Hur man får biogas från gödsel: en översikt över grundläggande principer och anläggningens struktur för produktion

Varje år brottas lantbruk med problemet att hantera gödsel. Det krävs betydande summor för borttransport och deponering. Men det finns ett sätt som inte bara sparar pengar utan också låter denna naturprodukt komma till nytta.

Resursmedvetna lantbrukare har länge använt en ekoteknik för att utvinna biogas från gödsel och använda den som bränsle.

Därför kommer vårt material att handla om tekniken för biogasproduktion, och vi kommer också att berätta hur du bygger en bioenergianläggning.

Fördelar med att använda bioteknik

Tekniken att framställa biobränsle från olika naturliga källor är inte ny. Forskning inom detta område började redan i slutet av 1700-talet och utvecklades framgångsrikt under 1800-talet. I Sovjetunionen byggdes den första bioenergianläggningen på 1940-talet.

Bioteknik har länge använts i många länder, men just idag får den särskild betydelse. På grund av den försämrade miljön på planeten och de höga energikostnaderna riktar många blickarna mot alternativa energikällor och värmekällor.

Tekniken att omvandla gödsel till biogas gör det möjligt att minska mängden skadliga metanutsläpp i atmosfären och få en extra källa till värmeenergi.

Gödsel är förstås ett mycket värdefullt gödselmedel, och om man har två kor i hushållet uppstår inga problem med att använda det. Annat är det när det gäller bondgårdar med stora och medelstora djurbesättningar, där det årligen bildas tonvis med illaluktande och ruttnande biologiskt material.

För att gödseln ska bli ett kvalitetsgödselmedel krävs områden med ett visst temperaturregime, och det innebär extra kostnader. Därför lagrar många bönder det slumpmässigt och kör sedan ut det på fälten.

Beroende på mängden råmaterial som bildas per dygn ska anläggningens dimensioner och automatiseringsgrad väljas.

Om lagringsvillkoren inte följs försvinner upp till 40 % av kvävet och större delen av fosforn från gödseln, vilket försämrar dess kvalitetsegenskaper avsevärt. Dessutom släpps metangas ut i atmosfären, vilket påverkar miljön på planeten negativt.

Modern bioteknik gör det möjligt att inte bara neutralisera metanets skadliga påverkan på miljön, utan också att få det att tjäna människan och samtidigt ge betydande ekonomisk vinst. Genom gödselbehandling bildas biogas, varav tusentals kilowattimmar energi sedan kan utvinnas, och produktionsavfallet är ett mycket värdefullt anaerobt gödselmedel.

Mekanismen för gasbildning från organiskt råmaterial

Biogas är en flyktig gas utan färg och lukt som innehåller upp till 70 % metan. Kvalitetsmässigt liknar den traditionellt bränsle – naturgas. Den har god värmeeffekt; 1 m³ biogas avger lika mycket värme som förbränning av ett och ett halvt kilo kol.

Vi har biogasen att tacka anaeroba bakterier som aktivt bryter ner organiskt råmaterial, såsom gödsel från lantbruksdjur, fågelspillning och avfall från växter.

Vid egen biogasproduktion kan fågelspillning och avfall från små och stora husdjur användas. Råmaterialet kan användas rent eller i blandning med gräs, löv och gammalt papper.

För att aktivera processen måste gynnsamma förhållanden för bakteriernas liv skapas. De bör likna dem där mikroorganismer utvecklas i en naturlig behållare – i djurens mage, där det är varmt och syrefritt.

Det är i själva verket de två grundläggande förutsättningarna som bidrar till den mirakulösa omvandlingen av ruttnande gödsel till miljövänligt bränsle och värdefull gödning.

För att producera biogas behövs en lufttät reaktor utan syre, där gödseln jäser och bryts ner i sina beståndsdelar:

• metan (upp till 70 %);
• koldioxid (cirka 30 %);
• andra gasformiga ämnen (1–2 %).

