Биогаз для чайников

Дело в том, что простые установки в виде армированной ямы в земле практически никак не теплоизолированы от грунта, в котором они расположены. В большинстве случаев грунт этот влажный. Поэтому почти всегда грунт является хорошим проводником тепла. А температура грунта в таких странах, как Украина, Белоруссия, Россия на глубине более 1 м круглый год составляет около 100C. Выше я написал, что психрофильный режим начинается с 150C. А реально заметный выход биогаза в психрофильном режиме начинается после достижения субстратом температуры 200C. В описанных выше теплых странах грунт обычно прогрет на глубину несколько десятков метров до температуры 20-300C. Поэтому, если в этих странах грунт действует, как бесплатный нагреватель, то в наших широтах грунт действует, как холодильник. Даже если подогревать субстрат, то из-за высокой теплопроводности грунта мы будет просто греть окружающий грунт.

4. Кому это нужно.

Вопрос несколько риторический. Возможно, надо было бы спросить: «Кому это можно?» Но нельзя давить энтузиазм в зародыше. Поэтому здесь я опишу, кому, в первую очередь, есть смысл подумать о создании и эксплуатации биогазовой установки.

Ответ достаточно простой. Думать об анаэробной переработке органического сырья следует тому, у кого это сырье образуется регулярно, дешево и в достаточных количествах. Почти наверняка при этом существует проблема утилизации такого сырья, потому что очень часто это сырье представляет собой опасность для окружающей среды. Решение задачи утилизации этого сырья сразу же минимизирует затраты или вообще избавляет от затрат на такую утилизацию. Это первая и главная причина для создания биогазовой установки. Второй побудительной причиной является энергия, которую можно получить в процессе анаэробного брожения органического сырья. Обычно этот фактор выносят во главу угла. Ну и третье – это получение из вредных для экологии органических отходов чрезвычайно полезного органического биоудобрения.

В зависимости от ежесуточно образующейся порции сырья можно думать о создании малой, средней или большой биогазовой установки. Такое деление по размерам – весьма условно. Скорее, стоит делить установки по функциональности и степени автоматизации. Но вполне естественно, когда более крупные по размерам и пропускной способности биогазовые установки наделяют дополнительными функциями и минимизируют применение труда человека для их обслуживания.

Наличие сырья – необходимое условие, но не достаточное. Еще понадобится площадка для размещения биогазовой установки. Редко удается создать настолько мобильную конструкцию, чтобы без больших усилий и затрат иметь возможность демонтировать и перемещать установку на другое место. Поэтому очень важно, чтобы место будущего размещения установки было в Вашей собственности или же в долгосрочной аренде. Чем больше размер будущей установки, тем с большей степенью вероятности Вам понадобятся официальные разрешения на размещение такого объекта. Значит, участок должен находиться в такой зоне, где разрешено промышленное строительство, и иметь соответствующий статус. К участку должны быть подведены коммуникации, в зависимости от конструкции будущей установки и типа сырья. Обычно нужны подвод электроэнергии, технической воды, иногда природного газа, отвод канализации. Для крупной установки очень не помешают хорошие подъездные пути.

Также понадобятся соответствующие финансовые средства. Биогазовая установка – объект очень недешевый. Затраты на малые биогазовые установки обычно начинаются от нескольких тысяч USD. Средние установки – десятки тысяч. Стоимость больших установок начинается от нескольких сотен тысяч USD, однако, действительно большие проекты требуют миллионных вложений.

Редко у кого есть достаточное количество собственных средств, поэтому стоит подумать об источниках финансирования, поискать возможности привлечения инвестиций. Срок окупаемости правильно эксплуатирующихся биогазовых установок составляет от одного года до пяти лет. Доход от эксплуатации установки появляется с заметной задержкой после начала финансирования, так как требуется время на монтаж и запуск установки. Для малых установок это время составляет от одной недели до пары месяцев, для больших установок – от нескольких месяцев до пары лет. Проблема с большими установками состоит не только в объемах строительства, но и в необходимости составлять и утверждать проектную документацию на объект промышленного строительства. Иногда получение разрешений на проектирование и утверждение проектной документации по времени может превысить в несколько раз длительность собственно строительства и запуска в эксплуатацию.

Поэтому финансовые средства должны привлекаться с условием начала графика погашения с задержкой до запуска объекта в эксплуатацию.

