получение биогаза

В рамках программы замены не возобновляемых источников энергии (нефти и газа) на возобновляемые источники, правительство государств, входящих в состав Евросоюза и некоторых других отдельных стран, всячески способствуют производству различных зерновых (и не только) культур для получения энергетического сырья.

Широко используются культуры, обогащённые сахаром и крахмалом для производства биоэтанола. Масличные культуры, в частности рапс, выращивают для производства биодизеля. Кроме этого, сейчас происходит расширение области использования силосной кукурузы как ко-субстрата в биогазовых установках, работающих на основе жидкого навоза.

Добавка растительных продуктов, а именно кукурузного силоса, к жидкому навозу значительно увеличивает количество вырабатываемого биогаза и вместе с тем повышает ценность органического удобрения. Это выгодно и с экономической точки зрения. Например, частные предприниматели в Германии по закону «об использовании возобновляемой энергии хозяйства» получают доплату за дополнительные поставки электроэнергии, полученной на биогазовых установках, в общую электросеть. (Для установок мощностью до 500 кВт доплачивается 10,1 евроцента / кВт час). Сельскохозяйственным предприятиям это даёт новые источники доходов. На рис.10 представлена общая схема этого процесса.

Как получают биогаз.

Биогаз возникает из органической массы в результате протекания химических процессов биологического брожения при строго анаэробных условиях. Компоненты, входящие в состав биогаза приведены в таблице 1.

Состава Концентрация, %
Метан, (СН4) 50-75
Углекислый газ, (СО2) 25-45
Вода, (Н2О) 2-7
Сероводород, (H2S) 20-20000 ppm
Азот, (N2) 2
Кислород, (О2) 2
Водород, (Н2) 1

Калорийность биогаза составляет 6000 Кал (25000 кДж) / кубометр. Это сопоставимо по калорийности с 0,6 л мазута.

Процесс образования биогаза протекает в 4-х фазах:

  • Он начинается с гидролиза исходного материала (это могут быть углеводы, протеины, жиры), при котором ферментативные бактерии своими энзимами расщепляют его на более простые органические соединения (сахара, аминокислоты, жирные кислоты).
  • Во второй фазе образования кислот (ацидогенез) эти промежуточные продукты разлагаются кислотообразующими бактериями на пропионовую и масляную кислоты и некоторое количество молочной кислоты и спирта.
  • В третьей фазе (ацетогенез), в результате деятельности бактерий образуется уксусная кислота, углекислый газ и водород.
  • Из них в последней фазе (метаногенез) под действием метанобразующих бактерий группы Archaea образуется метан и углекислый газ.

Центром биогазовой установки является реактор или ферментационный бак. Все четыре процесса могут протекать одновременно в одном ферментационном баке.

Если вышеупомянутые четыре фазы протекают в одной ферментационной емкости, процесс называется одноступенчатый, если процессы гидролиза и ацидогенеза отделяют от метаногенеза, то процесс является двухступенчатым.

Биогаз после очистки можно использовать для привода двигателей, но, так как при нормальных внешних условиях под давлением он не сжижается, его можно использовать только в стационарных машинах. На теплоэлектростанциях из биогаза также можно получать электроэнергию.

Существует две технологии протекания реакций. Реакции протекают при температуре 30 — 44 °С (мезофильная технология), реже при 55 °С (термофильная технология).
Поскольку органические удобрения (жидкий навоз) содержат относительно мало богатых энергией веществ, добавляют различные растительные субстраты, содержащие углеводы в больших количествах.

Преимущества использования кукурузного силоса для этой цели:

  • в отличие от промышленных и коммунальных отходов кукурузный силос не содержит вредных веществ;
  • кукуруза может храниться в силосе довольно длительное время;
  • возможно планирование поставок сырья;
  • субстрат имеет постоянное качество;
  • после брожения образует отходы, пригодные для использования в качестве почвенных удобрений.

Добавка кукурузного силоса как ко-субстрата является лидером по увеличению выхода биогаза. Так, из 1 т. жидкого навоза КРС можно получить 25 кубометров биогаза, из 1 т. жидкого навоза свиней – 36 кубометров, а с 1 т. кукурузного силоса – целых 200 кубометров биогаза.

При использовании кукурузы для производства биогаза, выращивание поздних гибридов является более целесообразным, поскольку в этом случае не требуется высокой энергии (крахмала) в початках, а для образования силоса достаточно высокого содержания сухого вещества (около 25-35%) в целом растении. Такие гибриды позже цветут и переходят к накоплению энергии в початках. Более длительный период ассимиляции в этих гибридах, обуславливается формированием большой растительной биомассы (до 1000 ц/га). Для рационального использования поздних гибридов, предназначенных для применения в качестве ко-субстратов, в северных районах действуют специальные селекционные программы.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here