De bildade gaserna stiger upp i tanken, varifrån de pumpas ut, medan restprodukten lägger sig i botten – ett högkvalitativt organiskt gödningsmedel som efter behandlingen har bevarat alla värdefulla ämnen från gödseln – kväve och fosfor – och förlorat en stor del av de patogena mikroorganismerna.

Reaktorn för biogasproduktion måste vara helt lufttät utan syre, annars kommer nedbrytningen av gödseln att gå extremt långsamt.

Det andra viktiga villkoret för effektiv nedbrytning av gödsel och biogasproduktion är att hålla rätt temperatur. Bakterierna som deltar i processen aktiveras vid temperaturer från +30 grader.

Dessutom innehåller gödseln två typer av bakterier:

• Mesofila. Deras livsaktivitet sker vid en temperatur på +30 – +40 grader;
• Termofila. För deras förökning måste en temperatur på +50 (+60) grader upprätthållas.

Bearbetningstiden för råmaterial i anläggningar av den första typen beror på blandningens sammansättning och varierar från 12 till 30 dygn. Samtidigt ger 1 liter reaktorvolym 2 liter biobränsle. Vid användning av anläggningar av den andra typen förkortas tiden för slutprodukten till tre dagar, och mängden biogas ökar till 4,5 liter.

Effektiviteten hos termofila anläggningar är uppenbar för blotta ögat, men deras underhållskostnad är mycket hög, så innan du väljer en eller annan metod för att producera biogas måste du noggrant beräkna allt.

Trots att effektiviteten hos termofila anläggningar är tiofaldigt högre, används de mycket mer sällan eftersom att upprätthålla höga temperaturer i reaktorn är förknippat med höga kostnader.

Underhåll och skötsel av mesofila anläggningar är billigare, så de flesta jordbruksföretag använder just dem för att producera biogas.

Biogas ligger inte långt efter konventionellt gasbränsle när det gäller energipotential. Men den innehåller svavelsyraångor, vars närvaro måste beaktas vid val av material för konstruktion av anläggningen.

Beräkningar av biogasanvändningens effektivitet

Enkla beräkningar hjälper dig att utvärdera alla fördelar med att använda alternativa biobränslen. En ko som väger 500 kg producerar cirka 35-40 kg gödsel per dag. Denna mängd räcker för att producera cirka 1,5 m³ biogas, som i sin tur kan generera 3 kWh elektricitet.

Med hjälp av data från tabellen är det lätt att beräkna hur många m³ biogas som kan erhållas baserat på antalet boskap på gården.

För att producera biobränsle kan man använda antingen en typ av organiskt råmaterial eller blandningar av flera komponenter med en fukthalt på 85-90%. Det är viktigt att de inte innehåller främmande kemiska föroreningar som negativt påverkar bearbetningsprocessen.

Det enklaste receptet på blandningen uppfanns redan år 2000 av en rysk bonde från Lipetsk oblast, som med egna händer byggde en mycket enkel biogasinstallation. Han blandade 1500 kg kogödsel med 3500 kg avfall från olika växter, tillsatte vatten (cirka 65% av alla ingrediensers vikt) och värmde blandningen till 35 grader.

Om två veckor är det gratis bränslet klart. Denna lilla anläggning producerade 40 m³ gas per dag, vilket var mer än tillräckligt för att värma huset och uthusen under ett halvår.

Alternativ för anläggningar för biobränsleproduktion

Efter att ha gjort beräkningarna måste du bestämma hur du ska tillverka anläggningen för att få biogas i enlighet med ditt jordbruks behov. Om boskapsbesättningen är liten, duger den enklaste varianten, som är lätt att tillverka på egen hand av tillgängliga material.

För större jordbruk som har en konstant källa till stora mängder råmaterial är det lämpligt att bygga ett industriellt automatiserat biogassystem. I det fallet går det knappast att undvara specialister som utvecklar projektet och monterar anläggningen på professionell nivå.

Schemat visar tydligt hur ett industriellt automatiserat komplex för biogasproduktion fungerar. Byggande i denna skala kan organiseras av flera närliggande jordbruk tillsammans.

