Что такое биогаз: Биогаз: определение, основные виды сырья

Опубликовано в Разное

30 Окт 2021

Содержание

Биогаз что это такое и как его получают

Биогаз получают в результате брожения биомассы. Для его изготовления используют навоз крупного рогатого скота, птичий помет, отходы с некоторых видов производств. Специальное оборудование позволяет использовать его для получения электроэнергии, тепла, пара и пр.

Промышленная революция, начавшаяся в Европе триста лет назад привела к революционным изменениям взаимоотношения Человека и Природы. Главными причинами этого явились все большая добыча и использование углеводородного топлива, и увеличение количества отходов мировой экономики. Поэтому в последние десятилетия стали ускоренными темпами развиваться ресурсосберегающие технологии и альтернативная энергетика. Биогаз в ряду этих инноваций занимает не последнее место.

С газом, выходящим над поверхностью болот и со дна заросших водоемов человек знаком с доисторических времен. Получение и практическое использование этого газа началось гораздо позже.

Биогаз — это результат деятельности анаэробных бактерий, перерабатывающих органические соединения животного и растительного происхождения, без доступа воздуха. По-научному этот процесс называется метаногенез или метановое брожение, в результате которого выделяется метан. Не путать с аналогичным процессом с участием аэробных бактерий, называемым компостированием, с выделением углекислого газа, теплоты и получением биокомпоста в качестве удобрения.

Биотехнология

Процесс производства биологического метана принципиально очень прост. Органические отходы, разбавленные водой до необходимой консистенции, помещаются в герметичную емкость-биореактор. Здесь метанообразующие бактерии, поедая их, выделяют метан, углекислый газ и сероводород. Газ собирается в верхней части емкости и через фильтры отводится для практической реализации.

Для обеспечения максимальной скорости выделения метана должен соблюдаться оптимальный температурный режим в диапазоне 30-45 °С. В этом случае основная масса загруженного «топлива» перерабатывается за 12-15 дней. Снижение температуры до 15 °С увеличивает время работы биореактора на одной загрузке в 3-4 раза. Этим объясняется ограниченный интерес к таким инновациям в северных регионах, так как существенную часть до 60% получаемого газа надо сжигать для подогрева рабочего процесса.

Сопутствующим результатом биогазовой технологии является получение эффлюента-удобрения с высоким содержанием легко усваиваемых растениями форм азота, фосфора, калия и других микроэлементов. По экономическому эффекту этот продукт ничем не уступает энергетической составляющей биогаза, так как позволяет увеличивать урожайность различных сельскохозяйственных культур на 20-30%.

Необходимое сырье

В качестве сырья для биореактора используются отходы животноводства-навоз крупного рогатого скота (КРС), свиной навоз и птичий помет. Пригодны отходы молочных и рыбоперерабатывающих заводов, мукомольного, пивного и винного производства. Кроме отходов газ можно получать из специально выращиваемых зеленых культур-силосной кукурузы, свеклы и картофеля вместе с ботвой.

Можно использовать твердые бытовые отходы (ТБО). В этом случае должно выполняться условие-сортировка мусора с целью отделения органических составляющих от минеральных. Организация раздельного сбора мусора может дать новый толчок развитию инновационной биотехнологии.

Перспективным направлением является использование канализационных стоков населенных пунктов, что позволяет решить экологическую проблему больших городов с полями фильтрации, делающими безжизненными тысячи гектар полезной площади.

Качество газа

Широкий спектр биологического сырья влияет на качество, получаемого из него биогаза. Оно характеризуется процентом выхода метана и количеством газа, выделяемого из единицы объема сухого вещества отходов.

Доля метана в газе для различных отходов колеблется в пределах 40-70%, остальное углекислый газ, 2-3% сероводорода и около 1% водорода и остальных газов. Выход биогаза от 250 л/кг сухого вещества для навоза и канализационных стоков до 600 л/кг для кукурузного силоса и отходов сахарного производства.

Содержание сероводорода ограничивает применение газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. В двигателе он превращается в серную кислоту и приводит к повышенному износу деталей. Во избежание этого ставят фильтры, что значительно повышает себестоимость биогаза. Технология очистки совершенствуется в направлении применения керамических молекулярных мембран, пропускающих метан и задерживающих все остальное, и водяного обогащения газа за счет разности растворимости в воде углекислого газа и метана.

Область применения

Биогазовые технологии давно уже признаны и широко применяются в мировой практике. По данным Европейской Ассоциации Биогаза (ЕВА) в 2018 году в Европе работают 18200 биогазовых установок с общей мощностью 11000 МВт и выработано с их помощью 63500 ГВт*час электроэнергии. Лидерами производства являются Германия, Дания, Нидерланды и Швеция. При этом сектор производства чистого метана вырос до 660 заводов, производящих 2,28 млн. м³ газа.

Подробнее о том, как биогаз используется в Германии рассказывает местный фермер на канале Agro Import:

Себестоимость биогаза в пересчете на метан зависит от сырья. По данным Международного Агентства Возобновляемых Источников Энергии (IRENA) для ориентированных на навоз установок она составляет 220-400 $/ тыс. м³, для ориентированных на промышленные отходы 110-300 $/ тыс. м³. Средняя цена газа, проданного на экспорт Газпромом в 2019 году-240 $/ тыс. м³ при себестоимости около 20 $/ тыс. м³. Поэтому для того, чтобы сделать биогаз конкурентоспособным, необходимо снижать себестоимость.

Многие фирмы стали выпускать оборудование для биогаза различной мощности. Крупные промышленные установки по капитальным затратам на строительство, составляющим около 2000 $ за 1 кВт мощности, находятся на уровне тепловых электростанций. При их строительстве ключевым вопросом становится бесперебойная поставка отходов.

Большой популярностью в странах с теплым климатом стали пользоваться бытовые газовые системы, производство которых наладил Китай. Фирма Puxin выпускает ряд таких мини- заводов. Например, модель PX-ABS представляет из себя пластмассовый биореактор объемом 3,4 м³ в стальной раме. Ежедневная загрузка коровьего навоза-60 кг, либо пищевых отходов-25 кг, либо очистки овощей 65 кг.

Расход газа не менее 26 л/мин. Установлен газовый фильтр и насос для периодического перемешивания отходов. Стоит такая установка 1000 $ и вполне доступна для маленькой фермы.

Заключение

Несмотря на то, что себестоимость биогаза намного выше природного газа, надо учитывать, что на выходе этого технологического процесса получаются высокоэффективные удобрения. Их реализация существенно снижает затраты в зависимости от качества сырья.

В тему: Производство воды из воздуха.

Развитие технологий получения газа обладает большим потенциалом одновременного решения проблем альтернативной энергетики и экологии с повышением урожайности сельскохозяйственных культур. Они должны быть интегрированы в современные проекты крупных животноводческих ферм, канализационных систем населенных пунктов и мусороперерабатывающих заводов.

Биогаз — Википедия. Что такое Биогаз

Метантанк биогазовой установки

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

История

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования

[1].

Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO₂, незначительные примеси H₂ и H₂S. После очистки биогаза от СО₂ получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объём газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объёмом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубических метрах (м³) метана на 1 кг органического сухого вещества (ОСВ), это намного точнее и красноречивее, нежели данные в м³ биогаза в м³ свежего субстрата.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО₂, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Производство

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантанках.

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

Ёмкость гомогенизации
Загрузчик твердого (жидкого) сырья
Реактор
Мешалки
Газгольдер
Система смешивания воды и отопления
Газовая система
Насосная станция
Сепаратор
Приборы контроля
КИПиА с визуализацией
Система безопасности

Принцип работы установки

Биомасса (отходы или зелёная масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая технология. Например, спиртовая барда перерабатываются с использованием химических добавок. Для кислой меласной барды используется щелочь. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии без химических добавок, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.

Факторы, влияющие на процесс брожения

Температура
Влажность среды
Уровень рН
Соотношение C : N : P
Площадь поверхности частиц сырья
Частота подачи субстрата
Замедляющие вещества
Стимулирующие добавки

Температура

Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70ºС. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90ºС. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-4ºС.

Площадь поверхности частиц сырья

Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.

При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.

Применение

Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 установок. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Развивающиеся страны

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек^[2].

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок^[3].

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов^[4].

Потенциал

В России агрокомплекс ежегодно производит 773 миллиона тонн отходов, из которых можно получить 66 миллиардов м³ биогаза, или около 110 миллиардов кВт•ч электроэнергии. Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий^[5].

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей^[6].

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Критика

Использование для производства биогаза энергетических культур подвергается критике со стороны зеленых, в частности в Германии. К отрицательным сторонам среди прочего они относят:

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Биогаз | Кинезиолог

Определение понятия

Биогаз – это газ, получаемый в результате микробного разложения биомассы различного состава.

Биогаз состоит в основном из метана (55-70%) и диоксида углерода (45-30%), но также содержит некоторые включения, которые обычно удаляются в биогазовой станции.
По своим свойствам биогаз наиболее близок к природному газу, состоящему из 80-98% метана. Он не имеет ни цвета, ни запаха.

Наиболее часто биогаз используется для выработки электрической энергии.
Биогаз также можно очищать от двуокиси углерода CO2 и доводить до свойств природного газа (метана). Такой обогащенный биогаз называется биометаном. Чаще всего такая очистка производится с помощью воды. После очистки газ не отличается от природного метана как по составу, так и по свойствам.

Свойства биогаза

Таблица. Основные характеристики биогаза

Запас энергии в 1 м3 биогаза	6-6,5 кВтч
Теплотворная способность	6000-7500 ккал /м3
Плотность биогаза	1,16-1,27 кг / м3
Температура возгорания	650-750 С
Давление биогаза в реакторе	0,05 атм.
Давление биогаза перед потребителем	Поднимается до требуемого

Получение биогаза

Биогазовые установки представляют собой строительные объекты, состоящие из герметичных реакторов, оснащённых комплексом систем подачи сырья, подогрева, перемешивания, канализации (воздушной газовой и электрической).

Биогазовые установки производят биогаз путем контролируемого сбраживания биомассы в анаэробных условиях.

Для производства биогаза пригодно большинство отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства, а также специально выращенные энергетические растения. Биогазовые установки могут работать как на моно-сырье, так и на смеси.

Также биогазовую установку можно рассматривать в качестве активной системы очистки окружающей среды и утилизации отходов. Любые другие системы очистки потребляют энергию, а не производят. Биогазовая установка перерабатывает отходы в биогаз и биоудобрения.

