Bioplyn pro figuríny, strana 2

1. Sheremet, E.O. Aplikace tepelných čerpadel v systémech centralizovaného vytápění pro zlepšení hospodárnosti a energetické účinnosti tepelných sítí / O.E. Sheremet, A.S. Seminenko// Moderní technologie náročné na vědu. 2013. č. 8-1. S. 54-57.

2. Evstyunichev, M.A. Vlastnosti surovinové základny regionu Belgorod pro výrobu bioplynu / M.A. Evstyunichev, T.N. Ilyina// Bulletin Belgorodské státní technologické univerzity pojmenované po V.G. Shukhova. 2013. č. 5. S. 170-173.

3. Bioplynové stanice [Elektronický zdroj]. – URL: http://www.altenergo-nii.ru/projects/biogaz/. – Jazyk: ruština. – (Vstup 23.06.2013)

4. Bioplynová stanice „Baytsuri“ [Elektronický zdroj]. – URL: http://www.biogas-rcb.ru/projects/. – Jazyk: ruština. – (Vstup 23.06.2013)

5. Bioplynová elektrárna využívající odpad z komplexu hospodářských zvířat [Elektronický zdroj]. – URL: http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=175– Jazyk: ruština. – (Vstup 07.02.2014

6. Rostovská oblast – projekt výroby bioplynu [Elektronický zdroj]. – URL: http://aenergy.ru/764.– Jazyk: ruština. – (Přístup 11.01.2014).

7. V Jakutsku se zavádí alternativní palivo – bioplyn [Elektronický zdroj]. – URL: http://www.rosteplo.ru/news.php?zag=1263542026.– Jazyk: ruština. – (Vstupeno 11.01.2014)

8. Suslov D.Yu. Využití bioplynu jako paliva pro výrobu energie / Suslov D.Yu., Kushchev L.A. // Akademický časopis západní Sibiře. 2009. č. 1. S. 38-39.

9. Suslov DY Bioplynová technologie — současná metoda zpracování organických ODPADU / Suslov DY, Kushchev LA // Chemické a ropné inženýrství. 2010. Sv. 46. č. 5. S. 308-311.

10. Kushchev LA Vysokorychlostní technologie pro zpracování organických odpadů v bublinových bioreaktorech / Kushchev LA, Suslov DY // Chemical and Petroleum Engineering. 2011. Sv. 47. č. 1. S. 70-73.

V mnoha vyspělých zemích je věnována velká pozornost problémům úspory energie prostřednictvím využívání obnovitelných zdrojů energie a lokálních paliv [1-2]. Jedním z perspektivních typů obnovitelných zdrojů energie je biologický metan – plyn získávaný v bioplynových stanicích (BGP). Existuje obrovské množství možností BGU v závislosti na objemu reaktoru, typu míchacího zařízení, použitém odpadu atd. Lídrem v oblasti provozu bioplynových stanic je Německo, kde je použití BGU vysvětlováno snahou Němců zlepšit životní prostředí.

Oblast Belgorod je na špici ruských regionů, které se rozhodly vyzkoušet bioplynové technologie v praxi.

V souvislosti s výše uvedeným byla vybudována a uvedena do provozu bioplynová stanice (obr. 1) ve venkovském okrese Luchkovskij v Prochorovském kraji regionu Belgorod, mající tyto technicko-ekonomické ukazatele:

Obr. 1 Bioplynová stanice. Luchkovsky venkovský okres

• Instalovaný výkon: 2,4 MW.

• Výroba elektřiny: 19,6 milionů kWh ročně.

• Výroba tepelné energie: 18,2 tisíc Gcal ročně.

• Výroba 66 tisíc tun hnojiv ročně.

• Zpracování surovin: 73400 XNUMX tun ročně.

Výstavba bioplynové stanice AltEnergo LLC začala v říjnu 2010. V březnu 2012 stanice zahájila výrobní cyklus. Projektovaný výkon 2,4 MW byl dosažen v červenci 2012 [3].

Také v roce 2012 byla v regionu Belgorod, v okrese Borisov, v oblasti prasečí farmy „Strigunovsky“, dokončena výstavba bioplynové stanice „Baytsuri“ (obr. 2), kterou vlastní Regionální centrum biotechnologie OJSC. Cílem projektu, stejně jako u většiny podobných projektů, je řešení ekologických problémů vznikajících v důsledku rychlého rozvoje agroprůmyslového komplexu v regionu [4].

