Біогаз

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
StatfjordA(Jarvin1982).jpg
Паливо
Фізичні основи

Сонце · Сонячна радіація
Фотосинтез · Рослини · Біомаса
Гуміфікація · Скам'яніння
Горіння

Викопне паливо

Вугілля · Горючі сланці · Гідрат метану · Нафта · Природний газ · Торф

Природне невикопне паливо

Водорості · Деревина · Рослинні і тваринні жири та олії · Трава

Штучне паливо

Біопаливо · ВВВС · Генераторні гази · Кокс · Моторні палива

Концепції

Енергетична біосировина

Біога́з (також каналізаційний газ[1]) — різновид біопалива — газ, який утворюється при мікробіологічному розкладанні метановим угрупованням біомаси чи біовідходів (розкладання біомаси відбувається під впливом трьох видів бактерій), твердих і рідких органічних відходів: на звалищах, болотах, каналізації, вигрібних ямах тощо.[2] Добувають із відходів тваринництва, харчової промисловості, стічних вод та твердих побутових відходів (відсортованих, без неорганічних домішок, та домішок неприродного походження). Тобто застосовувати можна будь-які місцеві природні ресурси.

Склад газу нестабільний і залежить від багатьох факторів : курячий послід , коров'ячий та свинячий гній мають в своєму складі бактерій здатних підтримувати метанове бродіння , але залишковий матеріал не сприяє особливо високому вмісту метану . Більший вміст метану може дати введення в розкладувану суміш відходів боєнь , особливо якщо вони містять жир . Послід та гній може бути лише джерелом бактерій , основним матеріалом можуть бути відходи деревообробної промисловості чи опале листя , але вони бідні на зв'язаний азот необхідний для розвитку бактерій ( може бути внесений із сечею ) . Склад біогазу: 55-75% метану, 25-45% СО2, незначні домішки водню (Н2) і сірководню (Н2S), азоту, ароматичних вуглеводнів, галогено-ароматичних вуглеводнів.[3] Відпрацьована маса може бути використана як органічне добриво ( при зв'язуванні сірки у відпрацьованій масі покращується якість добрив та зменшується корозійна здатність продуктів горіння газу через зменшення в їх складі кількості SO2) .

Отриманий в результаті метанового бродіння біогаз, як правило, поступається за теплотворними властивостями природному газу. Проте після відповідної технологічної сепарації (поглинання і використання на інші технологічні потреби наявного вуглекислого газу) перевершує природний газ за теплотворністю.[4]

Утворення газу[ред.ред. код]

Сам процес утворення газу — це так зване метанове бродіння. Його суть полягає в анаеробному бродінні (без доступу повітря), яке відбувається внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів і супроводиться рядом біохімічних реакцій. Власне сам процес утворення газу (біогазу) складається з двох етапів: перший — розщеплення мікроорганізмами біополімерів до мономерів, другий — переробка мономерних біомолекул мікроорганізмами.

Перша стадія досить енергетично невигідний процес, в її результаті вивільняється замало вільної енергії, якою могли б живитися мікроорганізми, тому для успішного проходження даного етапу потрібно підтримувати умови для успішного розвитку мікрофлори.

Другий етап — процес окиснення утворених мономерних молекул, звичайний природний окисно-відновний процес. Але за умов відсутності стандартного окисника даного процесу (кисню повітря) відбувається диспропорціонування за ступенями окиснення присутніх в молекулах атомів (сірка, азот та карбон). В результаті чого ми отримуємо бажаний метан (CH4), та гази-домішки, які вважаються не корисними, і навіть шкідливими: CO2, NH3, H2S . В промисловому виробництві три вказані домішкові гази (домішка амоніаку не може бути високою оскільки він зв'язується в солі двома іншими домішковими газами) відділяють або мембранним способом (видалення азоту і CO2), або пропускаючи сирий біогаз під тиском через воду , яка розчиняє CO2 та H2S . В домашніх умовах для поглинання CO2 можна використати розчин кальцинованої соди або водяну суспензію крейди (дешевше). В першому випадку з розчину може випадати осад менш розчинної питної соди (бікарбонат) в другому крейда частково розчинятиметься з утворенням бікарбонату кальцію. В обох випадках осад (розчин) регенерується прогріванням ("кальцинуванням" осаду соди або кип'ятінням розчину) , але в другому випадку крейда може утворюватись у вигляді щільного шару (накипу) який важче використати повторно . Необхідність регенерації поглинача CO2 можна визначити по втраті ефективності поглинання : зниження теплотворної здатності газу або утворення осаду при пропусканні через вапняну воду (утворений осад розчиняється в надлишку CO2, крім того цим методом можна виявити досить незначні домішки CO2, тобто для використання потребує певного досвіду). Сірководень логічніше зв'язувати в самій реакційній масі , оскільки це покращує її як добриво , додаванням гідратованого окису заліза (іржі) або просто дрібної залізної стружки .

Сірководень виявляється пропусканням газу через розчин Купрум сульфату (мідного купоросу): при його наявності в газі випадає чорний осад CuS .

