Получение и применение биогаза

Биогаз получается метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трех видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид есть бактерии гидролизные, второй кислотообразующие, третий метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Поскольку же только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно для описания качества газа и оценки его выхода все относить к метану, исходя из его нормируемых показателей.

При повышении температуры газа он расширяется, а по мере уменьшения его объема снижается уровень его 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. Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 кубометров биогаза с 60-процентным содержанием метана. А из различных видов растений можно добывать от 150 до 500 кубометров биогаза с содержанием метана до 70 процентов. Максимальное количество биогаза, 1300 кубометров с содержанием метана до 87 процентов, можно получить из жира.

При этом различают теоретический и технически реализуемый выход газа. Около полувека назад технически возможный выход газа составлял всего 20-30 процентов 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 процентов.

В биогазовых расчетах используется понятие сухого вещества. Ведь содержащаяся в биомассе вода не дает газа. На практике из 1 килограмма сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза. 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. И сегодня, помимо отходов, для получения биогаза используют специально выращенные энергетические культуры. В этом случае выход газа из 1 тонны вещества может достигать 500 кубометров. Есть еще такая разновидность биогаза, как свалочный газ, который получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. Что же касается получения биогаза, то для этого существуют как промышленные, так и кустарные установки.

Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространенным промышленным методом получения биогаза является анаэробное сбраживание в метантенках. Установка для получения биогаза включает емкость гомогенизации, загрузчик твердого либо жидкого сырья, реактор, миксеры, газгольдер, системы смешивания воды и отопления, а также газовую систему, насосную станцию, сепаратор. И, разумеется, приборы контроля с визуализацией и систему безопасности.

Отходы периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный железобетонный резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, которые питаются отходами. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма в виде отходов, подогрев до 35 градусов и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в газгольдере, затем проходит систему очистки и подается потребителю. Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей.

Биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, а также в качестве автомобильного топлива. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании. Биогаз составляет до 18 процентов общего энергобаланса этой страны. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия, здесь их 8 миллионов. Вообще не менее половины птицеферм Западной Европы отапливается биогазом.

А в Индии, Вьетнаме, Непале и других развивающихся странах строят малые, односемейные биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Больше всего малых биогазовых установок в Китае. Еще в конце 1990 годов их там насчитывалось более 10 миллионов. Ежегодно все это оборудование производит около 7 миллиардов кубометров биогаза, что обеспечивает топливом примерно 60 миллионов крестьян. В конце 2006 года в Китае действовало уже около 18 миллионов биогазовых установок. И сегодня их применение позволяет заменить 10,9 миллиона тонн условного топлива. В Индии с 1981 по 2006 год было установлено 3,8 миллиона малых биогазовых установок. В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности этой страны к концу 2006 года было создано более 100 тысяч малых биогазовых установок.

Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн органических отходов в сухом эквиваленте. Эти отходы могут быть сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 миллиардов кубометров. А в Америке выращивается около 8,5 миллиона коров. Биогаза, получаемого из их навоза, достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей. И такая перспектива: к 2030 году потенциал биогазовой промышленности Германии оценивается в 100 миллиардов киловатт-часов энергии. Это будет составлять около 10 процентов потребляемой страной энергии.

Александр СОКОЛОВ