Hlavní vlastnosti BGS:

• Instalovaný výkon: 1 MW

• Výroba elektřiny: 7,4 milionů kWh ročně

• Výroba tepelné energie: 3,2 tisíc Gcal ročně

• Produkce 19100 m3 hnojiv ročně

• Zpracování surovin: 7665 tun ročně

Rýže. 2 BGS „Baitsuri“

Dalším dokončeným projektem je bioplynová stanice postavená v obci Doshino v regionu Kaluga (obr. 3) na výrobu bioplynu pro komplex pro 960 kusů skotu, tedy stanice byla postavena v těsné blízkosti mléčné farmy [5].

Obr.3 Vesnice BSU Oblast Doshino Kaluga

Jako suroviny se používají: organický odpad ze skotu, odpad z krmné siláže a siláže.

• Instalovaný výkon: 2,4 MW

• Výroba elektřiny: 2 milionů kWh ročně

• Výroba tepelné energie: 2,5 tisíc Gcal ročně

• Výroba 600 tun hnojiv ročně

• Zpracování surovin: 29120 tun ročně

Kromě již vybudovaných BGU existuje poměrně velké množství projektů bioplynových stanic, jejichž výstavba bude v blízké budoucnosti dokončena.

Jedním z nejslibnějších projektů pro rozvoj bioplynových technologií je výstavba bioplynové stanice v Rostovské oblasti [6].

V roce 2009 tak v jednom z okresů Rostovské oblasti začali realizovat pilotní projekt výroby bioplynu ze zemědělského odpadu.

V současné době německé společnosti, které jsou investory projektu, začaly vyvíjet dvě možnosti jeho realizace:

1. Výstavba zařízení v každé ze 4 farem

2. Jedna bioplynová stanice bude obsluhovat 4 farmy.

Společnost Biogazenergo spolu s Mikrobiologickou akademií Jižní federální univerzity buduje na území Rostovské botanické zahrady bioenergetický komplex technologií anaerobní fermentace biomasy nebo její směsi s odpady z drůbežích farem a komplexů hospodářských zvířat (ptačí trus, dobytek).

Komplex je technologickým řetězcem sestávajícím ze zařízení zahraničních výrobců a patentovaných prvků, které jsou výsledkem technického vývoje společnosti Biogasenergo.

Některé technické požadavky projektu jsou:

• Instalovaný výkon: 1 MW

• Výroba elektřiny: 9 milionů kWh ročně

• Výroba tepelné energie: 38,8 tisíc Gcal ročně

• Výroba 30240 tun hnojiv ročně

• Zpracování surovin: 36000 tun ročně

Bioplynové technologie se rozvíjejí i v severních oblastech naší země. V Jakutské republice tak poprvé začali zavádět technologie pro získávání bioplynového paliva. V roce 2009 byl ve vesnici Malaya Markha, která se nachází na předměstí Jakutska, uveden do provozu mechanizovaný kravín pro 50 kusů dobytka.

Hlavním rysem projektu je využití alternativního zdroje energie pro vytápění a napájení stáje – bioplyn získávaný z živočišných odpadů.

Nová technologie výroby energie byla zpochybněna kvůli klimatickým podmínkám umístění zemědělské výroby a bioplynové stanice jako celku. Ale díky vývoji jakutských vědců z Jakutské státní univerzity je výroba a využití bioplynu i v severních oblastech naší země v podmínkách nízké teploty zcela možné.

Byly vyvinuty BGU „severní verze“, které se skládaly z několika kontejnerů ve tvaru kužele. Počet nádrží v instalacích závisí na objemu spotřeby energie v konkrétním zařízení, v tomto případě bude pro zásobování stodoly o ploše 852 m2 potřeba 12 nádrží po 1 tuně. Kromě toho je instalace relativně levná, poměrně jednoduchá a snadno ovladatelná [7].

Ještě jednou stojí za zmínku, že bioplyn je rok od roku stále oblíbenějším zdrojem energie. Mnoho zemí, zejména Německo, Čína a USA, pracuje na zlepšení technologií výroby bioplynu.

Rusko teprve nedávno začalo rozvíjet tuto oblast, která má dostatečné množství výhod: možnost využívat bioplyn k výrobě elektrické a tepelné energie, kvalitní hnojiva a také předcházet znečištění životního prostředí.

Jak každý ví, normální tělesná teplota savců na Zemi je v rozmezí 35-400C. Například pro osobu je to 36,60C. To vysvětluje, proč většina bioplynových stanic pracuje v mezofilním režimu při reakční teplotě 37-380C.