Мокрый способ получения биогаза

«Мокрый» способ переработки в биогаз органических отходов из возобновляемого сырья получил самое широкое распространение. Он отлично подходит для сырья с высоким содержанием влаги. При «мокром» способе сырье разбавляется до влажности 90% и перекачивается в биореакторы насосами. Реакторы герметично закрыты и работают без доступа кислорода. В процессе непрерывной работы свежее сырье подается порциями из предварительного резервуара в нижнюю часть реактора. Порциями же отводится перебродившая масса. В утепленном предварительном резервуаре и реакторе происходит подогрев биомассы и перемешивание. Материал всех ёмкостей и реакторов — сталь с покрытием или железобетон. В реакторе поддерживается наиболее благоприятная мезофильная температура для бактерий 37-40 С. Перемешивание происходит периодически. Периодические остановки необходимы для того чтобы масса успела расслоиться и с перебродившей массой не происходил слив свежего сырья.

Интерактивная схема работы биогазовой станции по «мокрому способу»

Сухой способ получения биогаза

Ещё недавно биогазовые технологии были сосредоточены лишь на «мокрой ферментации». Новая система сухой ферментации позволяет производить биогаз из твердых отходов, загрязненных неорганическими включениями. Это означает, что можно перерабатывать в биогаз даже обычный городской мусор. При этом не требуется разбавление субстрата до состояния прокачки. Сухой способ ферментации позволяет сбраживать субстраты с 50% влажностью. Отходы загружаются в ферментатор и сбраживаются без доступа кислорода. Постоянная подача бактериального сырья происходит при помощи рециркуляции перебродившего жидкого фильтрата, который распыляется над органическими отходами в реакторе. В процессе не происходит перемешивания, перекачки либо переворачивания субстрата, также свежее сырье не подается. Излишки фильтрата собираются через дренажную систему в емкость, а затем распыляются над биомассой в реакторе. Сбраживание происходит в благоприятном мезофильном режиме в диапазоне 34-37°C. Для этого стены и пол реактора имеют подогрев.

Cхема работы биогазовой станции по «сухому способу»

Сырьё для получения биогаза

Субстрат	Выход м3/т
Навоз КРС (природный 85-88% вл.)	54
Навоз КРС самосплавный (95% вл.)	22
Навоз свинной природный (85% вл.)	62
Навоз свинной самосплавный (95% вл.)	25
Птичий помет клеточный (75% вл.)	103
Птичий помет подстилочный (60% вл.)	90
Силос кукурузный	180
Свежая трава	200
Молочная сыворотка, 94% вл.	22
Зерно, мука, хлеб	538
Фруктовый и овощной жом ( 80% вл.)	108
Свекольный жом (78% вл.)	119
Меласса	633
Барда зерновая ( 93% вл.)	40
Барда меласная ( 90% вл.)	50
Пивная дробина (82% вл.)	99
Мезга кукурузная (80% вл.)	85
Мезга картофельная (91% вл.)	32
Жир (чистый, 0% вл.)	1300
Жир из жироловок (жировая пульпа)	250
Отходы бойни (только кровь, каныга, мягкие ткани)	300
Корнеплодные овощи	100
Технический глицерин	500
Рыбные отходы	300
Твердые бытовые отходы	100

Улучшающие добавки

Улучшающие добавки для сырья — это смесь из энзимов (ферментов), пробиотиков и микроэлементов, улучшающих деятельность микроорганизмов, осуществляющих брожение.
Использование добавки позволяет увеличить выход биогаза от 20 до 40% без изменений конструкции биогазовой станции. Кроме того, добавка облегчает работу оператора за счёт стабилизации процесса; она также повышает содержание метана в биогазе. За счет добавки извлекается весь биогаз в реакторе основного брожения без этапа дображивания. Таким образом, можно строить биогазовые станции в 2 раза дешевле, либо извлекать из сырья дополнительно энергию. Добавка используется на многих биогазовых станциях в Германии и дает гарантированное увеличение выхода биогаза. Есть станции, где достигнут выход биогаза 260 м3 / тонны силоса или 45% рост выхода биогаза.
Расход составляет 1-2 кг / сутки для биогазовой станции электрической мощностью 1 МВт (24000 кВтч электроэнергии в сутки).

Источники:

http://zorgbiogas.ru/biogas-plants?lang=ru

Биогаз — Википедия. Что такое Биогаз

Метантанк биогазовой установки

История

Состав и качество биогаза

Сырьё для получения

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Экология

Производство

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

Ёмкость гомогенизации
Загрузчик твердого (жидкого) сырья
Реактор
Мешалки
Газгольдер
Система смешивания воды и отопления
Газовая система
Насосная станция
Сепаратор
Приборы контроля
КИПиА с визуализацией
Система безопасности

Принцип работы установки

Факторы, влияющие на процесс брожения

Температура
Влажность среды
Уровень рН
Соотношение C : N : P
Площадь поверхности частиц сырья
Частота подачи субстрата
Замедляющие вещества
Стимулирующие добавки

Температура

Площадь поверхности частиц сырья

Применение

Развивающиеся страны

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топ

Как происходит производство биогаза из отходов

Животноводческое хозяйство постоянно сталкивается с проблемой вывоза отходов. На утилизацию навоза требуются большие деньги. Но есть способ, с помощью которого можно не только сэкономить свои денежные средства, но и сделать так, чтобы отходы превратились в полезное вещество.

Рачительные животноводы уже давно используют на практике специальную технологию производства из навоза биогаза – вещества, которое может служить в качестве топлива.

Впервые услышав о такой технологии, многие наверняка подумают, что она появилась совсем недавно – максимум 10 лет назад. Однако о том, как из отходов получать газ, полезный в хозяйстве и промышленности, люди знали уже давно. Исследования в этой сфере начались более 200 лет назад. В 19 веке они с успехом продолжили развиваться. В начале прошлого столетия в промышленности началось использование метантенков – устройств, основная функция которых – переработка отходов в газ метан.

Содержание статьи:

Зачем перерабатывать навоз?

И хотя технологии производства биогаза из отходов уже давно используются в разных странах, именно в наши дни они становятся наиболее важными. Это связано с глобальными экологическими проблемами и с увеличением стоимости традиционных видов топлива.

Переработка органических отходов в биогаз позволяет уменьшить объем выбрасываемого в атмосферу метана, а заодно получить альтернативный источник тепла.

Экологическая ценность производства биогаза

Все, кто занимается садоводством, прекрасно знают, что навоз – это отличное удобрение. И если на скотном дворе у сельского жителя есть одна корова, то всё можно использовать для удобрения в своём саду или огороде. Однако, если коров больше, то навоза появляется столько, что его некуда девать.

Для того, чтобы навоз стал качественным удобрением, требуется среда с определённой поддерживаемой температурой. А это уже дополнительные затраты. Поэтому фермеры зачастую просто оставляют навоз на длительное хранение где-нибудь недалеко от места его появления и затем, когда приходит время, вывозят его на поля. Однако в таком случае при низких температурах он лишается столь важного компонента, как азот. Следовательно, качество удобрения значительно ухудшается. Также при неправильном хранении из навоза выделяется метан – газ, который лишь засоряет воздух.

Благодаря современным технологиям, можно не только предотвратить отрицательное воздействие вредных газов на атмосферу, но и сделать так, чтобы они, наоборот, приносили пользу.

С помощью специальной технологии, основанной на жизнедеятельности микроорганизмов, навоз превращается в биогаз, который затем можно использовать в качестве топлива. При этом то, что останется в качестве отходов, может быть использовано как удобрение.

Комплектация установки для производства биогаза

Для переработки отходов сооружаются специальные установки. Оборудование для переработки навоза в газ состоит из шести основных элементов.

Биореактор, в котором разлагается сырье.
Автоматическая система подачи сырья.
Устройство для перемешивания массы.
Оборудование, поддерживающее нужную температуру.
Газгольдер, в котором хранится полученный газ.
Приёмник твердых отходов.

Без этих элементов не обходится ни одна установка, использующаяся в промышленности. Однако те метантенки, которые в быту применяются фермерами, имеющими своё сельское хозяйство, устроены гораздо проще.

Устройство и особенности оборудования для производства биогаза

Основная часть установки – биореактор. Он может быть исполнен в одном из нескольких вариантов. Но в любом случае он должен быть достаточно герметичным и не позволять проникнуть внутрь кислороду. В домашнем фермерстве для изготовления биореактора обычно применяются топливные цистерны объемом 50 куб. м. Но можно также купить уже готовый метантенк. Его главное преимущество – возможность быстро разобрать и перевезти в другое место, когда это необходимо.

Технология производства биогаза в домашних условиях

Если соблюдать простые правила эксплуатации, то оборудование для переработки навоза в биогаз сможет полностью обеспечить энергией как небольшое жилое помещение, так и целое промышленное предприятие.

Биореактор вырабатывает не только топливо в виде газа, но и ценное удобрение, в основе которого лежит гумус.

Чтобы получить биогаз, органическое сырье нужно поместить в такие условия, в которых быстро смогут развиваться определенные виды микробов.

Производство биогаза из отходов животноводства проходит в 4 этапа, в каждом из которых участвуют разные штаммы микроорганизмов. Примечательно то, что они не нуждаются в кислороде. Однако важно поддерживать оптимальные показатели давления и температуры. Организмы, вырабатывающие метан, хорошо развиваются в условиях давления в 1/20 атмосферного и при температуре в 50 градусов.

Когда сырье будет помещено в биореактор, начнется его активация, на которую может уйти несколько месяцев.

Как только появится газ, это будет означать, что появилось уже достаточное количество микроорганизмов, и примерно через 10 дней в реактор добавляется новое сырье, которое активируется уже гораздо быстрее.

Чтобы поддерживать оптимальные условия, нужно с определённой периодичностью перемешивать сырье. А для сохранения постоянной температуры в 50 градусов придётся применять обычное отопление.

Сырье для производства биогаза

Бытует мнение, что навоз – это лучшее сырье для производства биогаза. Из тонны не содержащего примесей навоза можно получить лишь около 60 куб. м ценного газа. К тому же, именно в навозе присутствует больше всего видов бактерий, способных долгое время поддерживать работу биореактора.

Однако в навоз предварительно можно добавлять отходы садоводства и пищевой промышленности.

Перед тем, как поместить сырье в реактор, его нужно размельчить и разбавить водой.

Что представляет собой биогаз

Но что же такое биогаз и почему он оказывается таким полезным?

Биогаз – это вещество, которое невозможно ни увидеть, ни почувствовать. Оно во многом похоже на обычный природный газ. При его сжигании выделяется большое количество тепла. В этом плане 1 куб. м биогаза эквивалентен 1,5 кг традиционного угля.

Газ, вырабатываемый биореактором, примерно наполовину состоит из метана, хотя точные цифры сильно варьируют. Если метан из отходов попадает в атмосферу, то он наносит ей вред, усиливая парниковый эффект. Но если его специально собирать, а затем использовать в качестве топлива, то он сгорает.

Другое вещество, входящее в состав биогаза – углекислота. Его процент меньше. Перед применением в хозяйстве оно обычно удаляется. Остальные составляющие – водород, сероводород, азот.