Idag finns det dussintals företag som kan erbjuda många alternativ: från färdiga lösningar till utveckling av individuella projekt. För att minska byggkostnaderna kan man samarbeta med grannjordbruken (om sådana finns i närheten) och bygga en gemensam anläggning för biogasproduktion.

Man bör notera att även för att bygga en liten anläggning måste man upprätta lämpliga dokument, göra ett tekniskt schema, en plan för utrustningens och ventilationens placering (om utrustningen installeras inomhus) och genomgå godkännandeförfaranden med hälsoskyddsmyndigheterna, brand- och gasinspektionen.

En mini-anläggning för gasproduktion för att täcka behoven hos en liten privat gård kan göras på egen hand, med utgångspunkt i konstruktionen och specifikationerna hos anläggningar som tillverkas i industriell skala.

Konstruktionerna av anläggningar för att omvandla gödsel och växtorganiskt material till biogas är inte komplicerade. Den industriella prototypen kan mycket väl användas som en mall för att bygga sin egen mini-anläggning.

För gör-det-själv-hantverkare som bestämt sig för att bygga sin egen anläggning behövs en vattenbehållare, vatten- eller avloppsrör i plast, vinkelböjar, tätningar och en gasflaska för lagring av gasen som produceras i anläggningen.

Egenskaper hos biogassystemet

En fullskalig biogasanläggning är ett komplext system bestående av:

1. En bioreaktor där nedbrytningsprocessen av gödsel sker;
2. Ett automatiserat system för tillförsel av organiskt avfall;
3. En anordning för omrörning av biomassan;
4. Utrustning för att upprätthålla optimal temperatur;
5. En gasbehållare – en tank för gaslagring;
6. En mottagare för förbrukade fasta avfall.

Alla ovanstående komponenter installeras i industriella anläggningar som arbetar automatiskt. Hushållsreaktorer har vanligtvis en enklare konstruktion.

Diagrammet visar huvudkomponenterna i ett automatiserat biogassystem. Reaktorns volym beror på den dagliga tillförseln av organiskt råmaterial. För att anläggningen ska fungera fullt ut måste reaktorn fyllas till två tredjedelar av sin volym.

Anläggningens funktionsprincip

Systemets huvudelement är bioreaktorn. Det finns flera utföranden, det viktigaste är att säkerställa konstruktionens täthet och förhindra syreinträngning. Den kan vara utformad som en metallbehållare av olika former (oftast cylindrisk) placerad ovan jord. Ofta används 50 kubikmeter tomma bränsletankar för detta ändamål.

Man kan köpa färdiga behållare med demonterbar konstruktion. Deras fördel är möjligheten till snabb demontering och vid behov transport till en annan plats. Industriella ytinstallationer är lämpliga att använda i stora gårdar där det finns ett konstant inflöde av stora mängder organiskt material.

För små gårdar passar ett nedgrävt tankalternativ bättre. En underjordisk bunker byggs av tegel eller betong. Man kan gräva ner färdiga behållare, till exempel fat av metall, rostfritt stål eller PVC. Det är också möjligt att placera dem ovan jord utomhus eller i ett särskilt avsett rum med god ventilation.

För att tillverka en biogasanläggning kan man köpa färdiga PVC-behållare och installera dem i ett rum utrustat med ventilationssystem.

Oavsett var och hur reaktorn placeras, är den utrustad med en behållare för att ladda gödsel. Innan råmaterialet laddas måste det förberedas: det krossas till fraktioner som inte är större än 0,7 mm och späds ut med vatten. Helst bör substratets fukthalt vara cirka 90%.

Automatiserade industriella anläggningar är utrustade med ett råmaterialtillförselsystem som inkluderar en mottagare där blandningen fuktas till önskad nivå, ett rörledningssystem för vattentillförsel och en pumpanläggning för att överföra massan till bioreaktorn.

I hemanläggningar används separata behållare för att förbereda substratet, där avfallet krossas och blandas med vatten. Sedan laddas massan i mottagningsfacket. I reaktorer som är placerade under jord, leds bunkern för att ta emot substratet utomhus, och den beredda blandningen rinner via självfall genom rörledningen till jäsningskammaren.