Mimochodem, bakterie pracující v prvních dvou fázích fungují efektivněji při psychrofilních teplotách. Proto existuje technologie dvoustupňové anaerobní fermentace, kdy reakce probíhá ve dvou za sebou spojených nádobách. V první nádobě probíhají první dvě fáze anaerobní fermentace při teplotě 250C. Ve druhé nádobě probíhá třetí a čtvrtá fáze při teplotě 37-380C. Toto řešení umožňuje optimalizovat a stabilizovat proces pro některé druhy surovin.

Stále nepanuje shoda na tom, které bakterie pracují ve třetí a čtvrté fázi za různých teplotních podmínek. Někteří tvrdí, že se jedná o různé druhy bakterií. V reálném světě jsou všude, ale aktivními se stávají, až když se ocitnou ve vhodných podmínkách. Další teorie říká, že stejné bakterie se přizpůsobují různým teplotám a fungují v různých metabolických režimech.

Pokud odeberete jakoukoli vhodnou organickou surovinu, umístíte ji do vhodné uzavřené nádoby s výstupem plynu a zajistíte udržování stabilní teploty příslušného režimu a periodické míchání, získáte laboratorní bioplynovou stanici s jediným zatížením. Graf závislosti rychlosti uvolňování bioplynu na uplynulé době fermentace bude vypadat jako hladký hrbolek. To se dá snadno vysvětlit. Nejprve začínají první fáze kvašení a poté přicházejí na řadu poslední fáze. Ale množství organických surovin v laboratorním reaktoru je omezené. Tato látka se rozkládá, snižuje se množství nerozložené organické hmoty a klesá produkce bioplynu. Postupně výkon klesne na nulu. To bude znamenat, že veškerá organická hmota v surovině se rozložila na anorganické soli. Proces úplného rozkladu, dokonce i v termofilním režimu, zabere velmi značné množství času. V mezofilním režimu se tato doba měří v měsících. Pokud však vezmeme v úvahu pouze hodnoty výtěžnosti bioplynu blízké maximu, pak se tato doba bude u mezofilního režimu pohybovat v rozmezí dvou až čtyř týdnů. Tato doba závisí na složení suroviny a nazývá se doba trvání cyklu anaerobní fermentace. Přirozeně, pokud na konci tohoto cyklu fermentaci zastavíte, částečně rozložená organická hmota zůstane v reaktoru. Typicky je hloubka rozkladu organické hmoty na konci cyklu 40-60 %. To znamená, že hmotnost organické hmoty v konečném substrátu je 40-60 % hmotnosti organické hmoty v substrátu, kterým byl reaktor původně naplněn. Toto „podkvašení“ se provádí záměrně, aby se dosáhlo maximálního výkonu bioplynu a minimalizovala se velikost bioplynové stanice.

Bioplynové stanice obvykle nefungují jako ty v laboratoři. Okamžitě se do nich naloží plná porce surovin k naplnění reaktoru. Poté, když se reakce rozběhne a ustálí, jsou suroviny pravidelně přidávány po malých dávkách za současného scezování fermentované hmoty. Proto je u nich pojem trvání cyklu nahrazen pojmem „doba zdržení hydrauliky“ v reaktoru. Toto je podmíněná hodnota, která charakterizuje průměrnou dobu, kterou stráví další část čerstvého substrátu v reaktoru.

3. Běžné mylné představy.

Za dlouhou dobu komunikace s „atrapami“ v technologiích anaerobní fermentace se podařilo shromáždit sbírku nejčastějších mylných představ na téma bioplyn a bioplynové stanice. Zkusme je zde analyzovat.

První a nejčastější mylná představa je, když se „nováčci“ domnívají, že bioplynová stanice je určena k výrobě energie a právě tuto energii si levně zajistí pomocí bioplynové stanice. Ve skutečnosti je bioplynová stanice primárně navržena tak, aby využívala ekologicky škodlivý organický odpad a přeměňovala jej na užitečné a účinné organické biohnojivo. Energie je vedlejším produktem bioplynové stanice. Pokud tedy nemáte stabilní zdroj dostatku volného nebo levného organického odpadu, o bioplynové stanici neuvažujte. Bylo by lepší koupit palivové dřevo nebo uhlí, bude to levnější a jednodušší.