Ну и наконец, самым главным условием для создания биогазовой установки является большое желание владельца будущей установки. Без этого обязательного условия остальные факторы не имеют смысла. И наоборот, если есть очень сильное желание, то можно найти и все остальное, даже если изначально его нет.

5. Что можно получить.

Биогазовые установки имеют одно важное коренное отличие от всех остальных устройств альтернативной энергетики. Как и при использовании других устройств альтернативной энергетики, конечным продуктом работы биогазовой установки может быть произведенная энергия, чаще всего тепловая и/или электрическая. Но помимо энергии на выходе всегда образуется (но не всегда используется) другой продукт – высокоэффективное органическое биоудобрение. Третий продукт не является материальным, но за него можно получить вполне реальные весомые деньги. Это и утилизация отходов, и продажа квот парниковых выбросов по Киотскому протоколу. Конечно, этот источник дохода доступен, прежде всего, владельцам больших БГУ, однако, даже маленькая установка может заниматься утилизацией, например, отходов бойни, завода производству биодизеля и т.п. В случае утилизации отходов это может быть основной причиной для строительства биогазовой установки. Преимущества утилизации методом анаэробного брожения заключатся в том, что такой техпроцесс утилизации не является энергоемким, а наоборот, выделяет энергию. Вредность же исходных отходов для окружающей среды после прохождения процедуры анаэробного брожения меняет знак с минуса на плюс, и выходной продукт становится уже чрезвычайно полезным и восстанавливающим плодородные свойства почвы.

Рассмотрим теперь по отдельности все продукты, которые можно получить на выходе биогазовой установки.

5.1. Биогаз.

В первой главе мы уже рассматривали свойства и состав биогаза. Биогаз – это газообразная часть продуктов анаэробного разложения органических веществ, являющегося результатом жизнедеятельности симбиоза множества видов бактерий. То есть, процесс анаэробного брожения - биологический процесс. Он существуют сам по себе и в природных условиях: во-первых, в желудках животных организмов нашей планеты, а во-вторых, в толще грунта или на дне водоемов, где затруднен доступ кислорода. Биогазовая установка – эквивалент аквариума, в котором содержатся не рыбы, а специальные бактерии.

В силу таких исходно биологических свойств техпроцесса работы биогазовой установки невозможно абсолютно точно подсчитать заранее такие выходные параметры, как конкретный набор химических реакций, глубину разложения биомассы, удельный выход биогаза и его состав. Количество «внешних» факторов, влияющих на техпроцесс (управляющие воздействия) весьма ограничено. Обычно это температура, градиент температуры и скорость изменения температуры внутри реактора, степень герметичности реактора, частота подачи в реактор и размер порции свежего сырья, частота выемки шлама, частота и длительность циклов перемешивания субстрата внутри реактора. Естественные же «внутренние» факторы описываются тысячами возможных параметров. Одних только видов бактерий, участвующих в процессе, может быть больше тысячи, а есть еще химический состав и физические кондиции исходного сырья.

Рассчитать все это практически невозможно. Поэтому при проектировании биогазовых установок используют экспериментальные результаты, полученные на лабораторных установках, моделирующих требуемый техпроцесс в миниатюре. Также собирается статистика действующих больших БГУ. Статистические данные обрабатываются, группируются, и в результате получаются таблицы рекомендованных параметров техпроцесса и примерные выходные параметры при применении различных типов сырья. Но разброс величин в таких таблицах составляет до 50%.

Поэтому предсказать, например, суточный выход и состав биогаза для проектируемой биогазовой установки изначально можно именно с подобной точностью. Для увеличения точности расчетов до нескольких процентов, необходимо провести лабораторный эксперимент и соответствующие измерения. Тем не менее, простейшие расчеты позволят хотя бы оценить границы выхода биогаза, особенно верхнюю.

Как известно, исходное сырье состоит из воды и так называемого сухого вещества (СВ). Соотношение воды и сухого вещества сырья характеризуется таким параметром, как влажность.

Сухое вещество сырья состоит из органических (ОСВ) и неорганических веществ. Соотношение неорганических и органических веществ характеризуется таким параметром, как зольность.

Для получения этих параметров, необходимо взять пробы сырья и произвести соответствующие анализы в лаборатории.

Итак, зная тип сырья, и его влажность и зольность, можно посчитать, сколько органического вещества содержится в единице массы сырья. Зная суточное количество исходного сырья, можно посчитать, сколько ОСВ будет попадать в реактор биогазовой установки ежесуточно.