Biogasanläggning för villa: rekommendationer för egen konstruktion

En sparsam husägare drömmer om billiga energiresurser, effektiv avfallshantering och produktion av gödsel. En hemmabyggd biogasanläggning är ett prisvärt sätt att förverkliga drömmen.

Att bygga en sådan anläggning själv kostar inte mycket, och den producerade gasen blir ett bra tillskott i hushållet: den kan användas för matlagning, uppvärmning av huset och andra behov.

Låt oss försöka förstå hur denna utrustning fungerar, dess fördelar och nackdelar. Och om det är möjligt att själv bygga en biogasanläggning och om den kommer att vara effektiv.

Specifikationer för biogasproduktion

Biogas bildas genom jäsning av biologiskt substrat. Det bryts ned av hydrolytiska, syrabildande och metanbildande bakterier. Den gasblandning som bakterierna producerar är brännbar eftersom den innehåller en hög andel metan.

Till sina egenskaper skiljer den sig knappast från naturgas som används för industriella och hushållsändamål.

Varje husägare kan om så önskas köpa en industriellt tillverkad biogasinstallation, men det är dyrt och investeringen betalar sig inom 7-10 år. Därför är det meningsfullt att anstränga sig och bygga en bioreaktor själv.

Biogas är ett miljövänligt bränsle, och tekniken för att framställa det påverkar miljön obetydligt. Dessutom används avfallsprodukter, som behöver tas om hand, som råvara för biogas.

De placeras i en bioreaktor, där omvandlingen sker:

• under en viss tid utsätts biomassan för bakteriers inverkan. Jäsningstiden beror på råvarans volym;
• genom anaeroba bakteriers verksamhet frigörs en brännbar gasblandning som består av metan (60 %), koldioxid (35 %) och vissa andra gaser (5 %). Vid jäsningen bildas också små mängder av den potentiellt farliga svavelväten. Den är giftig, och det är därför mycket oönskat att människor utsätts för den;
• gasblandningen från bioreaktorn renas och leds till en gasklocka, där den lagras tills den används för sitt ändamål;
• gasen från gasklockan kan användas precis som naturgas. Den leds till hushållsapparater – gasugnar, värmepannor etc.;
• den nedbrutna biomassan måste avlägsnas regelbundet från jäsningskammaren. Detta innebär extra arbete, men ansträngningen lönar sig. Efter jäsningen omvandlas råvaran till ett högkvalitativt gödselmedel som används på åkrar och i trädgårdar.

En biogasinstallation är bara lönsam för en villaägare om den har ständig tillgång till avfall från djurgårdar. I genomsnitt kan man få 70–80 m³ biogas från 1 m³ substrat, men gasproduktionen är ojämn och beror på många faktorer, bl.a. biomassans temperatur. Detta försvårar beräkningarna.

Biogasinstallationer är idealiska för jordbruk. Djurens avfallsprodukter kan ge tillräckligt med gas för att fullständigt värma upp bostadsutrymmen och ekonomibyggnader.

För att gasproduktionen ska vara stabil och kontinuerlig är det bäst att bygga flera biogasinstallationer och mata in substratet i jäsningskamrarna vid olika tidpunkter. Sådana installationer arbetar parallellt, och råvaran fylls på i sekvens.

Detta garanterar konstant gasproduktion, vilket gör det möjligt att få en kontinuerlig tillförsel av gas till hushållsapparaterna.

Ideal bör bioreaktorn värmas upp. Var 10:e grad värme fördubblar gasproduktionen. Även om installation av uppvärmning kräver investering, lönar det sig genom högre effektivitet i konstruktionen.

Hemmagjord biogasanläggning, byggd av enkla material, kostar mycket mindre än industriella installationer. Dess effektivitet är lägre, men motsvarar de investerade medlen. Om du har tillgång till gödsel och vill lägga ner eget arbete på montering och underhåll av konstruktionen är detta mycket lönsamt.

Fördelar och nackdelar med systemet

Biogasanläggningar har många fördelar, men också en hel del nackdelar, så innan du börjar projektera och bygga bör du väga allt:

• Avfallshantering. Tack vare biogasanläggningen kan du få maximal nytta av avfall som du ändå måste bli av med. Denna hantering är mindre farlig för miljön än att gräva ner avfall.
• Förnybar råvara. Biomassa är inte kol eller naturgas, vars utvinning utarmar resurserna. Vid jordbruk uppstår råvara ständigt.
• Relativt liten mängd CO2. Vid gasproduktion förorenas inte miljön, men vid användning släpps en liten mängd koldioxid ut i atmosfären. Den är inte farlig och kan inte kritiskt förändra ekologin, eftersom växter absorberar den under tillväxten.
• Måttlig svavelutsläpp. Vid förbränning av biogas släpps en liten mängd svavel ut i atmosfären. Detta är negativt, men omfattningen märks i jämförelse: vid förbränning av naturgas är föroreningen av miljön med svaveloxider mycket större.
• Stabil drift. Biogasproduktion är mer stabil än drift av solpaneler eller vindkraftverk. Medan sol- och vindenergi inte kan styras, är biogasanläggningar beroende av mänsklig aktivitet.
• Man kan använda flera anläggningar. Gas innebär alltid risker. För att minska potentiell skada vid en olycka kan man sprida ut flera biogasanläggningar på tomten. Om man projekterar och bygger ett system med flera fermentorer på rätt sätt kommer det att fungera stabilare än en enda stor bioreaktor.
• Fördelar för jordbruket. För att få biomassa odlas vissa växtarter. Man kan välja sådana som förbättrar markens tillstånd. Till exempel minskar sorghum jorderosion och förbättrar markkvaliteten.

Biogas har också nackdelar. Även om det är ett relativt rent bränsle, förorenar det ändå atmosfären. Det kan också uppstå problem med leveranser av växtbiomassa.

Oansvariga ägare av anläggningar skördar den ofta på ett sätt som utarmar jorden och stör den ekologiska balansen.

Lönsamhetsberäkning för anläggningen

Som råmaterial för biogasproduktion används vanligtvis kogödsel. En vuxen ko kan ge så mycket att det räcker till 1,5 m³ bränsle; en gris – 0,2 m³; en höna eller kanin (beroende på kroppsvikt) – 0,01–0,02 m³. För att förstå om detta är mycket eller lite kan man jämföra med mer bekanta resurser.

1 m³ biogas ger samma mängd värmeenergi som:

• ved – 3,5 kg;
• kol – 1–2 kg;
• elektricitet – 9–10 kWh.

Om man känner till den ungefärliga vikten av jordbruksavfall som kommer att finnas tillgängligt under de närmaste åren och mängden energi som behövs, kan man beräkna lönsamheten för biogasanläggningen.

En av de största nackdelarna med biogasproduktion är lukten. Möjligheten att använda små komposthögar är en stor fördel, men man måste stå ut med obehaget och noggrant kontrollera processen för att inte främja spridning av sjukdomsframkallande mikroorganismer.

För inmatning i bioreaktorn förbereds ett substrat med flera komponenter i följande proportioner:

• gödsel (helst ko- eller svingödsel) – 1,5 ton;
• organiskt avfall (kan vara förmultnade löv eller andra växtdelar) – 3,5 ton;
• vatten uppvärmt till 35 grader (mängden varmt vatten beräknas så att dess massa utgör 65–75 % av den totala mängden organiskt material).

Substratberäkningen är gjord för en sats på ett halvår, om du utgår från måttlig gasförbrukning. Efter ungefär 10-15 dagar kommer fermenteringsprocessen att ge de första resultaten: gas uppträder i små mängder och börjar fylla lagret. Efter 30 dagar kan du förvänta dig full produktion av bränsle.

Utrustning för biogasproduktion är ännu inte särskilt utbredd i vårt land. Till stor del beror detta på människors dåliga kunskap om fördelarna och funktionerna hos biogassystem. I Kina och Indien är många små jordbruk utrustade med hemmagjorda anläggningar för att få ytterligare rent bränsle.

Om anläggningen fungerar korrekt kommer biogasvolymen gradvis att öka tills substratet har ruttnat. Konstruktionens prestanda beror direkt på biomassafermenteringshastigheten, som i sin tur är kopplad till substratets temperatur och fuktighet.

Instruktion för självbyggnation

Om du inte har erfarenhet av att montera komplexa system, är det vettigt att välja eller utveckla den enklaste ritningen för en biogasinstallation för ett privat hus.

Ju enklare konstruktion, desto mer pålitlig och hållbar. Senare, när du har fått färdigheter i byggande och hantering av systemet, kan du omarbeta utrustningen eller montera en extra anläggning.

I dyra konstruktioner av industriell tillverkning finns system för omrörning av biomassa, automatisk uppvärmning, gasrening etc. Hushållsutrustning är inte så komplicerad. Det är bättre att montera en enkel anläggning och sedan lägga till de delar som du behöver.

Vid beräkning av fermentorvolymen bör du sikta på 5 kubikmeter. En sådan anläggning ger den mängd gas som behövs för att värma ett privat hus på 50 kvadratmeter, om du använder en gaspanna eller spis som värmekälla.

Detta är ett genomsnittligt värde eftersom biogasens värmevärde vanligtvis inte överstiger 6000 kcal/kubikmeter.

För att fermenteringsprocessen ska fortgå någorlunda stabilt måste du uppnå rätt temperaturförhållanden. För detta placerar du bioreaktorn i en grop i marken eller så planerar du i förväg en pålitlig värmeisolering. Konstant uppvärmning av substratet kan du säkerställa genom att dra ett vattenvärmeledningsrör under fermentorns bas.