Druhá mylná představa je, že bioplynová stanice může údajně představovat nějaké nebezpečí pro ostatní. Samozřejmě ho nelze nazvat absolutně bezpečným, stejně jako jakékoli jiné technické zařízení. Ale reaktor BGU nemůže vybuchnout z vysokého tlaku, protože relativní tlak v něm nepřesahuje setiny atmosféry. Bioplyn v plynové nádrži nemůže vybuchnout, protože není smíchán se vzduchem, a i kdyby nějakým zázrakem prolétla jiskra uvnitř plynové nádrže, nedokázala by nic zapálit. Výstupní kal z reaktoru neobsahuje patogenní bakterie, vajíčka červů ani životaschopná semena plevelů. Vysušený a rozemletý na moučný kal se dokonce používá jako přísada do krmiva pro hospodářská zvířata. Únik bioplynu ve větrané místnosti nebo venku nezpůsobí otravu ani udušení osob v okolí, protože bioplyn se rychle odpaří do vzduchu.

Třetí mylná představa je, že odpad z jídla a toalety průměrné rodiny stačí k vytápění soukromého domu. Kdyby bylo všechno tak úžasně jednoduché, energetické společnosti by neovládly svět. Následující kapitoly ukážou, jaké množství bioplynu lze vyrobit z daného množství suroviny a proč. Ale ve skutečnosti je bioplynová stanice zemědělský stroj, protože pouze v zemědělství a potravinářském průmyslu může vzniknout dostatečné množství organického odpadu, který ekonomicky odůvodní proveditelnost jeho zpracování metodou anaerobní fermentace.

Čtvrtou mylnou představou je, že bioplyn získaný v malé bioplynové stanici lze využít k výrobě elektřiny, tepla pro vytápění domu a paliva pro doplňování paliva do auta. Ano, teoreticky je toto vše možné. A to dělá skoro každý, ale jen ve velkých průmyslových bioplynových stanicích. Zařízení, které umožňuje získávat elektrickou a tepelnou energii z bioplynu, se nazývá kogenerátor. Existují plynové pístové a plynové kogenerátory s plynovou turbínou. První jsou založeny na spalovacích motorech, druhé na motoru s plynovou turbínou. Průmyslově vyráběné kogenerátory jsou určeny pro velké objemy spotřebovaného bioplynu a pro velké vyrobené elektrické kapacity. Z 1 m3 bioplynu je možné vyrobit až 2,3 kW*h elektrické energie. A modely průmyslových kogenerátorů obvykle začínají s elektrickým výkonem 50 kW. To znamená, že za den takový kogenerátor při provozu v nominálním režimu spotřebuje 50*24/2,3=522 m3 bioplynu. Malé bioplynové stanice obvykle produkují 5-50 m3 bioplynu denně. Měrné náklady sériově vyráběných kogenerátorů se pohybují od 500 do 2000 USD na 1 kW elektrického výkonu. Nízkoenergetické plynové pístové generátory pro záložní napájení jsou k dispozici na prodej v některých zemích. Některé z nich jsou schopné provozu na bioplyn. Nejsou však určeny pro nepřetržitý provoz bez přestávek, mají krátkou životnost a nevytvářejí tepelnou energii. Obvykle mají také nízkou účinnost, což znamená, že z 1 m3 bioplynu vyrobí méně než 2 kWh elektřiny.

Získat teplo pro vytápění domu je možné, ale ne vždy, a pouze pokud je dům dobře izolovaný. Je důležité si pamatovat, že výhřevnost bioplynu je cca 2/3 výhřevnosti zemního plynu, k vytápění je tedy potřeba 1,5x více bioplynu než zemního plynu.

U vozu s benzínovým motorem lze po doplnění speciálními systémy použít jako palivo metan. Obvykle se zemní plyn (který obsahuje více než 90 % metanu) stlačuje na tlak 200 atm a plní se do lahví. Jeden nebo více takových válců je umístěno ve vozidle, jehož motor běží na takové palivo. Bioplyn má mnohem větší množství nečistot než zemní plyn. Proto je pro něj potřeba spalovací motor speciálně upravit. Bioplyn také nelze přímo stlačit na 200 atm kvůli vysokému obsahu oxidu uhličitého. Ne nadarmo jsem v první kapitole naznačil charakteristiku oxidu uhličitého. Při tomto tlaku oxid uhličitý tuhne. A pokud omezíme kompresi na 5 atm, pak válce pojmou příliš málo paliva. A úkol čištění bioplynu od oxidu uhličitého (uvedení do stavu „biometanu“) je velmi obtížný a nákladný. Průmyslová čisticí zařízení jsou navržena pro velké objemy zpracování a stojí mnoho stovek tisíc USD.