Технология получения и производства биогаза из навоза

Производителями биогаза являются анаэробные микроорганизмы, которые разлагают навоз. Чтобы началась переработка навоза в газ, нужно поместить сырье в резервуар, где нет кислорода и некоторое время поддерживать там определенную температуру. Отсутствие кислорода и достаточно теплая окружающая среда – это как раз и есть благоприятные условия для развития нужных микроорганизмов. Так отходы животноводства начнут превращаться в экологически чистое топливо, а также в ценное удобрение.

Принцип работы установки по производству биогаза

Газы, которые образуются микроорганизмами в результате их жизнедеятельности, будучи довольно лёгкими, поднимаются в верхнюю часть метантенка. Оттуда их затем и выкачивают. А в нижней части оказывается остаточный продукт, который как раз можно использовать в качестве удобрения. Этот продукт сохраняет все полезные свойства навоза, так как в нём остаются азот и фосфор.

Но если приобрести подходящий резервуар не так уж и сложно, то с поддержанием постоянной температуры уже могут появиться проблемы. Ведь здесь не обойтись без больших финансовых затрат. Микроорганизмы, которые принимают участие в процессе переработки, начинают действовать лишь при температуре выше 30 градусов. А некоторым видам и вовсе требуется среда, нагретая до 50 градусов.

Примерный выход биогаза

Одна корова за сутки в среднем производит до 40 кг навоза. Если поместить его в биореактор, то микробы выработают примерно 1,5 куб. м топливного газа, а это – 3 кВт/ч электрической энергии.

Этапы получения и переработки отходов

Процесс производства проходит в 4 этапа.

Сначала микроорганизмы перерабатывают высокомолекулярные соединения, превращая их в низкомолекулярные. Полимеры становятся мономерами. Данный процесс протекает довольно медленно, на его скорость во многом влияет кислотно-щелочной баланс среды.
На следующем этапе образуются кислоты. Некоторые молекулы попадают в клетки микроорганизмов, и там продолжается их разложение. Сначала происходит выработка карбоновых кислот, а также некоторых газов: сероводорода, аммиака, углекислого газа.
На третьем этапе образуются вещества, необходимые для появления метана. Это углерод, его двуокись, а также уксусная кислота.
И завершается переработка навоза в биогаз образованием самого метана. При этом появляются и побочные продукты – углекислый газ и вода.

Строительство подземной установки по производству биогаза

Самой главной составляющей установки является метантенк. Так называется емкость, внутри которой и происходят все необходимые химические реакции, способствующие превращению отходов в ценный метан. Для уменьшения затрат на поддержание постоянной температуры эту емкость размещают прямо под землёй. В этом случае тепловая энергия, которая вырабатывается во время реакций, сохраняется надолго, и температура среды составляет около 15 градусов.

Для небольших метантенков, объем которых не превышает 3 куб. м, допускается использование капроновой ёмкости. А для теплоизоляции используют часто применяющиеся в строительстве материалы такие, как минвата и пенополистирол.

Дно ямы, выкопанной для размещения метантенка, покрывают бетонным раствором слоем до 10 см. Бетон нужен для того, чтобы предотвратить выдавливание ёмкости из почвы.

Лучший материал для сооружения больших реакторов – керамзитобетон. Он обладает хорошей прочностью и к тому же, является неплохим теплоизолятором.

Перед тем как начинать заливать стены ямы, необходимо соорудить трубу, через которую будет подаваться смесь. Толщина этой трубы обычно составляет около 30 см. А длина её должна быть такой, чтобы нижний конец располагался на расстоянии примерно 25 см от дна.

В верхней части метантенка находится газгольдер – предназначенная для концентрации газа конструкция в виде конуса или купола. Для изготовления газгольдера могут использоваться обычные металлические листы. Но в некоторых случаях применяют кирпич, который затем обивают металлической сеткой и наносят слой штукатурки.

Из верхней части газгольдера должны выходить две трубки. Одна из них выводит вырабатываемый газ, а через другую откачивается отработанная масса.

Емкость метантенка должна быть надежно закрыта и выдерживать давление в 1/10 атмосферного. Поэтому её стенки изнутри обмазывают битумом, а в верхней части устанавливают герметичную крышку.

Производство биогаза из отходов органики как бизнес

Начать деятельность, имеющую отношение к альтернативным источникам энергии, может даже новичок в сфере бизнеса. Для этого нужно либо иметь собственное фермерское хозяйство, либо начать сотрудничать с фермами и регулярно получать от них навоз. Установкой биореактора можно заняться самостоятельно или обратиться за помощью к профессионалам. После этого останется только наладить сбыт готового альтернативного топлива и удобрений. В этом случае все затраты быстро окупятся и данный бизнес начнет приносить солидный доход. Кроме того, работая в области альтернативных источников энергии, предприниматель будет получать надбавку при реализации электроэнергии на оптовом рынке.

Сфера применения биогаза

Производство биогаза из отходов не только способствует улучшению экологической обстановки, но и значительно сокращает затраты на энергоснабжение. Сфера применения этого газа довольно обширна. Он может быть использован в качестве топлива для автомобиля, для производства электричества, а также для отопления жилых домов и малых промышленных зданий.

6-кубовая биогазовая установка с двумя реакторами — Биогаз

6-кубовая биогазовая установка с двумя реакторами
Состав установки
Размещение установки
Эксплуатация установки
Окупаемость установки

6-кубовая биогазовая установка с двумя реакторами

Состав установки

6-кубовая биогазовая установка состоит из 300 л емкости для подготовки сырья, системы подачи сырья самоналивом, двух последовательно соединенных реакторов по 3 куб.м каждый с системами электроподогрева, перемешивания и утепления, системы слива сырья, газгольдера 1куб.м, газовой системы и блока автоматики.

Размещение установки

Для размещения установки достаточно площадки 6х6 кв.м. Площадку рекомендуется забетонировать. По углам площадки надо поставить столбы, на которых укрепить легкую крышу. От одного из столбов необходимо поднять громоотвод, также изготовить контур заземления. Площадку желательно закрыть ограждением. К площадке необходимо подвести воду и трехфазное электропитание 380В. Провода электропитания должны быть рассчитаны на ток до 25А.

В одном углу площадки надо установить сваренную из металлических уголков площадку высотой около 2,5 м с лесенкой вниз. На площадке будет установлена подготовительная емкость.

В месте установки газгольдера в бетонный пол необходимо вмуровать металлические петли для крепления оси газгольдера.

От подготовительной емкости канализационная труба подходит к нижней части первого реактора. Второй реактор устанавливается рядом с первым и соединен с ним примерно на середине высоты. С нижней части первого и второго реакторов установлены системы слива. В первом реакторе она аварийная, а во втором — штатная. В свободном углу площадки установлен газгольдер. На площадке для подготовки сырья установлен блок автоматики и газовая система.

Эксплуатация установки

Перед первым запуском в оба реактора необходимо залить 4,8 куб.м подготовленной смеси. Для первой заправки желательно присутствие в смеси значительного количества навоза КРС или другого сырья, содержащего анаэробные бактерии. Приготовить смесь можно, пользуясь следующей таблицей:

Экскременты — это смесь навоза и мочи, которая собирается на фермах.

Первая заправка производится порциями примерно по 250 л приготовленной в соответствии с таблицей смеси. После заполнения реакторов включается блок автоматики и начинается разогрев смеси до рабочей температуры. На рабочий режим установка может выйти через неделю после первой заправки.

Первые два полных газгольдера газа необходимо стравить, поскольку в них будет начальный воздух, остававшийся в реакторах и углекислый газ, выделяемый в начале реакции. После этого установка переходит в стандартный режим работы. Биогазом можно пользоваться. Каждый день необходимо после перемешивания содержимого реакторов сливать 240 литров шлама, а взамен заливать 240 литров свежей смеси. Если в газгольдере есть более 240 литров газа, то можно сначала сливать, а потом — заливать. Если газа мало, заливать и сливать надо одновременно.

Для обеспечения биогазовой установки сырьем достаточно 2-3 коров, 25-30 свиней, 450-500 голов птицы. Суточный выход биогаза составит 6,5 куб.м для навоза КРС, 11 куб.м для свиного навоза, 12 куб.м для птичьего помета.

Эти цифры приведены для мезофильного режима работы установки при 35°С. Для термофильного режима работы выход газа увеличится примерно в 2 раза, также в 2 раза ускорится цикл, и, соответственно, ежедневная заправка сырьем возрастет до 480 литров. Но при этом вырастет расход электроэнергии на подогрев реакторов. Если при мезофильном режиме работы такая установка будет потреблять ежемесячно электричества на 5-10 USD, в зависимости от тарифа оплаты, то в термофильном режиме она будет потреблять электроэнергию на 16-32 USD в месяц.

Вырабатываемого количества биогаза будет достаточно для отопления, например, хорошо утепленного частного дома, отапливаемого современным газовым котлом.

Окупаемость установки

6-кубовая биогазовая установка будет вырабатывать 240 л биоудобрений в сутки. В год выход удобрений составит 87,6 тонн, что достаточно для удобрения, например, 218 га пшеницы. Прирост урожайности при этом составит от 10 до 35 дополнительных центнеров с гектара. При минимальной стоимости пшеницы 60 USD за тонну дополнительная прибыль составит более 13000 USD.

Рыночная стоимость тонны таких удобрений составляет примерно 120 USD за тонну. Если организовать сбыт удобрений, то доход составит 10512 USD.

Стоимость такой установки с монтажом и доставкой составляет 9900 USD. Годовые расходы на электроэнегию — максимум 120 USD. Таким образом, в любом случае установка окупается за один сезон.

Поделиться ссылкой:

BioGAS + — BioGAS +

Сделав новый шаг от лаборатории к рынку, с целью сделать нанотехнологии реальными, Applied Nanoparticles SL предоставляет свою запатентованную, зарегистрированную и уникальную добавку микроэлементов для оптимизации продукта анаэробного сбраживания, BioGAS +, который обеспечивает самое высокое улучшение биогаза за всю историю производство, среди многих других отличительных преимуществ.

Что это такое? BioGAS + — первая готовая к применению добавка на основе безопасных и устойчивых инженерных наночастиц (НЧ) на основе железа, направленная на оптимизацию анаэробного пищеварения. процессы, которые увеличивают производство биогаза и концентрацию Ch5.Применено Nanoparticles предлагает добавку микроэлементов BioGAS +, запатентованную и зарегистрированную инновацию, основанную на нанотехнологиях, которая обеспечивает самое высокое улучшение производства биогаза за всю историю.

Как это работает? BioGAS + вносит непосредственный вклад в метаболизм микробов с дозами биодоступного железа, которые им необходимы в каждый момент, для любого микроба и для любого сырье. Смесь (Fe2 + / 3 +) оксида железа в минеральной форме довольно инертна в рабочих условиях, но может обеспечивать биодоступный Fe2 + в ответ на электро-биоминеральные окислительно-восстановительные реакции и экспрессия генов-предшественников сидерофоров.Это смена парадигмы в распространенных решениях по оптимизации производства биогаза.

