Эксплуатация и строительство современной биогазовой установки
От биомассы к устойчивой энергетике
Биогазовая установка строится таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия для производства биогаза: биомасса хранится в больших емкостях ("метантенках"), где она ферментируется в отсутствие света и кислорода. Анаэробная ферментация проходит в четыре этапа, в ходе которых каждая специализированная бактерия шаг за шагом перерабатывает биомассу, производя биогаз. Эти этапы выглядят следующим образом:
- Первый этап: гидролиз (сбраживание сырья)
- Второй этап: ацидогенез (подкисление)
- Третий этап: ацетогенез (образование уксусной кислоты)
- Четвертый этап: метаногенез (образование метана)
Сам биогаз состоит в основном из метана и углекислого газа, а также из множества других газов, таких как сероводород, азот, кислород и аммиак. В конце процесса ферментации остается остаток брожения - "дигестат", который можно использовать в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Таким образом, завершается природный цикл.
Биогазовая установка -"бетонная корова"
С учетом описанных выше этапов процесса можно отметить большое сходство с пищеварительной системой коровы - именно поэтому биогазовую установку также называют "бетонной коровой". Как в биогазовой установке, так и в пищеварительной системе жвачных животных бактерии превращают биомассу в энергию. В современных биогазовых установках процесс, известный как "подготовка субстрата", эквивалентен жеванию коровы. Гидролиз происходит в желудке коровы. Подкисление и образование уксусной кислоты происходит в омасуме и абомасуме, а энергия вырабатывается (т.е. всасывается в организм коровы) в тонком и толстом кишечнике. Еще одно поразительное сходство заключается в твердом исходном материале (субстрате). Многие фермеры “кормят” биогазовые установки и коров возобновляемыми материалами, такими как кукурузный и травяной силос.
Элементы биогазовой установки
Важными основными элементами любой биогазовой установки являются следующие:
- Субстрат / подача твердых веществ
- Бак метантенка
- Миксеры для перемешивания в метантенках
- Хранение газа
- Хранение остатков ферментации и оставшегося ферментированного материала
- Утилизация биогаза обычно используется для когенерационной установки или, реже, для переработки и хранения газа в сети
.
Когенерационная установка представляет собой газовый двигатель, соединенный с генератором, который вырабатывает электричество (мощность) из энергии биогаза. Смесители необходимы, так как только они могут создать оптимальные условия для выработки биогаза, когда реактор хорошо и равномерно перемешивается. Задача подачи твердых веществ состоит в том, чтобы ввести твердую биомассу в метантенк. В идеале это происходит при низком потреблении энергии и бесперебойной работе, независимо от типа биомассы.
Твердое вещество, которое может быть использовано в биогазовой установке, зависит от нескольких факторов. В основном, органическое вещество должно быть очень плотным, так как только оно может быть преобразовано в биогаз. Время пребывания в метантенке должно соответствовать используемому твердому веществу. Если это время слишком мало, то бактерии не успевают расщепить большую часть твердого вещества. В результате энергия, содержащаяся в биомассе, используется не полностью. С технологической точки зрения это не является проблемой, но влияет на рентабельность работы биогазовой установки. Материалы с высоким потреблением энергии также не обеспечивают автоматически наиболее экономичный выход биогаза. Необходимо также учитывать стоимость исходного материала и фактическую энергию, которую он может обеспечить.