Om reaktorn är placerad ovan jord eller inomhus, kan inloppsröret med mottagningsanordningen placeras i den nedre sidan av behållaren. Det är också möjligt att dra röret till den övre delen och sätta en tratt på dess mynning. I detta fall måste biomasan matas med hjälp av en pump.

I bioreaktorn måste man också ha ett utlopp, som görs praktiskt taget i botten av behållaren på motsatt sida från inloppsbunkern. Vid underjordisk placering installeras utloppsröret snett uppåt och leder till en mottagare för avfall, formad som en rektangulär låda. Dess övre kant bör vara lägre än inloppets nivå.

Inlopps- och utloppsrören placeras snett uppåt på olika sidor av behållaren, medan kompensationsbehållaren, dit avfallet kommer, måste vara lägre än mottagningsbunkern.

Processen går till på följande sätt: inloppstratten tar emot en ny sats substrat, som rinner ner i reaktorn. Samtidigt lyfts samma mängd av förbrukad massa genom ett rör upp till avfallsbehållaren, varifrån den sedan öses ut och används som ett högkvalitativt biogödselmedel.

Förvaringen av biogas sker i en gasbehållare. Oftast är den placerad direkt på reaktorns tak och har formen av en kupol eller kon. Den tillverkas av takplåt och målas sedan med flera lager oljefärg för att förhindra korrosion.

I industriella anläggningar som är avsedda för produktion av stora mängder gas, utförs gasbehållaren ofta som en fristående tank som är ansluten till reaktorn via en ledning.

Gasen som produceras genom jäsning är inte lämplig för användning eftersom den innehåller en stor mängd vattenånga, och i det tillståndet kommer den inte att brinna. För att rena den från vattenfraktioner leds gasen genom ett vattenlås. För detta ändamål leds ett rör ut från gasbehållaren, genom vilket biogasen går in i en behållare med vatten, och därifrån leds den via ett plast- eller metallrör till konsumenterna.

Schema över en underjordisk anläggning. Inlopps- och utloppsöppningar måste placeras på motsatta sidor av behållaren. Ovanför reaktorn finns ett vattenlås, genom vilket den producerade gasen leds för torkning.

I vissa fall används speciella gasbehållarpåsar av polyvinylklorid för gasförvaring. Påsarna placeras bredvid anläggningen och fylls gradvis med gas. När de fylls expanderar det elastiska materialet och påsarnas volym ökar, vilket gör det möjligt att tillfälligt lagra en större mängd slutprodukt vid behov.

Villkor för en effektiv drift av bioreaktorn

För effektiv drift av anläggningen och intensiv biogasproduktion krävs en jämn jäsning av det organiska substratet. Blandningen måste hållas i ständig rörelse. Annars bildas en skorpa, nedbrytningsprocessen saktar ner, och i slutändan blir det mindre gas än ursprungligen beräknat.

För att säkerställa aktiv omrörning av biomassan installeras omrörare av nedsänkt eller lutande typ med elektrisk drivning i den övre eller sidodelen av en standardreaktor. I hembyggda anläggningar sker omrörningen mekaniskt med hjälp av en anordning som liknar en hushållsmixer. Den kan manövreras manuellt eller förses med elektrisk drivning.

Vid vertikal placering av reaktorn förs omrörarens handtag ut till den övre delen av anläggningen. Om behållaren är installerad horisontellt, är skruven också placerad i horisontalplanet, och handtaget finns på sidan av bioreaktorn.

En av de viktigaste förutsättningarna för att få biogas är att hålla rätt temperatur i reaktorn. Uppvärmning kan ske på flera sätt. I stationära anläggningar används automatiserade värmesystem som slås på när temperaturen sjunker under en inställd nivå och stängs av när rätt temperatur uppnåtts.

För uppvärmning kan man använda gaspannor, direktvärme med elektriska värmare eller bygga in ett värmeelement i behållarens botten.

För att minska värmeförlusterna rekommenderas att man bygger en liten ram runt reaktorn med ett lager glasull eller täcker anläggningen med isolering. Goda isoleringsegenskaper har expanderad polystyren och andra varianter.