С BioGAS + компания Applied Nanoparticles открывает эру нано-микробиотехнологий. Безвредные нанокристаллы оксида железа растворяются по требованию метаногенных архей, чтобы повысить их метаболическую активность, увеличивая, таким образом, производство биометана и: увеличение биометана. производство сопровождается стабилизацией процесса и снижением объема и реакционной способности дигестата; конечный дигестат обогащен ионами железа, что является лучшим удобрением.Повышенное анаэробное пищеварение приводит к улучшению санитарных условий и ускорению процесса. Уменьшение пены из-за ее дисперсной природы, поддержание здорового бактериального консорциума, способствует деградация упорных веществ и спасение больных метантенков. Железо также осаждает SH и P и снижает pH.

Биогазовые мастерские для начинающих и строителей

На этих семинарах вы можете узнать, как:

Производство и использование биогаза
Сэкономьте на топливе
Производство и продажа биогазовых котлов
Спасите планету и получите красивые цветы

(Хотите узнать больше о том, чему вы можете научиться на этих семинарах? Перейдите по этой ссылке…)

Ваш браузер не поддерживает видеотег
Дэвид рассказывает о том, как распространение недорогих (полиэтиленовых пакетов) биогазовых реакторов может повлиять на глобальную бедность и изменение климата.Биогаз является мощным катализатором, предоставляя преимущества, которые люди могут использовать для улучшения своих условий, помощи своей семье и деревне и избежать худшего. последствия их бедности.
Когда следующий?
На данный момент семинар не запланирован (весна 2020 г.), но вы можете если вы заинтересованы в проведении семинара, или вы можете подписаться на нашу редкую, информативную сообщения электронной почты, справа и ближе внизу…
Мастерская по биогазу для начинающих:
Суббота, 15 июня 2019 г. (9 утра) до
Воскресенье, 16 июня (16:00)
Чапел-Хилл, Северная Каролина
Сайлер-Сити, Северная Каролина
Строительный цех Биогаз:

Понедельник, 17 июня 2019 г. (9 утра) до
Пятница, 21 июня (16:00)
Siler City, NC
Начинающий Адрес мастерской :
Ecoheal, в Чапел-Хилл.
Ecoheal неожиданно решил навсегда закрой двери… Поэтому мастер-класс выходного дня также пройдет в Силер-Сити.См. Адрес и другие подобные сведения ниже.
$ Описание Покупка!
$ 200
Мастерская по биогазу для новичков это двухдневный семинар. В первый день (суббота) вы узнаете « Все о биогазе… ».Вы получите четкое представление о том, как делать и использовать биогаз. (Вы? Мгновенный эксперт!) Биогазовые реакторы принимают пищевые отходы и другие материалы, действует мощно против глобальное изменение климата и высвобождение энергии, заключенной в углеродных связях пищи, как прекрасное, горючий метан. Спасти планету! Сделайте биогаз!
В воскресенье команды из 2-3 участников получат практический опыт создания собственного очень недорогого (25 долларов США) варочного котла для пластиковых пакетов.
Мы думаем, что вы можете использовать эту конструкцию варочного котла, чтобы лично «Углеродно-отрицательный» (см. Ссылку выше) и для развития нового зеленого бизнеса.
Все, кто придет, уйдут с копией Полного Справочник по биогазу, и — компакт-диск, полный авторитетных статей о биогазе, прошедших экспертную оценку.
Мы предлагаем биогазовые мастерские с 2011 года по всей территории США, включая Гавайи, и даже в Австралии.Среди участников были обычные граждане, эксперты в области возобновляемых источников энергии и даже профессионалы в области биогаза, и в анонимных отзывах формы, предоставленные в конце этих семинаров, практически все выразили свой энтузиазм по поводу того, что они узнали и испытали.
Приобретите место, нажав кнопку « Зарегистрироваться! ”просто вверху и вправо.
Семинар рассчитан на 35 участников.Будь один.
Приходите с вопросами: у нас есть ответы.
(Этот семинар будет , за ним будет 5-дневная Мастерская Строителя). где мы будем строить [The_Cube]. Это весьма захватывающе! Смотрите чуть ниже!)
$ Описание Покупка!
600 долларов США
Биогазовая мастерская Строителя предназначена для тех, кто хочет научись строить [The_Cube] (pdf), инновационный, недорогой (~ 750 долларов США в стоимости материалов), полностью изолированный, прохладный климат (для США) маленький (1.3 м ³) биогазовый реактор. Этот семинар рассчитан на пять дней, но на самом деле это семинар , семь, , поскольку все участники семинара должны посетить семинар для начинающих по биогазу в субботу и воскресенье, чтобы убедиться, что у них есть прочная основа в основах биогаза. ( Обратите внимание, что стоимость Строителя Семинар включает двухдневный семинар для начинающих .) Без знаний, предложенных в первом семинар, научная основа для проектирования биогазовых реакторов в целом и для [The_Cube] в частности, может быть неясной.
Поскольку Пауэлл Эйкрес находится немного в стороне от проторенных дорог, были приняты меры для всех, кто доволен со спальником, чтобы было теплое место для сна. (Пожалуйста, принесите свою сумку или постельное белье и подушку.) Это снизит расходы для тех участников, которые желаете воспользоваться этой возможностью. В стоимость семинара входит легкий завтрак и обед. Ужин будет доступен по номинальной стоимости в любой кто хочет поесть с нами. (Обязательно сообщите нам, есть ли у вас какие-либо диетические ограничения.)
Приобретите место, нажав кнопку « Зарегистрироваться! ”просто вверху и вправо.
Семинар рассчитан на 15 участников. Будь один.

