

Следовательно, биореактор нужно подогревать, особенно зимой. Можно установить змеевик, подключенный к бытовой отопительной системе.

Другой способ – установка электрических нагревательных элементов. Но, более экономически целесообразным решением является именно подключение к отопительной системе.

Биогазовую установку можно и не делать подземной. Существуют альтернативные методы. К примеру, ее можно выполнить в бочке, которая будет находиться в отдельном помещении.

Можно использовать и, например, цистерну. Такой вариант упростит подогрев, но требует наличия достаточно пространства.

Эффективность кондиционера

Насколько оборудование станет работать эффективно, и как много будет затрачиваться электроэнергии, — это зависит от конкретных условий эксплуатации.

Условие первое. Предположим, что рядом с кондиционером устанавливается обогревательное устройство. Тогда компрессор:

• станет работать практически непрерывно;
• будет расходовать много энергии;
• вскорости выйдет со строя.

Условие второе. Снизить работоспособность кондиционера и даже вывести его со строя способна обычная пыль, что проникла внутрь системы. Так что следует с регулярной периодичностью и достаточно тщательно проводить влажную уборку.

Условие третье. Непозволительно выставлять на поверхность блока какие-либо предметы.

Условие четвертое. Не следует накрывать кондиционер.

Условие пятое. Испарение хладагента удастся исключить, если, осуществляя монтаж системы, тщательно герметизировать любые соединения и стыки.

Условие шестое. Наружный блок должен располагаться ниже внутреннего. Нужно для его установки выбирать на наружной стороне стены наиболее прохладную зону. К примеру, вечную тень может образовывать свес крыши.

Если все перечисленные выше условия установки кондиционера будут соблюдаться, тогда система станет работать бесперебойно, создавая в помещениях желанный комфорт.

Подготовка пластикового окна к установке

Итак, вот собственно говоря и виновник торжества.

Окно какой-то турецкой фирмы, приобретенное в Леруа за 4500 рублей. Габариты — 1200 мм на 800 мм.

Для облегчения монтажа необходимо с окна снять стеклопакет. Обычно, при покупке новых окон производитель намеренно не забивает штапики слишком сильно, чтобы была возможность свободно их удалить, но если вы не видите щелей, то шпатель вам в руки

Действуйте осторожно, чтобы не оставить на самом окне никаких сколов или вмятин. Легкими простукиваниями штапики должны свободно выйти

В связи с тем, что у меня окно только с одной створкой — мной было принято решение не вынимать стеклопакет, а просто снять створку окна с петли. Для этого в верхней петле я аккуратно выбил шток и просто снял створку с нижней петли.

Конструкция простейшего биореактора

Простейшее устройство биореактора

Простейшее устройство, которое можно построить своими руками состоит из реактора для переработки, загрузочной емкости, люка для входа, люка для отбора отработанных отходов, гидрозатвора, газоотводящей трубы. Для лучшего представления есть схема биореактора в несложном исполнении.

Биореактор изготавливают из железобетона или металлической емкости и устанавливают на выбранной территории двора. Самое главное, чтобы была полная герметичность установки. Размер резервуара зависит от постоянного количества наличия отходов для переработки, которые загружаются на 2/3 от его размера. Для справки: из 1 т отходов при переработке получается 100 м3 газа. Исходя из этих расчетов, маленькую емкость устанавливать нецелесообразно. Ведь количество полученного газа зависит от количества загружаемых отходов для переработки. Одно из главных устройств на емкости – люк отбора отходов, который должен быть герметичным.

Особое внимание надо уделить строительству резервуара. Стены и дно должны иметь прочное бетонное основание

Во время заливки необходимо выполнять армирование. После застывания раствора, поверхность обрабатывают средствами гидроизоляции. Верх резервуара изготавливают из огнеупорного кирпича, уложенного на металлический каркас.

Какие установки применяют для получения биогаза

Если установку планируется разместить вблизи фермы, то лучшим вариантом будет разборная конструкция, которую легко перевезти в другое место. Основной элемент установки – биореактор, в который заливается сырье и происходит процесс брожения. На крупных предприятиях используют цистерны объемом 50 кубических метров.

В частных хозяйствах строят подземные резервуары в качестве биореактора. Их выкладывают из кирпича в подготовленную яму и обмазывают цементом. Бетон повышает степень безопасности конструкции и препятствует попаданию воздуха. Объем зависит от того, сколько сырья в день получают с домашних животных.

Поверхностные системы также популярны в домашних условиях. При желании установку можно разобрать и перенести в другое место, в отличие от стационарного подземного реактора. В качестве цистерны используют пластиковые, металлические или поливинилхлоридные бочки.

По типу управления имеются:

автоматические станции, в которых долив и откачка отработанного сырья осуществляется без участия человека;

механические, где весь процесс контролируется вручную.