För att anordna ett värmesystem för biomassan kan man dra en rörledning från husets uppvärmning, som matas från reaktorn.

Bestämning av erforderlig volym

Reaktorns volym bestäms utifrån den dagliga mängden gödsel som produceras på gården. Man måste också ta hänsyn till typ av råmaterial, temperatur och jäsningstid. För att anläggningen ska fungera fullt ut fylls behållaren till 85-90% av volymen, minst 10% måste lämnas fritt för gasutsläpp.

Nedbrytningsprocessen av organiskt material i en mesofil anläggning vid en medeltemperatur på 35 grader varar från 12 dygn, varefter de fermenterade resterna avlägsnas och reaktorn fylls med en ny portion substrat. Eftersom avfallet späds med vatten till 90% innan det skickas till reaktorn, måste även mängden vätska beaktas vid bestämning av den dagliga belastningen.

Baserat på de angivna värdena kommer reaktorns volym att vara lika med den dagliga mängden förberett substrat (gödsel med vatten) multiplicerat med 12 (tiden som krävs för nedbrytning av biomassan) och ökat med 10% (behållarens fria volym).

Byggande av underjordsanläggning

Nu ska vi prata om den enklaste anläggningen som gör det möjligt att få biogas i hemmet till lägsta kostnad. Låt oss överväga byggandet av ett underjordiskt system. För att bygga det måste man gräva en grop, dess botten och väggar gjuts med armerad lättklinkerbetong.

På motsatta sidor av kammaren dras in- och utloppshål där sneda rör monteras för att mata in substrat och pumpa ut bearbetad massa.

Utloppsröret med en diameter på cirka 7 cm bör vara nästan i botten av bunkern, dess andra ände monteras i en rektangulär kompensationsbehållare som avfallet ska pumpas till. Rörledningen för tillförsel av substrat är placerad cirka 50 cm från botten och har en diameter på 25-35 cm. Rörets övre del går in i facket för mottagning av råmaterial.

Reaktorn måste vara helt tät. För att förhindra att luft tränger in måste behållaren täckas med ett lager bitumenisolering.

Den övre delen av behållaren är en gasklocka med kupol- eller konform. Den tillverkas av metallplåt eller takplåt. Man kan också avsluta konstruktionen med ett tegelvalv, som sedan kläs med stålnät och putsas. Ovanpå gasklockan måste en tät lucka göras, ett gasrör som går genom en vattenlås installeras och en tryckavlastningsventil monteras.

För att blanda substratet kan anläggningen utrustas med ett dräneringssystem som fungerar enligt bubbelprincipen. För att göra detta, fäst plaströr vertikalt inuti konstruktionen så att deras övre kant är ovanför substratnivån. Gör många hål i dem. Gas under tryck kommer att pressas ner, och när bubblorna stiger uppåt blandar de biomassan i behållaren.

Om du inte vill bygga en betongbehållare kan du köpa en färdig PVC-tank. För att hålla värmen måste den omges av ett lager isolering – expanderad polystyren. Gropens botten gjuts med armerad betong i ett 10 cm lager. PVC-tankar kan användas om reaktorvolymen inte överstiger 3 m³.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Hur man gör den enklaste anläggningen av en vanlig tunna får du veta om du tittar på videon:

Hur byggandet av en underjordisk reaktor går till kan du se i videoreportaget:

Hur gödsel laddas i den underjordiska anläggningen visas i nästa klipp:

En anläggning för att producera biogas från gödsel gör att du kan spara betydligt på värme- och elkostnader och använda organiskt material, som finns i överflöd på varje gård, till god nytta. Innan du börjar bygga måste du noggrant räkna ut och förbereda allt.

Den enklaste reaktorn kan du göra på några dagar själv med enkla medel. Om gården är stor är det bäst att köpa en färdig anläggning eller kontakta specialister.

Om du har frågor eller förslag som du vill dela med webbplatsens besökare, vänligen lämna kommentarer i blocket nedan.