Der Anstieg der Energiepreise zwingt zur Suche nach alternativen Heizmöglichkeiten. Gute Ergebnisse können durch die Eigenproduktion von Biogas aus verfügbaren organischen Rohstoffen erzielt werden. In diesem Artikel werden wir über den Produktionszyklus, die Bioreaktorvorrichtung und die zugehörigen Geräte sprechen..
Vorbehaltlich grundlegender Betriebsregeln ist der Gasreaktor völlig sicher und in der Lage, selbst ein kleines Haus, sogar einen gesamten agroindustriellen Komplex, mit Brennstoff und Strom zu versorgen. Das Ergebnis der Arbeit des Bioreaktors ist nicht nur Gas, sondern auch eine der wertvollsten Arten von Düngemitteln, der Hauptbestandteil des natürlichen Humus.
Wie Biogas gewonnen wird
Um Biogas zu gewinnen, werden organische Rohstoffe unter Bedingungen gebracht, die für die Entwicklung verschiedener Arten von Bakterien günstig sind, die während ihres Lebens Methan emittieren. Biomasse durchläuft drei Transformationszyklen, und in jedem Stadium nehmen verschiedene Stämme anaerober Organismen teil. Sauerstoff wird für ihre Lebensdauer nicht benötigt, aber die Zusammensetzung des Rohmaterials und seine Konsistenz sowie Temperatur und Innendruck sind von großer Bedeutung. Bedingungen mit einer Temperatur von 40–60 ° C bei einem Druck von bis zu 0,05 atm gelten als optimal. Der beladene Rohstoff beginnt nach längerer Aktivierung, die mehrere Wochen bis sechs Monate dauert, Gas zu produzieren.
Der Beginn der Gasfreisetzung im berechneten Volumen weist darauf hin, dass die Bakterienkolonien bereits sehr zahlreich sind. Daher wird nach 1–2 Wochen frisches Rohmaterial in den Reaktor dosiert, der fast sofort aktiviert wird und in den Produktionszyklus eintritt.
Um optimale Bedingungen aufrechtzuerhalten, werden die Rohstoffe regelmäßig gemischt, wobei ein Teil der Wärme aus der Gasheizung verwendet wird, um die Temperatur aufrechtzuerhalten. Das resultierende Gas enthält 30 bis 80% Methan, 15-50% Kohlendioxid, kleine Verunreinigungen von Stickstoff, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff. Für den Hausgebrauch wird Gas durch Entfernen von Kohlendioxid angereichert. Danach kann der Brennstoff in einer Vielzahl von Kraftgeräten eingesetzt werden: von Motoren von Kraftwerken bis hin zu Heizkesseln..
Welche Rohstoffe sind für die Produktion geeignet?
Entgegen der landläufigen Meinung ist Gülle nicht der beste Rohstoff für die Biogaserzeugung. Der Kraftstoffausstoß einer Tonne sauberer Gülle beträgt nur 50-70 m3 mit einer Konzentration von 28-30%. In tierischen Abfällen wird jedoch festgestellt, dass die meisten der erforderlichen Bakterien schnell anlaufen und einen effizienten Betrieb des Reaktors aufrechterhalten..
Aus diesem Grund wird Gülle im Verhältnis 1: 3 mit Ernte- und Lebensmittelabfällen gemischt. Als pflanzliche Rohstoffe werden verwendet:
Rohes Material Produktion von 1 Tonne Rohstoffen СН Konzentration4 Silage von Maisstielen und Maiskolben 400 m3 50-56% Gras und Getreidesilage 200-230 m3 49-54% Futterkartoffeln, Rüben, Getreide 500-600 m3 50-65% Abfälle aus Bäckereien und der Lebensmittelindustrie (Sojabohnen, Hafer) 700-750 m3 55-58% Pflanzenöle, Fett, Glycerin 8500-1200 m3 65-68% Rohstoffe können nicht einfach in den Reaktor gegossen werden, es sind einige Vorbereitungen erforderlich. Das ursprüngliche Substrat wird auf eine Fraktion von 0,4 bis 0,7 mm zerkleinert und mit Wasser in einer Menge von etwa 25 bis 30% des Trockengewichts verdünnt. In großen Mengen erfordert das Gemisch ein gründlicheres Mischen in Homogenisierungsvorrichtungen, wonach es zum Laden in den Reaktor bereit ist.
Bioreaktorkonstruktion
Die Anforderungen an die Bedingungen für die Platzierung des Reaktors sind dieselben wie für eine passive Klärgrube. Der Hauptteil des Bioreaktors ist der Fermenter – ein Behälter, in dem der gesamte Fermentationsprozess stattfindet. Um die Kosten für das Erhitzen der Masse zu senken, wird der Reaktor in den Boden gegraben. Somit fällt die Temperatur des Mediums nicht unter 12–16 ° C und der während der Reaktion gebildete Wärmeabfluss bleibt minimal.