Pátá mylná představa je, když se lidé domnívají, že stačí vykopat díru, zpevnit zdi, utěsnit klenbu a tuto díru naplnit hnojem, trávou a listím a vypouštěný bioplyn bude moci vytápět dům celou zimu. Tento názor nevznikl z ničeho nic, ale je založen na obrázcích čínských/vietnamských/indických/afrických bioplynových stanic kolujících po internetu a na bláznivé eseji nějakého novináře o údajně úspěšném zážitku popsaném výše někde v Rusku. Všichni, kdo trpí, by měli věnovat pozornost skutečnosti, že všechny skutečně provozované bioplynové stanice jámového typu se nacházejí v zemích s teplým klimatem. Slyšel někdo o milionu instalací, alespoň v Turecku? Tam už je ale poměrně teplo!

Faktem je, že jednoduché instalace ve formě vyztuženého otvoru v zemi prakticky nejsou tepelně izolovány od půdy, ve které jsou umístěny. Ve většině případů je tato půda vlhká. Proto je půda téměř vždy dobrým vodičem tepla. A teplota půdy v zemích jako Ukrajina, Bělorusko, Rusko v hloubce více než 1 m je po celý rok cca 100C. Výše jsem psal, že psychrofilní režim začíná při 150C. A skutečně znatelné uvolňování bioplynu v psychrofilním režimu začíná poté, co substrát dosáhne teploty 200C. Ve výše popsaných teplých zemích bývá půda prohřátá do hloubky několika desítek metrů na teplotu 20-300C. Pokud tedy v těchto zemích půda funguje jako bezplatný ohřívač, pak v našich zeměpisných šířkách půda funguje jako lednička. I když substrát zahřejeme, díky vysoké tepelné vodivosti zeminy prostě prohřejeme okolní zeminu.

4. Kdo to potřebuje.

Otázka je poněkud řečnická. Možná by otázka měla znít: „Kdo to může udělat?“ Nadšení však nelze uštípnout v zárodku. Proto zde popíšu, kdo by měl především přemýšlet o vytvoření a provozování bioplynové stanice.

Odpověď je celkem jednoduchá. Anaerobní zpracování bio surovin by měl zvážit ten, kdo tyto suroviny vyrábí pravidelně, levně a v dostatečném množství. S likvidací takových surovin je téměř jistě problém, protože velmi často tyto suroviny představují nebezpečí pro životní prostředí. Řešení problému recyklace této suroviny okamžitě minimalizuje náklady nebo zcela eliminuje náklady na takovou recyklaci. To je první a hlavní důvod pro vytvoření bioplynové stanice. Druhým motivačním faktorem je energie, kterou lze získat procesem anaerobní fermentace organických materiálů. Obvykle je tento faktor kladen do popředí. A do třetice je to výroba mimořádně užitečného organického biohnojiva z ekologicky škodlivého organického odpadu.

V závislosti na denním množství vyrobené suroviny lze uvažovat o vytvoření malé, střední nebo velké bioplynové stanice. Toto rozdělení podle velikosti je velmi libovolné. Spíše se vyplatí rozdělit instalace podle funkčnosti a stupně automatizace. Je ale zcela přirozené, když větší bioplynové stanice s vyšší kapacitou jsou vybaveny doplňkovými funkcemi a minimalizuje se využití lidské práce na jejich údržbu.

Dostupnost surovin je podmínkou nutnou, nikoli však postačující. Budete také potřebovat místo pro umístění bioplynové stanice. Málokdy se podaří vytvořit konstrukci, která je tak mobilní, že je možné instalaci demontovat a přesunout na jiné místo bez velkého úsilí a nákladů. Proto je velmi důležité, aby budoucí umístění instalace bylo vaším majetkem nebo dlouhodobým pronájmem. Čím větší je velikost budoucí instalace, tím je pravděpodobnější, že k umístění takového objektu budete potřebovat oficiální povolení. To znamená, že pozemek se musí nacházet v zóně, kde je povolena průmyslová výstavba, a mít odpovídající status. Komunikace musí být připojeny k místu v závislosti na návrhu budoucí instalace a druhu suroviny. Obvykle jsou vyžadovány dodávky elektřiny, průmyslové vody, někdy zemního plynu a kanalizace. U velké instalace by velmi pomohly dobré přístupové cesty.