Получение биогаза в автономном хозяйстве: сырье, конструкции реакторов и специфика применения

Сырьевая база и объемы выработки

Биогаз образуется в результате анаэробного (без доступа воздуха) сбраживания органических отходов. В качестве сырья подходят навоз крупного рогатого скота, птичий помет, фекалии, ботва, листва, ил, сапропель, торф, опилки и измельченная рыба.

Теоретический выход энергоносителя сильно зависит от типа и масштаба сырьевой базы:

• 1 тонна навоза или сбраживаемой биомассы в среднем дает до 500 м³ биогаза (эквивалентно примерно 350 л бензина);
• Индивидуальные малогабаритные установки, перерабатывающие от 50 до 200 кг органики в сутки, генерируют от 2,5 до 12 м³ газа;
• Практический опыт показывает, что смеси из 20 литров сорняков и навоза хватает на день работы небольшой горелки;
• В масштабных расчетах указывается соотношение: смесь из 1,5 тонн коровьего навоза и 3,5 тонн сгнившей листвы и ботвы, доведенная водой до влажности 60–70%, способна вырабатывать до 40 м³ газа в день. Срок брожения одной закладки составляет около двух недель, а общего объема 5 тонн хватает на срок до полугода.

Участники обсуждений подчеркивают: человеческих отходов жизнедеятельности для отопления дома недостаточно — такого объема хватит максимум на работу кухонной плиты. Для полноценного энергоснабжения фермы и дома требуется либо поголовье скота (порядка 30 коров), либо большие объемы птичьего помета.

Конструкции самодельных установок

Принцип работы домашнего биореактора строится на изоляции бродящей массы от кислорода и сборе выделяющегося метана

1. Колодезный тип с плавающим куполом (газгольдером). Выкапывается яма или колодец, стены которого гидроизолируются опалубкой либо стальным кессоном. Сверху опускается металлический «колокол». Образующийся газ собирается под куполом, создавая ему плавучесть (по высоте его подъема контролируют объем запаса). Для стабилизации давления к куполу крепят противовесы на тросах. Отвод газа происходит через трубку, врезанную в верхнюю точку.

2. Реакторы из бочек. Для малых объемов используют 200-литровые емкости. Практики советуют применять пластиковые бочки, так как металл под действием агрессивной среды быстро ржавеет. Газ отводится шлангом, подкачивается компрессором во временные буферные емкости (например, автомобильные камеры), а затем перекачивается в бытовые баллоны под плиту.

3. Пленочные реакторы. Простейшая схема включает заглубленную траншею или яму с заложенным куриным пометом, плотно накрытую прочной полиэтиленовой пленкой, которая надувается по мере брожения.

Температурный режим и запуск брожения

Критический фактор работоспособности биогенератора — тепло. В теплом климате брожение идет стабильно, но в условиях умеренной зоны и холодного климата (например, зимой) установкам необходим подогрев и качественная теплоизоляция

• Начальный запуск: для старта ферментации загруженную массу предварительно прогревают змеевиком до +35 °C. При активной анаэробной ферментации смесь может саморазогреваться до 70 °C.
• Теплопотери: заглубление реактора в грунт и теплоизоляция корпуса снижают расход энергии, однако зимой до 20–30% вырабатываемого газа приходится расходовать на собственный подогрев емкости.
• Бактериальная закваска: чтобы активизировать выработку метана, в органику вносят метанообразующие культуры бактерий. Простой способ их получения на практике — использование навоза коров, которых несколько дней предварительно кормили исключительно яблоками.

Очистка газа и сферы использования

Биогаз представляет собой смесь метана (55–70%) и углекислого газа с примесями. Использование сырого топлива напрямую ограничено:

• Сжигание в котлах и плитах. Для обогрева и приготовления пищи газ можно использовать без глубокой фильтрации, соблюдая общие нормы пожарной безопасности бытового газового оборудования

• Двигатели внутреннего сгорания (генераторы). Работа ДВС на неочищенном биогазе приводит к быстрому выходу из строя свечей зажигания и высокому износу цилиндропоршневой группы. Углекислый газ связывается пропусканием через воду, однако основную сложность представляют сероводород и взвеси, которые требуют установки абсорбирующих фильтров.

Разграничение с пиролизными установками

В ходе обсуждения технологий автономного газа подчеркивается разница между биогазом (продуктом анаэробного гниения) и генераторным газом, получаемым термическим пиролизом древесины

, . Пиролиз опилок, щепы и цельной древесины в закрытой бочке на открытом огне генерирует древесный газ (калорийностью от 3,8 до 13,4 МДж/м³ в зависимости от обдува)

. Этот газ также годен для питания ДВС, но требует обязательного охлаждения через радиаторы и циклонной очистки от смол, при этом хвойные породы и сырье с высоким содержанием смол подходят хуже всего.