Diagramm der Biogasanlage: 1 – Rohstoffladebunker; 2 – Biogas; 3 – Biomasse; 4 – Tankkompensator; 5 – Luke für die Abfallgewinnung; 6 – Überdruckventil; 7 – Gasrohr; 8 – Wasserdichtung; 9 – an die Verbraucher
Für Fermenter bis 3 m3 Es dürfen Nylonbehälter verwendet werden. Da die Dicke und das Material ihrer Wände den Wärmeabfluss nicht beeinträchtigen, sind die Behälter mit Schichten aus expandiertem Polystyrol oder feuchtigkeitsbeständiger Mineralwolle bedeckt. Der Boden der Grube wird mit einem 7-10 cm großen Estrich mit Verstärkung betoniert, um zu verhindern, dass der Reaktor aus dem Boden gedrückt wird.
Das am besten geeignete Material für den Bau großer Reaktoren ist Stahlbeton. Es hat eine ausreichende Festigkeit, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine lange Lebensdauer. Vor dem Gießen der Wände der Kammer muss ein geneigtes Rohr montiert werden, um das Gemisch dem Reaktor zuzuführen. Sein Durchmesser beträgt 200-350 mm, das untere Ende sollte 20-30 cm vom Boden entfernt sein.
Im oberen Teil des Fermenters befindet sich ein Gasbehälter – eine Kuppel oder konische Struktur, die das Gas am oberen Punkt konzentriert. Der Gasbehälter kann aus Blech bestehen. In kleinen Installationen wird das Gewölbe jedoch aus Mauerwerk hergestellt und anschließend mit Stahlgitter gepolstert und verputzt. Bei der Konstruktion eines Gastanks ist es erforderlich, in seinem oberen Teil einen abgedichteten Durchgang aus zwei Rohren vorzusehen: für die Gasaufnahme und die Installation eines Überdruckventils. Ein weiteres Rohr mit einem Durchmesser von 50-70 mm wird zum Abpumpen der Abfallmasse verlegt.
Das Reaktorgefäß muss verschlossen sein und einem Druck von 0,1 atm standhalten. Zu diesem Zweck wird die Innenfläche des Fermenters mit einer durchgehenden Schicht einer beschichteten Bitumenabdichtung bedeckt, und eine versiegelte Luke ist oben am Gastank angebracht..
Gasentfernung und -anreicherung
Unter der Kuppel des Gasbehälters wird Gas durch eine Rohrleitung in einen Behälter mit Wasserdichtung umgeleitet. Die Dicke der Wasserschicht über dem Rohrauslass bestimmt den Betriebsdruck im Reaktor und beträgt normalerweise 250–400 mm.
Nach der Wasserdichtung kann das Gas in Heizgeräten und zum Kochen verwendet werden. Verbrennungsmotoren benötigen jedoch zum Betrieb einen höheren Methangehalt, so dass das Gas angereichert wird.
Die erste Stufe der Anreicherung besteht darin, die Kohlendioxidkonzentration im Gas zu verringern. Zu diesem Zweck können Sie spezielle Geräte verwenden, die nach dem Prinzip der chemischen Absorption oder auf semipermeablen Membranen arbeiten. Zu Hause ist eine Anreicherung auch möglich, indem Gas durch die Wassersäule geleitet wird, in der bis zur Hälfte des CO gelöst ist2. Das Gas wird durch röhrenförmige Belüfter zu kleinen Blasen zerstäubt. Das kohlensäurehaltige Wasser muss regelmäßig entfernt und unter normalen atmosphärischen Bedingungen gesprüht werden. In Pflanzenkomplexen wird solches Wasser erfolgreich in Hydrokultursystemen eingesetzt.
In der zweiten Stufe der Anreicherung wird der Feuchtigkeitsgehalt des Gases verringert. Diese Funktion ist in den meisten werkseitig hergestellten Abrichtvorrichtungen enthalten. Hausgemachte Trockenmittel sehen aus wie ein mit Kieselgel gefülltes Z-Rohr.
Biogasnutzung: Spezifität und Ausstattung
Die meisten modernen Modelle von Heizgeräten sind für die Arbeit mit Biogas ausgelegt. Veraltete Kessel können relativ einfach durch Austausch des Brenners und der Luft-Gas-Aufbereitungsvorrichtung wieder ausgestattet werden.
Um Gas unter Betriebsdruck zu erhalten, wird ein herkömmlicher Kolbenkompressor mit einem Empfänger verwendet, der so eingestellt ist, dass er bei einem Druck arbeitet, der das 1,2-fache des Auslegungsdrucks beträgt. Die Drucknormalisierung wird von einem Gasregler durchgeführt. Dies hilft, Tropfen zu vermeiden und eine gleichmäßige Flamme aufrechtzuerhalten.
Die Leistung des Bioreaktors sollte mindestens 50% höher sein als der Verbrauch. Bei der Produktion wird kein überschüssiges Gas erzeugt: Wenn der Druck 0,05–0,065 atm überschreitet, wird die Reaktion fast vollständig verlangsamt und erst nach dem Abpumpen eines Teils des Gases wiederhergestellt.
Wie können wir Bioabfälle am kosteneffizientesten und umweltfreundlichsten recyceln? Welche Technologien und Verfahren werden in Biogasanlagen eingesetzt, um diese Abfälle gewinnbringend umzuwandeln? Welche Vorteile bietet die Biogaserzeugung im Vergleich zu anderen Abfallbehandlungsmethoden?