Современные технологии переработки навоза
30 мая 2007 г. — МКМ. Свиноводство №2 2007, Кестутис Навицкас, Гитис Вишняускас

Что такое биогаз?

Образование биогаза — сложный процесс, в ходе которого органические соединения разлагаются на элементарные вещества и с помощью метаногенных бактерий превращаются в биогаз (смесь метана, двуокиси углерода и др.).

Для производства биогаза используются жидкие, быстро разлагающиеся органические вещества. В странах Европейского Союза в данном сырье наибольшую часть – 80% - составляет навоз животных (крупного рогатого скота, свиней, птиц). Это обусловлено высокой концентрацией животноводства в данном регионе.

Главным узлом биогазовой энергетической установки (БЭУ) является биореактор, в котором постоянно или периодически протекают процессы гидролизации биомассы, процессы ферментации и осуществляется производство метана. Биореактор должен быть герметичным, так как анаэробные бактерии чувствительны к кислороду. Кроме того, в его объеме собираются биогазы, которые в последующем хранятся в резервуарах и используются для производства энергии. В климатической зоне России, Литвы корпус реактора должен иметь соответствующую тепловую изоляцию для уменьшения потерь тепла. Для изготовления корпуса реактора используются металлоконструкции, железобетон, полиэтилен и другие материалы.

Устройство реактора

В настоящее время в Европе распространены цилиндрические реакторы, устанавливаемые как горизонтально, так и вертикально. Цилиндрическая форма удобна и в эксплуатации, и при изготовлении реактора. Корпус реактора изготавливается из металла или железобетона. Для подогрева перерабатываемого субстрата предусмотрен теплообменник, устанавливаемый в реакторе или вне его. Процесс выработки биогаза в реакторах этого типа протекает в мезофильной (30–40 градусов) или термофильной (50–55 градусов) средах.

Выделение газа различными отходами зависит от состава и концентрации органического вещества (ОВ), температуры и времени брожения в реакторе. Количество и соотношение белка, жира и углеводорода, главных составляющих органического вещества, являются самыми важными показателями качества отходов, применяемых для производства биогаза. Отходы, в составе которых доминируют жиры, дают самый большой выход биогаза. В таблице 1 представлены показатели выхода биогаза (в кубометрах при нормальном атмосферном давлении – Нм3) из различных отходов сельского хозяйства и продовольственных предприятий.

Промышленные отходы, содержащие много жиров и белка, намного увеличивают эффективность биоэнергетической установки. Однако при использовании такого сырья могут возникнуть проблемы, связанные с передозировкой жиров и белков. Избыток жиров повышает кислотность субстрата, а от избытка белка увеличивается количество соединений азота в субстрате и сероводорода в биогазе. В обоих случаях процесс образования биогаза приостанавливается. Исключить эти проблемы возможно только при непрерывном контроле состава отходов и их дозировке.

Таблица 1. Выход биогаза при переработке сельскохозяйственных и производственных отходов

Источник отходов	ОВ %	Нм3 /кг ОВ	Нм3 /т биомассы
Скотоводческие фермы	7,3	0,21	23
Свиноводческие фермы	5,8	0,29	24
Бройлерные фермы	31	0,29	136
Скотобойня и мясокомбинат	16-20	0,4-0,61	84-366
Маргариновый завод	40-90	0,8-1,0	400-1000
Пивоварня	10-21	0,26	40-80
Переработка овощей и фруктов	2,5-5,0	0,45	17-34
Переработка рыбы	7-24	0,36-0,45	17-156

Основными компонентами биогаза, получаемого в анаэробных биореакторах, являются метан (CH4) и двуокись углерода (CО2), намного меньшую долю составляет сероводород (H2S), аммиак (NH3), водород (H2), азот (N2), окись углерода (CО) и кислород (О2) (Таблица 2). Кроме того, из сырья в биогаз попадают влага и мелкие твердые частицы. Состав биогаза зависит от параметров проведения процесса, состава и сорта сырья.

Таблица 2. Сравнение природного газа и биогаза

Составляющая	Ед. измерения	Природный газ	Биогаз
Метан	%	85 – 95	55 - 80
Углекислород	%	<1.0	20 – 45
Азот	%	4 - 12	-
Кислород	%	<0.5	-
Водород	%	-	<1.0
Сероводород	мг/м3	50-100	500-5000
Калорийность	МДж/м3	32 - 35	20 – 29

Энергоемкость биогаза напрямую зависит от концентрации в нем метана. Метан — бесцветный, нетоксичный газ, он легче воздуха, не имеет запаха. При сжигании метана образуется двуокись углерода и водяной пар. При содержании в биогазе свыше 60% метана биогаз считается ценным топливом.

В целях уменьшения отрицательного воздействия некоторых составных частей биогаза на его качество необходимо удалить из него влагу, твердые частицы и сероводород. Окись углерода удаляется в тех случаях, когда возникает необходимость выработки биогаза, который по своим потребительским свойствам близок к природному газу. Остаточная концентрация удаляемых компонентов зависит от того, где намечается использование биогаза: для приготовления пищи, сжигания в водогрейных котлах, двигателях внутреннего сгорания.

Использование биогаза

Биогаз, который содержит более 55 процентов метана, легко сжигается в горелке отопительных установок, в водонагревателях, газовой плите, инфракрасных излучателях, стационарных двигателях внутреннего сгорания. Для транспортных средств биогаз можно использовать после очистки от всех примесей и выработки почти чистого метана. Такая технология является дорогостоящей и применяется очень редко.

Использовать биогаз в качестве источника тепла очень просто, так как он легко воспламеняется и сгорает в обычных установках. Но более экономичным и широко распространенным в настоящее время является производство электричества и тепла на когенерационных установках. Такая установка состоит из двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора.

Биогаз используется в качестве топлива дизельных двигателей, которые служат приводом генератора. Тепло охлаждающей системы двигателя используется для производства тепловой энергии. Когенерационная установка преобразует энергию биогаза в следующем соотношении: 35% в электрическую энергию и около 55% в тепловую энергию. Такая система более экономичная, потому что выработанная электрическая энергия стоит больше и ее легче реализовать. На рынке представлен очень широкий выбор когенераторов различной мощности – от нескольких киловатт до нескольких мегаватт. Промышленность выпускает также установки различных типов: открытые, закрытые, контейнерные.

Переработанная на биогазовых установках масса используется как удобрение для «энергетических» плантаций – рапса, многолетних трав, кукурузы, свеклы и т. п. Из смеси выращенной биомассы и различных органических отходов снова вырабатываются биогаз и энергия. В некоторых странах такая технология считается самой перспективной в развитии биогазовой энергетики.

Кестутис Навицкас, заведующий кафедрой агроэнергетики Литовского сельскохозяйственного университета

Гитис Вишняускас, генеральный директор ЗАО «VYRYBALT»

Более подробную информацию Вы можете получить в компании «Vyrybalt», тел. + 370 45 58 47 92, факс + 370 45 58 47 91, info@vyrybalt.lt.