С помощью насоса можно облегчить освобождение резервуара, в который попадают отходы после брожения. Некоторые народные умельцы применяют насосы для откачки газа из подушек (например, автомобильных камер) в очистное сооружение.

Схема самодельной установки для получения биогаза из навоза

Перед сооружением биогазовой установки на своем участке необходимо ознакомиться с потенциальной опасностью, которая может взорвать реактор. Главное условие – отсутствие кислорода.

Метан – это взрывоопасный газ и он способен воспламеняться, но для этого его необходимо нагреть выше 500 градусов. Если биогаз смешается с воздухом, возникнет избыточное давление, которое разорвет реактор. Бетонный может треснуть и будет не пригоден для дальнейшего использования.

Видео: Биогаз из птичьего помета

Чтобы давление не сорвало крышку, применяют противовес, защитную прокладку между крышкой и резервуаром. Емкость заполняют не до конца – должно оставаться как минимум 10% объема для выхода газа. Лучше – 20%.

Итак, чтобы сделать у себя на участке биореактор со всеми приспособлениями, необходимо:

Удачно выбрать место, чтобы оно находилось подальше от жилья (мало ли что).

Рассчитать предположительное количество навоза, которое ежедневно выдают животные. Как считать – читать ниже.

Определиться, где проложить загрузочную и отгрузочную трубу, а также трубу для конденсации влаги в полученном газе.

Определиться с местом расположения резервуара для отходов (по умолчанию удобрения).

Вырыть котлован, исходя из расчетов количества сырья.

Выбрать емкость, которая будет служить резервуаром для навоза и установить ее в котлован. Если планируется бетонный реактор, тогда дно котлована заливается бетоном, стенки выкладываются кирпичом и штукатурятся бетонным раствором. После этого необходимо дать время просохнуть.

Стыковки между реактором и трубами также герметизируются на этапе закладки резервуара.

Обустроить люк для осмотра реактора. Между ним ставится герметичная прокладка.

Если климат холодный, то перед бетонированием или установкой пластикового резервуара продумывают способы его обогрева. Это могут быть нагревательные приборы или лента, используемая в технологии «теплый пол».

В конце работ проверить реактор на герметичность.

Расчет количества газа

Из одной тонны навоза можно получить примерно 100 кубических метров газа. Вопрос – сколько помета дают домашние животные в сутки:

курица – 165 г в сутки;

корова – 35 кг;

коза – 1 кг;

конь – 15 кг;

овца – 1 кг;

свинья – 5 кг.

Умножить эти показатели на количество голов и получится суточная доза экскрементов, подлежащих переработке.

Больше газа получают от коров и свиней. Если добавить в смесь такие энергетически мощные растения как кукуруза, свекольная ботва, просо, то количество биогаза увеличится. Большой потенциал у болотных растений и водорослей.

Самый высокий – у отходов мясоперабатывающих комбинатов. Если такие хозяйства есть поблизости, то можно скооперироваться и установить один реактор на всех. Сроки окупаемости биореактора 1 – 2 года.

Установка газового нагревателя

Установка горизонтального газового водонагревателя сложнее, чем электрического. В этом вопросе лучше обратиться к профессионалам. Но в случае самостоятельной установки необходимо четко следовать инструкциям, обозначениям и правилам. Высота потолков должна быть не менее двух метров, а площадь комнаты более 7,5 кв. метра. К тому же в комнате должно быть окно, кроме этого, в помещении обязательно должна быть дверь. Чаще всего такие приборы устанавливают на кухне, рядом с газовой трубой.

Очень хорошим способом обнаружения протечек газа является установка газового анализатора. Такой прибор обнаруживает утечку пропана и подает предупредительный сигнал. Но также обязательно наличие вентиляции. Для правильной работы газового водонагревателя к нему должен быть подведен дымоход. Он может быть включен в общую систему либо же выведен отдельно сразу на улицу. Он не должен иметь более двух изгибов под прямым углом, а его общая длина должна быть не более трех метров. При установке оборудования на деревянную стену дымоход не должен соприкасаться с ней. Обязательно проложить теплоизоляцию, к примеру, из минваты.

Нужно знать, что газовый водонагреватель не должен размещаться на несущей стене. Расстояние до противоположной стены должно быть не менее одного метра. Газовые трубы нельзя монтировать в стены. Но также нужно учесть, что газовое оборудование нельзя размещать над плитой. Нежелательно, чтобы водонагреватель подвергался постоянному воздействию солнечного света и перегревался. Для того чтобы проверить герметичность газовых труб, можно воспользоваться обычным мылом. Его нужно растворить в емкости с водой, а затем с помощью кисточки нанести на соединения труб. Если появляются пузыри, значит, имеет место утечка. И ее необходимо срочно устранить. Проверять трубы на предмет утечек запрещено с помощью огня. Это может привести к непоправимым последствиям.

Варианты использования

Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:

• отопления;
• освещения;
• нагрева воды;
• работы двигателей внутреннего сгорания.

С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.

Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.