Мастерская: Дата неизвестна, но скоро …
Рядом с вами!
Где вы находитесь,
в любой точке мира
если вы это устроите…
Стоимость? По договоренности.
(Регистрация на этот семинар еще не открыта. Но могло быть! Так что свяжитесь нас!) (А как здорово было бы иметь мастерскую и построить большой (маленький) варочный котел, а?)
Что это за мастерские?
Биогаз — отличное, полностью натуральное альтернативное топливо, которое можно получить в процессе компостирования, используя практически все когда-то он был жив, чтобы производить горючий газ.(Это действительно почти волшебство. Честно говоря. Биогаз удивляет .) Хотите узнать, как производить биогаз? Что его производит и как его использовать? Как сделать действительно дешево, практично варочные котлы? Посетите мастер-класс!
Наши мастерские предоставляют полную информацию о том, как понять, успешно производить и правильно использовать биогаз (первый день), предложить лучшую информацию на планете о том, как сделать больше чем четыре типовых исполнения для биогазовых метантенков. Речь идет не только о небольших варочных котлах: вы также узнаете много нового о инструменты и методы, необходимые для создания больших варочных котлов.В довершение всего, на наших семинарах теперь есть полная информация о как сделать простые, эффективные, недорогие варочные котлы , пригодные для работы в США, холодные погодные условия (второй день и далее: практическое применение!).
Несколько дней наполнены легко усваиваемой информацией, с юмором и энергией преподнесенной автором наиболее рецензируемых, самых всеобъемлющая книга по биогазу как минимум на одной планете. И обратите внимание, что с момента написания книги мы узнали намного больше , поэтому значительная часть информации, представленной на этом семинаре, — это , а не в The Complete Справочник по биогазу.(Да, да, согласен: это, конечно, означает, что не «Полный» , но называя его «почти почти полностью готовым биогазом» Справочник просто не казался такой хорошей идеей …)
Кто будет представлять?
David House является автором The Complete Biogas Handbook, читал лекции и преподавал различные предметы в более чем 20 странах мира. (Более подробную информацию о Дэвиде можно найти здесь.)
Подробнее о биогазе
Биогаз — это природное топливо, пригодное для питания печей, освещения, холодильники и все, что может приводить в действие природный газ или пропан.Это газ, почти полностью состоящий из CO ₂ (диоксид углерода) и метана (CH ₄), произведенные в процессе компостирования, без доступа воздуха: анаэробные Пищеварение .
Практически все, что когда-то было живым, может производить биогаз, но растения обеспечивают намного больше биогаза, чем навоза, фунт за фунтом. (Хотите узнать больше? купи книгу, эй….)
Кратко: Биогаз? Что ж…
Все просто
Можно действительно построить биогазовый «варочный котел» недорого
И он предлагает гораздо больше энергии на единицу земли, чем этанол или биодизель.
(Честное доказательство? См. Диаграмму и ссылки ниже.)
Компостирование
процесс Результат
Тепло Метан Ячейка
рост
Аэробный
(с O2) 40% ~ нет 60%
Анаэробный
(без O2) ~ нет 90% 10%
Как вы, возможно, знаете, правильно построенная обычная (аэробная) компостная куча будет становятся очень горячими (иногда до 150–70 ° C).Так много кинетической энергия (движется; трудно уловить и использовать) выделяется при пробое компостных материалов! Много, да, но больше чем вдвое сумма энергия в этом кинетическом тепле выделяется как потенциальная энергия (накопленная; легко захватить и использовать) в связях молекулы метана в биогазе.
(Посмотрите на диаграмму справа. Вы увидите, что 90% — это более чем вдвое больше 40% .)
Сколько энергии? Что ж, многие исследования показывают, что при преобразовании растительного вещества из данной единицы земля в биогаз vs.этанол или биодизель, биогаз — крупный выигрыш конкурса, предлагая (например) в восемь раз больше чистой энергии этанола. (Он предлагает более низкие выбросы парниковых газов, чем этанол или биодизель. также.) Например:
(Выше показаны данные из Исследование Роджера Самсона и его коллег 2009 г.)
Итак, если вы придете на семинар, вы узнаете практически все, что вам нужно знать о биогазе, чтобы иметь возможность его производить и использовать. и вам будут предоставлены ресурсы для постройки любого из нескольких различных типов биогазовых реакторов.
Хотите всего этого, с точки зрения биогаза? Вот. Приди и возьми.
Биогаз, биодизель и биоэтанол как многофункциональные возобновляемые виды топлива и сырья
1. Введение
В двадцатом веке мировая экономика в основном базировалась на бензине как на источнике энергии и сырье для химической продукции. Энергопотребление неуклонно росло на протяжении последнего столетия из-за роста мирового населения и развития технического прогресса. Огромный экономический рост в мировом масштабе в прошлом веке привел к широкому использованию ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ.
Поводом для беспокойства было широкое использование ископаемого топлива, которое образовывалось и хранилось под землей в течение миллионов лет. Это сделало невозможным для нынешней растительности на Земле обрабатывать выделяемый углекислый газ путем фотосинтеза. Результатом стал парниковый эффект с последующими изменениями климата. Изменения климата, связанные с увеличением выбросов парниковых газов, вынудили человечество разработать альтернативные источники энергии, одним из которых является биомасса, свежая или остаточная.
Еще одна причина, по которой человечество обращается к возобновляемым источникам энергии, — это озабоченность истощением общих запасов нефти [1], потому что восемь великих экономик (кроме Бразилии) и многие другие страны зависят от нефти, последствия неадекватной доступности нефти может быть серьезным.Следовательно, есть большие стимулы для изучения альтернативных источников энергии.
Один из способов справиться с этой глобальной проблемой — замкнуть углеродный цикл в природе за счет использования возобновляемых видов топлива, позволяющих рециркулировать источники биологического происхождения путем производства энергии и потреблять образующийся углерод путем фотосинтеза. Такое биотопливо представляет собой биогаз (смесь метана и диоксида углерода), генерируемый анаэробным перевариванием органических отходов, этанол, полученный путем ферментации углеводов, и биодизельное топливо, полученное путем переэтерификации липидов.
Главной особенностью этих подходов является использование органических отходов в качестве энергии, что приводит к многочисленным выгодам для окружающей среды: переработка отходов с производством энергии, закрытие цикла естественного углерода и экономия ископаемого топлива. Более того, существуют варианты использования биотоплива, его производных и остатков в качестве источников для химического производства.
2. Биогаз
Анаэробное сбраживание органических отходов — широко распространенный в природе процесс. Огромное количество природного газа, собираемого под землей, образуется в результате этого процесса в течение миллионов лет.В результате получается газ, содержащий около 95% метана с некоторыми загрязнениями. В настоящее время этот процесс используется для обработки сельскохозяйственных отходов с получением биогаза с удовлетворительной тепловой мощностью. Биогаз представляет собой смесь метана и диоксида углерода с некоторыми загрязнениями сероводорода, меркаптанов, этана и т. Д. Содержание метана варьируется от 55 до 90% по объему в зависимости от природы и содержания субстрата, метода переваривания и т. Д. менее 50% метана не горюч.
Биогаз широко распространен в странах с развитым сельским хозяйством (например, в Индии, Китае, Бразилии и т. Д.).), являясь дешевым и экологически чистым вариантом для одновременного решения проблем обращения с отходами и энергопотребления. Анаэробное сбраживание также является удобной технологией для утилизации активного ила и обработки отходов в пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности, при обработке бытовых отходов и т. Д.
Анаэробное сбраживание с производством биогаза представляет собой сложный процесс последовательного гидролиза органических макромолекул ( углеводы и белки) до олигосахаридов и пептидов, ацидогенез до летучих жирных кислот (в основном муравьиная, уксусная и пропионовая), ацетогенез и метаногенез [2].Общий процесс показан на схеме на рисунке 1.
Рисунок 1.
Четыре этапа производства биогаза [2].
Общая химическая реакция, описывающая первую стадию, т. Е. Гидролиз:
(C6h20O4) n + 2nh3O → nC6h22O6 + 2nh3E1
На второй стадии ацидогенные бактерии превращают продукты гидролиза в простые органические соединения, в основном карбоновые с короткой цепью. кислоты, кетоны и спирты.
Химические реакции показаны ниже. Параллельно глюкоза превращается в этанол и пропионовую кислоту:
C6h22O6↔2Ch4Ch3OH + 2CO2E2C6h22O6 + 2h3↔2Ch4Ch3COOH + 2h3OE3
Ацетогенные реакции:
Ch4Ch3COO− + 3CO3O + 2HCOO2 + 3H2COO2 + H2CO3 + H2COO2 + 3H2COO + 3h2COO + 3h2COO− + 3H3COO 4h3E5Ch4Ch3OH + 2h3O↔Ch4COO− + 2h3 + H + E62HCO3− + 4h3 + H + ↔Ch4COO− + 4h3OE7
На последнем этапе метаногенные бактерии превращают уксусную кислоту в CH ₄ и CO _{2: 9 параллельно. Путь производства метана за счет уменьшения углекислого газа в результате разложения муравьиной кислоты:}
Активность переваривающих бактерий и производство газа биогазом является наиболее быстрым в двух диапазонах температур: от 29 ° C до 41 ° C (ферментация известна как мезофильная ) или от 49 ° C до 60 ° C (термофильный диапазон).Мезофильный режим между 32 ° C и 35 ° C более надежен для стабильного и непрерывного производства метана. Биогаз, произведенный за пределами этого диапазона температур, богат углекислым газом, он не горючий и поэтому не имеет теплотворной способности. Термофильный режим дает более высокий выход биогаза, но с меньшей полезной энергоэффективностью из-за потерь энергии на поддержание высокой температуры.
Различные метаногенные штаммы ответственны за эти параллельные и конкурентные процессы.Бактерии из рода Methanosarcina способны расти во время катаболизма ацетата до CO ₂ и CH ₄ [3], тогда как штаммы Methanobacterium и Methanobrevibacter превращают диоксид углерода путем восстановления водорода в метан. [4–8].
Баланс между декарбоксилированием уксусной кислоты и восстановлением диоксида углерода важен для содержания метана в получаемом биогазе. Если происходит только декарбоксилирование уксусной кислоты, содержание метана будет только 50%.Высокое содержание метана в биогазе означает, что преобладает сокращение углекислого газа.
В любом случае, все метаногенные штаммы жизненно важны в нейтральной среде, то есть при значениях pH от 6 до 8. Большие отклонения либо в кислой, либо в щелочной области приводят к сильному ингибированию и даже к смерти. Ацидогенез — один из неизбежных этапов производства биогаза. С одной стороны, метаногенезу способствует образование жирных кислот, но, с другой стороны, он может сильно подавляться их накоплением из-за падения pH.В таких случаях добываемый газ очень богат углекислым газом и не является горючим. Вот почему нужно быть очень осторожным в стратегии кормления по субстрату, а также в выборе биореактора и организации потока.
Одним из подходящих способов минимизировать влияние накопления кислоты на образование биогаза является пространственное распределение последовательных процессов образования биогаза и их одновременное выполнение. Такая конструкция представляет собой биореактор с перегородками, разделенный на последовательные отсеки, питаемые с одного конца с выходом с другого, ср.Рис. 2. Известно, что такие реакторы устойчивы к нарушениям подачи, колебаниям pH, колебаниям температуры и т. Д. [9].
Рисунок 2.
Многоступенчатый биореактор для производства биогаза.
Основным преимуществом этого типа реактора в рассматриваемом случае является распределение различных последовательных процессов (гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза) в разных отсеках реактора. Из-за односторонней подачи промежуточные продукты в одном отсеке переходили в качестве субстрата в следующий.Благодаря такой организации питания спонтанно культивируются разные бактерии, специализирующиеся на трансформации различных промежуточных продуктов общего метаногенеза.
Имеются успешные применения такого биореактора для производства биогаза из барды от дистилляции этанола в качестве сырья [10]. Промежуточный профиль и микробиологическое распределение в восьмикамерном биореакторе для этого процесса проиллюстрированы на рисунке 3 экспериментальными данными автора. Уксусная и пропионовая кислоты преобладают в первых трех компартментах, где присутствуют восстанавливающие сахара, из-за гидролиза углеводов.Очевидно, что первые три стадии производства биогаза, то есть гидролиз, ацидогенез и ацетогенез, преимущественно происходят в первых трех отсеках, где присутствуют сахара и концентрация метаногенных бактерий очень низкая или незначительная. В следующих отсеках 5–7 преобладает метаногенез, что соответствует очень низкой концентрации кислоты. В отсеке 8 мало метаногенных бактерий, что соответствует незначительной концентрации кислоты. Производительность биогаза для этих экспериментов составляла ок.4 об. Биогаза / об. Реактор / сутки.
Рис. 3.
Кислотные и микробные профили по отсекам биореактора (собственные данные).
Биогаз, произведенный анаэробным сбраживанием, находит применение в различных областях. Во-первых, его можно было использовать непосредственно для обогрева. Затем, после некоторой обработки для удаления диоксида углерода и серосодержащих соединений, биогаз может частично заменить природный газ для местных нужд. Этот биогаз может подаваться непосредственно по трубопроводам, он может использоваться для общественного транспорта и для производства электроэнергии путем когенерации.
Еще одно перспективное применение — прямое производство электроэнергии в топливных элементах [11]. С этой целью биогаз следует очищать от углекислого газа и соединений серы, а затем очищенный метан можно подавать в твердооксидные топливные элементы (SOFC) и топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC). В этом случае метан непосредственно превращается в водород и монооксид углерода под действием катализатора в анодном пространстве. Другой подход заключается в преобразовании метана в монооксид углерода путем парового риформинга (SR) или частичного окислительного риформинга (POX) с последующей реакцией конверсии водяного газа для выделения водорода, подаваемого в топливный элемент:
2.1. Биогаз как источник органического топлива
В некоторых работах утверждается, что биогаз используется в качестве источника для производства другого органического топлива путем каталитического автотермического риформинга [12, 13]. Другой подход заключается в использовании биогаза, представляющего собой смесь метана и диоксида углерода, для производства синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода) [14]:
Кроме того, синтез-газ может быть преобразован в легкие углеводороды с помощью процесса Фишера-Тропша.
3. Биодизель
Биодизель состоит из метиловых или этиловых эфиров жирных кислот, полученных переэтерификацией природных липидов.В качестве сырья используются различные натуральные жиры, а именно рапс, соя, переработанное остаточное подсолнечное масло, животные жиры и некоторые виды водорослей. Последние привлекательны тем, что они могут утилизировать углекислый газ из дымовых газов путем фотосинтеза, тем самым снижая выбросы парниковых газов [15].
Энергетическая ценность биодизеля находится в пределах от 37 до 40 МДж / л по сравнению с 46 МДж / л у традиционного дизельного топлива. Биодизель не содержит соединений серы.
Идея использования растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей насчитывает более 100 лет [16, 17].Как раз в 1970-х годах бензиновый кризис и возросшее экологическое сознание в современных обществах привели к вторичному открытию этой возможной альтернативы ископаемым видам топлива на углеводородной основе. Однако прямое использование растительного масла в качестве топлива неудобно из-за его очень высокой вязкости, высокой температуры воспламенения, тенденции к полимеризации и т.д., что приводит к повреждению двигателя [18].
Переэтерификация низкими спиртами — лучшая модификация натурального масла для биодизельного топлива.
Сегодня биодизель используется в коммерческих целях во всем мире. Он используется в качестве единственного топлива или в смеси с традиционным дизельным топливом (30–36%).