Для "запуску" біореактор має бути доведений до робочої температури, тому для роботи при холодному кліматі повинен передбачати початковий підігрів і теплоізоляцію (для бактерій з пташиного посліду звична вища температура , оскільки у птахів нормальна температура тіла вища за 40°C).

Якщо в біореакторі при завантаженні залишається значний об'єм заповнений повітрям вихідна суміш на початку роботи може бути вибухонебезпечною. Для запобігання поширенню детонації по трубі в ферментатор (біореактор) крім гідрозатвора, який може поєднувати функцію вловлювача CO2, ближче до виходу в трубі можна розмістити жмут тонкого мідного дроту. Принцип гасіння детонаційної хвилі на мідному дроті полягає в поглинанні та розсіянні теплової енергії. Ця ідея була використана в розроблених Майклом Фарадеєм для копалень світильників в яких повітря надходило через мідну сітку (в сучасних гасових лампах ця властивість не є такою критичною, тому сітка частіше залізна). Для виявлення в газі кисню можна використати кольорові реакції з NO або сполуками одновалентної міді.

Біогаз, одержуваний з відходів життєдіяльності тварин і птахів, може замінити в Україні 6 млрд м3 природного газу, однак для його одержання необхідні значні інвестиції, строк окупності яких становить 4 - 5 років. Китай проектує через кілька років довести виробництво біогазу до 100—120 млрд м³. Щорічні потреби споживання в Україні становлять 10 млрд м³ природного газу (2013 рік).

Звалищний газ[ред.ред. код]

Одним з перспективних джерел енергії є звалищний газ, що утворюється в результаті розкладання органічної частини твердих побутових відходів в анаеробних умовах, що виникають невдовзі після їхнього санітарного поховання. Тільки в містах утворюється 400—450 млн т твердих побутових відходів на рік. Вихід газу з теплотою згоряння 17-20 МДж/м3 становить 100 м3/т твердих побутових відходів протягом 20 років зі швидкістю 5 м3/т у рік. Потенціал звалищного газу в країнах Європейського Союзу наближається до 9 млрд м3/рік, у США — 13 млрд м3/рік, в Україні — близько 1 млрд м3 на рік. Зі звалищ може бути добутий за допомогою свердловини і вакуум-насосів.[3]

Екологія[ред.ред. код]

Виробництво біогазу дозволяє скоротити кількість викидів метану в атмосферу. Метан вносить серйозні корективи до стану атмосфери Землі. Формується так звана «лінза» зі всіляких газів і особливо з'єднань вуглецю, яка перешкоджає виходу тепла в космічний простір. Таким чином, тепло концентрується в самій атмосфері, і на планеті стає все спекотніше і спекотніше. В цьому процесі метан має в 21 раз сильніший негативний вплив, ніж двоокис вуглецю. Таким чином виробництво біогазу і подальше його використання для виробництва тепла і електроенергії є найефективнішим засобом боротьби з глобальним потеплінням. Біомаса, яка залишається після переробки відходів може використовуватись в сільському господарстві як добриво. Причому такі добрива значно краще і ефективніше впливають на ґрунт, на розвиток рослин та на ґрунтові води, на відміну від штучних добрив.

Посилання[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Бабич О.С., Улексін В.О., Годяєв С.Г. Обґрунтування можливості ефективного використання каналізаційного газу для одержання енергії шляхом спалювання його в газодизелі / Строительство, материаловедение, машиностроение Сборник научных трудов Наукова періодика України, 2011 № 3(62)
  2. О.С. Бабич, П.М. Кухаренко, В.О. Улексін Біогаз як місцевий енергоресурс для сільськогосподарських підприємств / Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України Збірник наукових праць
  3. а б Степаненко Д.С., Проскурня Т.О. Добування та утилізація біогазу з відходів / Праці Таврійського державного агротехнологічного університету Збірник наукових праць, 2009, Вип.9 Т.5 ISSN: 2078-0877
  4. Іващенко О.О., Іващенко О.О. Рослинництво — як основа виробництва біопалива // Наукові праці Інституту біоенергетичних культур і цукрових буряків. Збірник наукових праць. — 2011, Вип. 12

Література[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]


Перетворення енергії:   р
Перетворення енергії: Збереження енергії | Відновлювальна енергетика | Зелена енергія | Розподілена енергетика | Розподілене тепло | Генерування електроенергії | Освітленість
Сонячна енергетика: Тепловий насос | Сонячна батарея | Сонячна панель | Централізована геліоенергетика | Сонячний дім
Геотермальна енергетика: Геотермальна помпа
Вітроенергетика: Вітрогенератор
Гідроенергетика: Енергія хвиль | Енергія припливів
Біологічне: Біомаса | Біоетанол | E85 | Біогаз | Біодизель | Біопаливо | Олія як паливо
Хімічна енергія: Паливний елемент | Воднева устава
Палива: Нафтовидобуток | Торф
Різне: Збереження теплової енергії | Теплоконденсатор
Енергія: Wh = ватт-година, GWh = 3,6 TJ, toe = 11,63 MWh Потужність: MW = 1000 kW, GW = 1000 MW, TW = 1000 GW