Byggandet av en biogasinstallation kan delas in i flera steg.

Steg 1 – förberedelse av gropen för bioreaktorn

Praktiskt taget hela biogasinstallationen ligger under jord, så mycket beror på hur gropen grävdes och bekläddes. Det finns flera alternativ för att förstärka väggarna och täta gropen – plast, betong, polymerringar.

Optimal lösning – att köpa färdiga polymerringar med botten. De blir dyrare än enkla material, men då krävs ingen extra tätning. Polymerer är känsliga för mekanisk belastning, men tål fukt och kemiskt aggressiva ämnen. De går inte att reparera, men vid behov är de lätta att byta ut.

Intensiteten i substratets jäsning och gasutbytet beror på förberedelsen av bioreaktorns väggar och botten, därför förstärker, isolerar och tätar man gropen noggrant. Detta är det mest komplicerade och arbetskrävande steget.

Steg 2 – installation av gasdränering

Att köpa och installera specialomrörare för biogasanläggningar är dyrt. Systemet kan göras billigare genom att installera gasdränering. Den består av vertikalt installerade polymera avloppsrör med många hål.

Vid beräkning av dräneringsrörens längd bör man utgå från den planerade fyllnadsdjupet i bioreaktorn. Rörens övre delar bör vara ovanför denna nivå.

För gasdränering kan man välja metall- eller polymerrör. De förra är starkare, medan de senare är mer resistenta mot kemikalier. Det är bättre att välja polymerer eftersom metall snabbt rostar och ruttnar.

I en färdig bioreaktor kan substrat omedelbart laddas. Det täcks med plastfolie för att gasen som frigörs under fermenteringen ska hållas under lätt tryck. När kupolen är klar kommer detta att säkerställa normal tillförsel av biometan via utloppsröret.

Steg 3 – montering av kupolen och rören

Det sista steget i monteringen av den enklaste biogasanläggningen är montering av den kupolformade toppdelen. På kupolens högsta punkt installeras ett gasutloppsrör som dras till gasbehållaren, utan vilken det inte går.

Bioreaktorns behållare täcks med ett tätt lock. För att förhindra att biometan blandas med luft installeras en vattenlås. Den fungerar även för gasrening. Man måste förse med en avlastningsventil som aktiveras om trycket i fermentorn blir för högt.

Mer detaljerat om hur man gör biogas från gödsel läs i detta material.

Bioreaktorns fria utrymme fungerar i viss mån som gaslager, men det räcker inte för en säker drift av anläggningen. Gasen måste förbrukas kontinuerligt, annars kan en explosion orsakas av övertryck under kupolen.

Metoder för uppvärmning av bioreaktorn

Mikroorganismer som bearbetar substratet finns ständigt i biomassan, men för deras intensiva förökning krävs en temperatur på 38 grader eller högre.

För uppvärmning under kalla perioder kan man använda en slinga kopplad till husets värmesystem eller elektriska värmare. Det första alternativet är mer ekonomiskt fördelaktigt, så det används oftare.

En biogasanläggning behöver inte nödvändigtvis grävas ner i marken, det finns andra sätt att arrangera den. Ett exempel på ett system byggt av fat visas i videon nedan.

Det enklaste är att ordna uppvärmning underifrån genom att lägga ett rör från värmesystemet, men effektiviteten hos en sådan värmeväxlare är relativt låg. Det är bättre att ordna extern uppvärmning, helst med ånga, så att biomassan inte överhettas.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Även om det inte är svårt att montera och installera biogasutrustning, måste man vara extremt noggrann med detaljerna. Misstag är inte tillåtna eftersom de kan leda till explosioner och skador. Vi erbjuder videoinstruktioner som hjälper dig att förstå anläggningarnas konstruktion, montera dem korrekt och komplettera med användbara tillbehör för bekvämare användning av biogas.

I videon visas hur en standard biogas anläggning är uppbyggd och fungerar:

Exempel på en hemmagjord biogas anläggning. Videolektion om att bygga systemet själv:

Videoinstruktion för montering av en biogas anläggning från ett fat:

Beskrivning av tillverkningsprocessen för omrörare till substratet:

Detaljerad beskrivning av hur en hemmagjord gaslagring fungerar:

Oavsett hur enkel den biogas anläggning som väljs för ett privat hus än är, bör man inte spara på den. Om möjligt är det bättre att köpa en demonterbar industriell bioreaktor.

Om inte – tillverka den av högkvalitativa och hållbara material: polymer, betong eller rostfritt stål. Detta gör det möjligt att skapa ett verkligt pålitligt och säkert gasförsörjningssystem för hemmet.

Har du frågor om artikelns ämne, hittat brister eller har du värdefull information som du kan dela med våra läsare? Vänligen lämna dina kommentarer, ställ frågor och dela din erfarenhet.