Биодизель производится в Европейском Союзе с 1992 года. Мировое производство достигло 3,8 млн тонн в 2005 году, а в 2007 году — только в США 3,7 млн тонн. Общее мировое производство на 2016 год составляет около 15 млн тонн.
3.1. Преимущества использования биодизеля
Биодизель не содержит серы и ароматических соединений, а его использование в обычных двигателях приводит к снижению выбросов несгоревших углеводородов и окиси углерода.Сравнение выбросов в результате использования биодизеля и традиционного дизельного топлива показано в таблице 1.
6 900 Мелкодисперсные частицы
Тип выбросов Биодизель Традиционное дизельное топливо
(% от стандартов ЕС с 1993 г. )
Окись углерода 60 180
Углеводороды всего 90 150
Оксиды азота 65 60
Таблица 1.
Сравнение выбросов биодизеля и обычного дизельного топлива [19].
3.2. Проблемы при производстве и использовании биодизеля
Основным недостатком при производстве и использовании биодизеля является неопределенная стандартизация в зависимости от источника липидов. Он отражает различное цетановое число и переменную температуру желатинизации в зависимости от эфиров и типа сырья.
Другой серьезной проблемой является неочищенный глицерин, который выделяется как побочный продукт после переэтерификации липидов.Его количество составляет около 10% от субстрата и почти равно используемому метанолу. Этот остаточный глицерин загрязнен гидроксидом калия, водой, некоторыми непрореагировавшими липидами, некоторыми мылами, а также моноглицеридами и диглицеридами. Низкое качество этого продукта делает невозможным непосредственное практическое применение.
При условии, что годовое мировое производство биодизеля составляет около 15 млн метрических тонн, можно было бы ожидать, что будет выпущено 1,5 млн метрических тонн сырого глицерина. Это огромная сумма, и она требует ее применения и обработки.
Чистый глицерин имеет различные практические применения, но его вряд ли можно заменить остаточным сырым глицерином после производства биодизеля. Поэтому следует искать новое приложение.
Недавние исследования показывают возможность использования сырого глицерина в качестве синтез-газа путем парового риформинга [20–22], ср. Уравнение (9). Предлагаются и другие применения, например, производство водорода путем фотоферментации [23, 24] или в качестве топлива в топливных элементах и микробных топливных элементах [25, 26]. Однако в этих случаях загрязнение метанолом не рекомендуется [27, 28].
3.3. Использование глицерина для производства водорода и других химикатов
Большое количество остаточного сырого глицерина побудило к поиску способов одновременной обработки отходов и поиска новых применений в качестве сырья, альтернативного бензину для традиционного органического синтеза [29–31]. Такие усилия направлены на производство химических веществ, имеющих широкое промышленное значение, например полиолов в качестве прекурсоров пластмасс (2,3-бутандиол, 1,3-пропандиол) [32–35], пропионовой кислоты [36, 37], янтарной кислоты [ 38] или углеводородов путем каталитического риформинга [39], для эпихлоргидрина, некоторых простых эфиров [40], сложных полиэфиров и т. Д.
Среди потенциальных применений отработанного глицерина — производство биоразлагаемых полимеров для упаковки [31, 32, 41, 42], в качестве антифриза [43] в качестве субстрата для микробного синтеза и т. Д. Неочищенный глицерин использовался в качестве источника углерода в питательные среды для производства биополимеров видами Bacillus и Pseudomonas [44–46].
3.4. Микробное превращение глицерина в химические продукты
Бактерия Rhodopseudomonas palustris способна к фотоферментативному превращению сырого глицерина в водород [23].Скорость превращения и выходы зависят от концентраций добавленных азотсодержащих соединений. Более высокие выходы водорода, а также этанола зарегистрированы при использовании Enterobacter aerogenes HU-101 [47]. Есть работы по производству различных химикатов из глицерина в микробных процессах. Различные бактерии (из родов Klebsiella, Clostridium и Enterobacter ) способны преобразовывать глицерин, производя основные химические вещества, отличающиеся промежуточными реакциями и продуктами [30].Метаболический путь превращения глицерина бактериями из рода Klebsiella был предложен и обсужден Saxena et al. [48] и Zhang et al. [49]. Это показано на фиг. 4. Видно, что два диола (1,3-пропандиол и 2,3-бутандиол) производятся двумя конкурирующими механизмами. Эти два диола представляют интерес как предшественники для производства полимеров, например полипропилена и бутадиена. Помимо янтарной и молочной кислот производятся также этанол.
Рис. 4.
Метаболический путь переваривания глицерина бактериями из рода Klebsiella [48, 49].
Исследования превращения глицерина в метаболизме бактерий рода Clostridium показывают аналогичные процессы, как и в предыдущем случае [50–52]. На заводе Clostridium производится в основном 1,3-пропандиол, органические кислоты (муравьиная, уксусная, масляная и молочная), а также н-бутанол.
Кроме того, производятся муравьиная и уксусная кислоты. Эти две карбоновые кислоты очень важны для последующего производства биогаза, представляющего собой смесь метана и диоксида углерода.
Исследования метаболизма бактерий Enterobacter показывают преимущественное образование этанола и водорода [53–55].
3.5. Глицерин для производства биогаза
Микробиологическое производство уксусной и муравьиной кислот из глицерина представляет интерес с точки зрения взаимосвязи производства биогаза путем анаэробного сбраживания. Два основных пути производства биогаза метаногенными бактериями основаны на декарбоксилировании ацетата или восстановлении диоксида углерода водородом, которые образуются при разложении муравьиной кислоты, ср.Уравнения. (8) и (10).
Превращение глицерина в биогаз путем анаэробной ферментации является интересным вариантом для производства возобновляемой энергии вместе с переработкой глицерина в отходах [56–58]. Сообщается, что глицерин значительно усиливает образование биогаза правильно подобранной микробной популяцией [59]. Также существует множество исследований влияния глицерина на выход биогаза из различных субстратов, таких как навоз крупного рогатого скота [60–62], навоз свиней [57, 62, 63], активный ил [64–66], а также более сложных смеси целлюлозы и бытовых отходов [57, 58, 67].
В любом случае результатом является значительное увеличение выхода биогаза с 180 до 400% по сравнению с эталонным субстратом. Однако обычно количество добавляемого глицерина ограничивается 1–4% масс. от основного субстрата. Добавление большего количества глицерина приводит к сильному закислению бульона и угнетению метаногенеза [39, 56]. Это означает, что в качестве биогаза нельзя использовать значительные количества сырого глицерина.
Однако недавно было сообщено, что сырой глицерин может служить единственным субстратом для производства биогаза с довольно высоким выходом, т.е.е., 0,345 л биогаза / г ХПК [68].
Для достижения максимально эффективного производства биогаза изучаются различные схемы подачи биореактора, а также выбор конструкции реактора, организации потока и т. Д.
4. Этанол
Этанол — возобновляемый источник энергии, производимый путем ферментации сахаров. Этанол широко используется в качестве частичной замены бензина во всем мире. Топливный этанол, производимый из кукурузы, использовался в бензине или кислородсодержащем топливе с 1980-х годов.Эти бензиновые топлива содержат до 10% этанола по объему. В результате транспортный сектор США теперь потребляет около 4540 миллионов литров этанола ежегодно, что составляет около 1% от общего потребления бензина. Недавно производители автомобилей США объявили о планах по производству значительного количества автомобилей с гибким топливом, которые могут использовать смесь этанола с 85% этанола и 15% бензина по объему — отдельно или в сочетании с бензином. Использование топлива на основе этанола для автомобилей может значительно снизить потребление нефти и выбросы парниковых газов.
Этанол также является более безопасной альтернативой метил-трет-бутиловому эфиру (МТБЭ), наиболее распространенной присадке к бензину, используемой для обеспечения более чистого сгорания.
Однако стоимость этанола как источника энергии относительно высока по сравнению с ископаемым топливом. Резкое увеличение производства этанола с использованием нынешней технологии на основе кукурузного крахмала (или других зерновых) может оказаться непрактичным для малых стран, поскольку производство кукурузы для производства этанола будет конкурировать за ограниченные сельскохозяйственные земли, необходимые для производства продуктов питания и кормов.Дополнительным недостатком является рост цен на зерновые, широко используемые в качестве субстрата для производства этанола путем ферментации из-за повышенного спроса, что ставит страны третьего мира в невыгодное положение.
Альтернативным потенциальным источником недорогого производства этанола является использование лигноцеллюлозной биомассы (LCB), такой как солома, стебли, початки, трава, опилки, древесная щепа и отходы лесного хозяйства. Этот подход известен как производство этанола «второго поколения». За последние два десятилетия были завершены обширные исследования по превращению лиго-целлюлозы в этанол [69–74].
Конверсия включает два основных этапа: предварительная обработка с гидролизом целлюлозы в LCB до сбраживаемых редуцирующих сахаров и ферментация сахаров до этанола [75].
Целью предварительной обработки является удаление лигнина и гемицеллюлозы, снижение кристалличности целлюлозы и увеличение пористости материалов. Для предварительной обработки LCB использовались физические, физико-химические, химические и биологические процессы. Гидролиз обычно катализируется целлюлолитическими ферментами, а ферментация осуществляется дрожжами или бактериями.Факторы, которые, как было установлено, влияют на гидролиз целлюлозы, включают пористость (доступную площадь поверхности) отходов, кристалличность целлюлозного волокна и содержание лигнина и гемицеллюлозы [2, 75]. Присутствие лигнина и гемицеллюлозы препятствует доступу целлюлаз к целлюлозе, тем самым снижая эффективность гидролиза. Удаление лигнина и гемицеллюлозы, снижение кристалличности целлюлозы и увеличение пористости в процессах предварительной обработки может значительно улучшить гидролиз [76, 77].
Еще одним недостатком ферментативного гидролиза целлюлозы является сильное ингибирование глюкозы продуктом и, следовательно, низкие концентрации продукта и низкая скорость процесса. Более простой, но не экологически чистый способ — кислотный гидролиз серной кислотой [78]. В этом случае образуются более высокие концентрации сбраживаемых сахаров и олигосахаридов. Обычный подход заключается в использовании двухступенчатого гидролиза разбавленной кислотой, при котором гемицеллюлоза гидролизуется до ксилозы и извлекается на первой стадии, а более интенсивный гидролиз второй стадии используется для превращения целлюлозы в глюкозу [79].
Было предложено несколько различных организмов для превращения ферментирующих сахаров в этанол. Наиболее распространенными из них являются дрожжи Saccharomyces cerevisiae из-за их высокой скорости роста и высокой толерантности к этанолу, до 23% [80, 81]. Попытки использовать термостабильные дрожжи показали, что они страдают низкой толерантностью к этанолу [82].
Было показано, что бактерия Zymomonas mobilis производит более высокие выходы этанола, но с более низкой толерантностью к этанолу [82].
По окончании ферментации «пиво», содержащее 2–12% этанола, подвергается дистилляции для получения азеотропной смеси 96% (об.) Этанола и 4% воды. Эта смесь не подходит для смешивания с бензином для отделения воды, особенно при низких температурах. Поэтому требуется дополнительная сушка для достижения содержания воды менее 1%.
Классические методы — это экстракционная дистилляция с добавлением растворителей, таких как бензол, циклогексан или эфир, для разрушения азеотропа.
Наиболее предпочтительной является технология сушки на молекулярном сите, при которой азеотроп пропускают через слой синтетического цеолита с порами одинакового размера, которые предпочтительно адсорбируют молекулы воды. После того, как слой становится насыщенным, его регенерируют путем нагревания или вакуумирования слоя для удаления адсорбированной воды. Наиболее эффективной технологией является процесс парофазной адсорбции на молекулярных ситах с «переменным давлением» [83]. В настоящее время этот процесс предпочтительнее классической экстрактивной дистилляции из-за чистого процесса и отсутствия побочных химических продуктов из-за экстракции и дистилляции.
Решаемой проблемой является обработка барды. Бардак — это отходы перегонки этанола, он содержит много остатков целлюлозы, неферментированных олигосахаридов, белков и т. Д., При этом ХПК достигает 70 кг / м ³. Количество барды составляет от 1 л / кг сырья для зерновых до 20 л / кг для целлюлозного субстрата из хвойных пород.
Есть разные способы обращения с этими отходами. Один из них — использовать его в качестве корма для животных после выпаривания и концентрирования.Другой вариант — использовать его в качестве субстрата для производства одноклеточного белка с последующим использованием в качестве корма для животных. Самый простой и понятный метод — использовать барду для производства биогаза путем анаэробного сбраживания [84, 85]. Согласно нашему опыту, производимый биогаз содержит более 70% (об.) Метана. ХПК была снижена с 70 до 1 г / л (эффективность более 98%), и после некоторой дополнительной очистки сточные воды можно было безопасно сбрасывать или использовать для орошения.
Существует относительно новое предложение по консолидированной биопереработке (CBP) линго-целлюлозных материалов, заключающееся в производстве целлюлазы, гидролизе субстрата и ферментации, выполняемых целлюлолитическими микробами в одном процессе [86].
CBP предлагает потенциал для более низких затрат на производство биотоплива за счет более простой обработки субстрата, низких энергозатрат и более высокой эффективности преобразования по сравнению с отдельными процессами гидролиза и ферментации. Это экономически привлекательная цель для производства биотоплива «третьего поколения».
4.1. Применение этанола в качестве топлива и сырья
Использование этанола в качестве топлива зависит от цен на нефть на мировом рынке и местных правил в различных штатах.Однако есть и другие варианты использования «биоэтанола» в качестве субстрата и сырья для химических целей. Помимо хорошо известных применений в качестве товарного продукта, химического реагента и растворителя, этанол может служить источником производства водорода путем парового риформинга [87, 88] или химических продуктов, таких как этилацетат [89, 90].
4.2. Проблемы и недостатки
Основные проблемы, связанные с производством этанола для топливных целей, связаны либо с экономической, либо с экологической точки зрения.Экономические проблемы связаны с ценами на зерновые, которые конкурируют с их применением в качестве продуктов питания. Следовательно, широкое использование зерновых в промышленных или топливных целях может быть неблагоприятным для их пищевых нужд. Далее, потребность в новых площадях для выращивания сельскохозяйственных культур может привести к обезлесению и нарушению биоразнообразия и экологического баланса.
Использование сырья второго поколения для производства этанола (отходы на основе целлюлозы) ограничено по экологическим причинам. Не все отходы линго-целлюлозной биомассы можно безопасно преобразовать в этанол без нарушения естественных экологических процессов.Широкое использование жаргонной целлюлозы для производства этанола может привести к вырубке лесов и угрозе биоразнообразию на большой площади земли. Вот почему принятие решения о размере и скорости использования лигоцеллюлозных отходов для этой и для любых других целей должно быть очень осторожным, после точного и тщательного анализа окружающей среды.
5. Утилизация диоксида углерода
К сожалению, каждый из описанных процессов утилизации биомассы заканчивается неизбежным выделением диоксида углерода в результате сгорания топлива.Кроме того, для выращивания сельскохозяйственных культур в промышленных масштабах требуются значительные затраты энергии, чаще всего получаемой из топлива на масляной основе. Вот почему использование и преобразование абиотического диоксида углерода является важной задачей для будущих исследований и технологий возобновляемых видов топлива на основе биомассы. Для решения этой задачи существует две тенденции: использование фотосинтеза растительностью и переработка биомассы путем химического или электрохимического восстановления в органическое топливо, такое как метан.
Первый — пропускать дымовые газы, содержащие углекислый газ, через парниковую зону, где обитают водоросли, способные производить липиды и другие органические вещества, являющиеся биотопливом.Водоросли можно выращивать в открытых водоемах, системах замкнутого цикла и фотобиореакторах. Водоросли способны давать гораздо более высокие урожаи при меньших затратах ресурсов, чем другие виды сырья, поэтому они перемещены в отдельную категорию. Следующие виды биотоплива могут быть произведены из водорослей: биодизель, бутанол, бензин, метан, этанол и керосин [91, 92].
Есть некоторые проблемы, связанные с эффективностью фотосинтеза для промышленных целей, степенью использования углекислого газа и т. Д. Еще один недостаток водорослей состоит в том, что биотопливо, произведенное из них, менее химически стабильно, чем биодизель, произведенный из других источников, поскольку биотопливо имеет ненасыщенные связей в их молекулах, и они подвергаются самопроизвольной полимеризации.
Другой подход заключается в использовании диоксида углерода в качестве сырья для различных химических продуктов, таких как простые эфиры, диметилкарбонат, в качестве антидетонационной добавки, мономеров для производства пластмасс, ацилкарбонатов [93]. Все эти продукты в настоящее время производятся из бензина, и поэтому переработка углекислого газа важна для выбросов парниковых газов, но также и для сокращения использования нефти в целом.
С другой стороны, углекислый газ — незаменимый инструмент для сверхкритического извлечения биологически активных и термо-нестабильных веществ из
О биогазе и биометане | Европейская биогазовая ассоциация
Европа сегодня является крупнейшим производителем биогаза.Производство биогаза — это процесс микробиологической ферментации, в котором сложные молекулы органического вещества расщепляются на более простые молекулы, такие как спирт, диоксид углерода _, и метан в отсутствие кислорода. Этот естественный процесс, также называемый анаэробным сбраживанием, используется во многих сферах, таких как ферментация хлеба или пивоварение. Результатом этого процесса является возобновляемый газ, который может обеспечивать тепло, электроэнергию и топливо для наших автомобилей, одновременно защищая окружающую среду и способствуя развитию сельских районов.
Возобновляемый, гибкий, способствующий декарбонизации
Биогаз производится в основном из органических остатков и состоит из 45 — 85 об.% Метана (CH ₄) и 25 — 50 об.% Диоксида углерода (CO ₂). Как и другие возобновляемые источники энергии, биогаз может способствовать сокращению выбросов парниковых газов в различных секторах. Его можно использовать для производства электроэнергии и тепла, в качестве транспортного топлива или в качестве сырья для дальнейшего использования. Конкурентное преимущество биогаза по сравнению с другими возобновляемыми источниками заключается в том, что он использует преимущества существующей инфраструктуры и его можно хранить, обеспечивая альтернативу периодическим генерациям из других источников, таких как солнечная и ветровая энергия, и обеспечивая безопасность поставок.
Электричество и тепло
Комбинированные теплоэнергетические двигатели (ТЭЦ) — распространенный путь повышения ценности биогаза в Европе. Идея ТЭЦ заключается в том, что совместное производство электрической и тепловой энергии более эффективно, чем их отдельное производство. В зависимости от конструкции биогазовых установок часть тепла от ТЭЦ используется для процесса ферментации. Например, биогазовым реакторам необходимо тепло, чтобы поддерживать нужную температуру. Произведенная электроэнергия в основном закачивается в электрическую сеть, тогда как оставшееся производство тепла используется для близлежащих систем отопления.
Транспорт
Биометан — это очищенная форма неочищенного биогаза, полученного в результате анаэробного сбраживания, который может использоваться как заменитель природного газа. CO ₂, H ₂ O, H ₂ S и другие примеси удаляются во время производства биометана, оставляя высококалорийный и чистый газ. Его можно использовать для всех приложений конечного пользователя природного газа (отопление и охлаждение, электроэнергетика, транспорт и т. Д.). В транспортном секторе он используется в качестве биотоплива в виде заменителя КПГ или СПГ, называемого био-КПГ или био-СПГ.Биометан на транспорте очень эффективен, когда речь идет о сокращении выбросов парниковых газов, если учитывать полный углеродный след транспортных средств (Well-to-Wheel). Биометан можно сжижать, например, в тяжелом транспорте и на море, которые сложно электрифицировать.
Союзник экономики замкнутого цикла
Утилизация отходов
Биогаз производится в основном из органических остатков. Это могут быть энергетические культуры, побочные продукты растений, побочные продукты животного происхождения, биологические отходы домашних хозяйств или промышленные и коммерческие органические отходы.Кроме того, его можно извлекать из потоков сточных вод или свалок.
Дигестат
Дигестат — это оставшаяся часть деградированной биомассы после производства биогаза: это стабильное органическое вещество, богатое различными питательными веществами (N, P, K). В зависимости от сырья, используемого для производства биогаза, дигестат может быть непосредственно использован в качестве органического удобрения точно так же, как сырые жидкие навозные жижи распределяются на полях в сельском хозяйстве. Его также можно дополнительно модернизировать для извлечения высококачественных минеральных питательных веществ.Использование дигестата в качестве органического удобрения имеет множество преимуществ: он позволяет повторно использовать питательные вещества и заменяет минеральные удобрения ископаемого происхождения. По сравнению с сырым навозом, дигестат также подвергается дезинфекции благодаря процессу производства биогаза, нейтрализующему большинство патогенов исходного сырья, таких как бактерии и болезни сельскохозяйственных культур. Однородность и плотность дигестата также обеспечивают более быстрое проникновение в почву по сравнению с необработанным навозом, делая питательные вещества более доступными для растений в почве.Если дигестат непригоден для сельскохозяйственных целей, его можно переработать и использовать в качестве сырья для промышленных процессов.
Двуокись углерода
После очистки биогаза до биометана двуокись углерода остается как побочный продукт. Поток углекислого газа можно использовать в пищевой промышленности или использовать для максимального увеличения потенциала фотосинтеза в теплицах.
Драйвер развития села
Рекуперация органических остатков, углерода и дигестата в сочетании с другими вариантами, такими как использование вторичных культур для производства биометана, может способствовать развитию более эффективного сельскохозяйственного сектора, который является основным видом экономической деятельности многих сельских районов.
Введение в биогаз — Gruppo AB Когенерация
Правильное определение биогаз — это природное топливо , полученное в результате «анаэробного сбраживания», то есть процесса биохимического преобразования, которое происходит в биологических веществах без кислорода, при подходящей температуре и с постоянным смешиванием используемых веществ.
На практике производство биогаза заключается в расщеплении микроорганизмами сложных органических веществ (липидов, протидов, глюцидов), содержащихся в растениях, илах и побочных продуктах животного происхождения.
Произведенный биогаз обычно состоит приблизительно на 50/70% из природного газа, а остальная часть — диоксида углерода и других второстепенных компонентов. Биогаз, полученный в результате аэробного сбраживания, затем соответствующим образом обрабатывается для питания двигателя внутреннего сгорания когенерационной установки и производства в конце процесса полностью возобновляемой электрической и тепловой энергии.
Как, в частности, было отмечено CONSORZIO ITALIANO BIOGAS (ITALIAN BIOGAS CONSORTIUM) в специальной презентации: «Сельскохозяйственный биогаз, следовательно, является результатом спонтанного и естественного процесса, который составляет основу процесса, который дает возможность производить возобновляемую энергию в устойчивый способ и с полной интеграцией территории.В этом процессе побочные продукты животноводства и агропромышленной деятельности становятся ресурсами, и поощряются сельскохозяйственные инновации, направленные на выращивание интегрированных продуктов для целей производства энергии. Фактически, значительное развитие анаэробного сбраживания в Италии связано со способностью этой технологии интегрироваться с существующей сельскохозяйственной тканью в качестве процесса «рециклинга», который чрезвычайно эффективен при использовании и поддержании плодородия сельскохозяйственных земель. Умение производить биогаз означает добавлять биогаз в производственный цикл сельскохозяйственной или животноводческой компании, не снижая при этом обычных мощностей по производству продуктов питания или кормов для животных.Фактически, эта интеграция должна проистекать из большей способности сельскохозяйственных компаний производить свои собственные определенные культуры экологически устойчивым и экономически жизнеспособным способом.
Биогаз предлагает уникальные возможности для снижения воздействия на окружающую среду сельскохозяйственной и животноводческой деятельности. . Использование отходов животноводства в анаэробном сбраживании, например, использование двойных культур (например, зимняя уборка для метантенка), позволяет снизить вымывание азота и питательных веществ из поверхностных и подземных водоемов.Возможность увеличения севооборотов с культурами, производящими метан, снижает распространение паразитов, таких как корнеплод кукурузы, на участках с единственной культурой кукурузы. Тепло от когенерационных установок можно использовать для сушки кормов без использования дизельного топлива или метана ».
Объяснение биомассы — Управление энергетической информации США (EIA)
Биомасса — возобновляемая энергия растений и животных
Биомасса — это возобновляемый органический материал, получаемый из растений и животных.Биомасса была крупнейшим источником общего годового потребления энергии в США до середины 1800-х годов. Биомасса продолжает оставаться важным топливом во многих странах, особенно для приготовления пищи и отопления в развивающихся странах. Использование топлива из биомассы для транспорта и производства электроэнергии расширяется во многих развитых странах в качестве средства предотвращения выбросов углекислого газа в результате использования ископаемого топлива. В 2019 году биомасса обеспечивала почти 5 квадриллионов британских тепловых единиц (БТЕ) и около 5% от общего объема потребления первичной энергии в Соединенных Штатах.
Биомасса содержит запасенную химическую энергию солнца. Растения производят биомассу посредством фотосинтеза. Биомассу можно сжигать непосредственно для получения тепла или преобразовывать в возобновляемое жидкое и газообразное топливо с помощью различных процессов.
Отходы древесины и деревообработки — дрова, древесные гранулы и щепа, опилки и отходы пиломатериалов и мебельной промышленности, а также черный щелок целлюлозно-бумажных комбинатов
Сельскохозяйственные культуры и отходы — кукуруза, соя, сахарный тростник, просо, древесные растения и водоросли, а также остатки сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов
Биогенные материалы в твердых бытовых отходах — бумага, изделия из хлопка и шерсти, а также пищевые, дворовые и древесные отходы
Навоз животных и бытовые сточные воды
Источник: по материалам Национального энергетического образовательного проекта (общественное достояние)
Источник: по материалам Национального энергетического образовательного проекта (общественное достояние)
Преобразование биомассы в энергию
Биомасса преобразуется в энергию посредством различных процессов, в том числе
Прямое сжигание (сжигание) для получения тепла
Термохимическая конверсия для производства твердого, газообразного и жидкого топлива
Химическая переработка для производства жидкого топлива
Биологическая конверсия для производства жидкого и газообразного топлива
Прямое сжигание — наиболее распространенный метод преобразования биомассы в полезную энергию.Всю биомассу можно сжигать непосредственно для отопления зданий и воды, для получения тепла в промышленных процессах и для выработки электроэнергии в паровых турбинах.
Термохимическая конверсия биомассы включает пиролиз и газификацию . Оба являются процессами термического разложения, в которых исходные материалы биомассы нагреваются в закрытых емкостях под давлением, называемых газогенераторами , при высоких температурах. В основном они различаются температурами процесса и количеством кислорода, присутствующего в процессе конверсии.
Пиролиз включает нагрев органических материалов до 800–900 ^° ° F (400–500 ^° ° C) при почти полном отсутствии свободного кислорода. При пиролизе биомассы производятся такие виды топлива, как древесный уголь, бионефть, возобновляемое дизельное топливо, метан и водород.
Гидроочистка используется для обработки бионефти (производимой методом быстрого пиролиза ) водородом при повышенных температурах и давлениях в присутствии катализатора для производства возобновляемого дизельного топлива, возобновляемого бензина и возобновляемого реактивного топлива.
Газификация включает нагрев органических материалов до 1400–1700 ^o F (800–900 ^o C) с нагнетанием контролируемых количеств свободного кислорода и / или пара в емкость для получения газа, богатого монооксидом углерода и водородом, называемого синтез-газом. или синтез-газа . Синтез-газ можно использовать в качестве топлива для дизельных двигателей, для отопления и для выработки электроэнергии в газовых турбинах. Его также можно обработать, чтобы отделить водород от газа, и водород можно сжигать или использовать в топливных элементах.Синтез-газ может быть дополнительно переработан для производства жидкого топлива с использованием процесса Фишера-Тропша.
Процесс химического преобразования, известный как переэтерификация , используется для преобразования растительных масел, животных жиров и жиров в метиловые эфиры жирных кислот (FAME), которые используются для производства биодизельного топлива.
Биологическое преобразование включает ферментацию для преобразования биомассы в этанол и анаэробное сбраживание для получения возобновляемого природного газа. Этанол используется в качестве автомобильного топлива.Возобновляемый природный газ — также называемый биогазом или биометаном — производится в анаэробных варочных котлах на очистных сооружениях, а также на молочных и животноводческих предприятиях. Он также образуется на свалках твердых отходов и может улавливаться ими. Правильно очищенный возобновляемый природный газ используется так же, как ископаемый природный газ.
Исследователи работают над способами улучшения этих методов и разработки других способов преобразования и использования большего количества биомассы для получения энергии.
Сколько биомассы используется для получения энергии?
В 2019 году биомасса обеспечила почти 5 квадриллионов британских тепловых единиц (БТЕ), что составляет около 5% от общего объема потребления первичной энергии в Соединенных Штатах.Из этих 5% около 46% приходилось на древесину и древесную биомассу, 45% приходилось на биотопливо (в основном этанол) и 9% приходилось на биомассу муниципальных отходов.
Суммы в триллионах британских тепловых единиц (ТБТЕ) и процентные доли от общего потребления энергии биомассы в США потребителями в 2019 году составили
На промышленность и транспорт приходится наибольшая доля энергии с точки зрения содержания энергии и наибольшая процентная доля от общего годового потребления биомассы в США.В деревообрабатывающей и бумажной промышленности биомасса используется в теплоэлектроцентралях для производства тепла и для выработки электроэнергии для собственных нужд. На жидкое биотопливо (этанол и дизельное топливо на основе биомассы) приходится большая часть потребления биомассы транспортным сектором.
В жилом и коммерческом секторах для отопления используются дрова и древесные гранулы. Коммерческий сектор также потребляет, а в некоторых случаях продает возобновляемый природный газ, произведенный на муниципальных очистных сооружениях и на свалках отходов.
В электроэнергетике используются древесные отходы и отходы биомассы для производства электроэнергии для продажи другим секторам.
No related posts.

Компостирование процесс	Результат
Тепло	Метан	Ячейка рост
Аэробный (с O2)	40%	~ нет	60%
Анаэробный (без O2)	~ нет	90%	10%

Тип выбросов	Биодизель	Традиционное дизельное топливо
	(% от стандартов ЕС с 1993 г. )
Окись углерода	60	180
Углеводороды всего	90	150
Оксиды азота	65	60

Оставить комментарий

Отменить ответ

	Мастерская: Дата неизвестна, но скоро …
		Рядом с вами!
		Где вы находитесь, в любой точке мира если вы это устроите…
		Стоимость? По договоренности.
		(Регистрация на этот семинар еще не открыта. Но могло быть! Так что свяжитесь нас!) (А как здорово было бы иметь мастерскую и построить большой (маленький) варочный котел, а?)

Блог > Разное

Что такое биогаз: Биогаз: определение, основные виды сырья

Биогаз что это такое и как его получают

Биотехнология

Необходимое сырье

Качество газа

Область применения

Заключение

Биогаз — Википедия. Что такое Биогаз

История

Состав и качество биогаза

Сырьё для получения

Экология

Производство

Принцип работы установки

Факторы, влияющие на процесс брожения

Температура

Площадь поверхности частиц сырья

Применение

Развивающиеся страны

Автомобильный транспорт

Потенциал

Критика

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Биогаз | Кинезиолог

Определение понятия

Свойства биогаза

Получение биогаза

Мокрый способ получения биогаза

Сухой способ получения биогаза

Сырьё для получения биогаза

Улучшающие добавки

Биогаз — Википедия. Что такое Биогаз

История

Состав и качество биогаза

Сырьё для получения

Экология

Производство

Принцип работы установки

Факторы, влияющие на процесс брожения

Температура

Площадь поверхности частиц сырья

Применение

Развивающиеся страны

Как происходит производство биогаза из отходов

Зачем перерабатывать навоз?

Экологическая ценность производства биогаза

Комплектация установки для производства биогаза

Устройство и особенности оборудования для производства биогаза

Технология производства биогаза в домашних условиях

Сырье для производства биогаза

Что представляет собой биогаз

Технология получения и производства биогаза из навоза

Принцип работы установки по производству биогаза

Примерный выход биогаза

Этапы получения и переработки отходов

Строительство подземной установки по производству биогаза

Производство биогаза из отходов органики как бизнес

Сфера применения биогаза

6-кубовая биогазовая установка с двумя реакторами — Биогаз

6-кубовая биогазовая установка с двумя реакторами

Состав установки

Размещение установки

Эксплуатация установки

Окупаемость установки

Поделиться ссылкой:

BioGAS + — BioGAS +

Биогазовые мастерские для начинающих и строителей

На этих семинарах вы можете узнать, как:

Когда следующий?

Что это за мастерские?

Кто будет представлять?

Подробнее о биогазе

Хотите всего этого, с точки зрения биогаза? Вот. Приди и возьми.

Биогаз, биодизель и биоэтанол как многофункциональные возобновляемые виды топлива и сырья

1. Введение

2. Биогаз