Слайд 2Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое
разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке
питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.
Слайд 3История
Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н.
э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки.
Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.
Слайд 4В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся
биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл
к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.
Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.
Слайд 5Состав и качество биогаза
50—87 % метана, 13—50 % CO2, незначительные
примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается
биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.
Слайд 6Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания
качества газа, выхода газа и количества газа все относить к
метану, с его нормируемыми показателями. Объем газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объемом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или м3 метана на кг органического сухого вещества (оСВ), это намного точнее и красноречивее нежели данные в м3 биогаза в м3 свежего субстрата.
Слайд 7Сырьё для получения
Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз,
птичий помёт, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный
жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.
Слайд 8Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур,
например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход
газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.
Слайд 9Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х
годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от
теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %.
В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.
На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.
Слайд 10Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные
испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков
и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.
Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.
Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.
Слайд 11Экология
Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает
влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем
СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.
Слайд 12Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения
в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается
нагрузка на грунтовые воды.
Факторы, влияющие на процесс брожения:
Температура
Влажность среды
Уровень рН
Соотношение C : N : P
Площадь поверхности частиц сырья
Частота подачи субстрата
Замедляющие вещества
Стимулирующие добавки
Слайд 13Применение Биогаза
Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии,
тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.
Слайд 14Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках,
спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный
завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.
Слайд 15Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании
биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до
18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 тыс. шт. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.
Слайд 16Список используемой литературы
В.Баадер, Е. Доне, М.Бренндерфер Биогаз. Теория и практика.
Barbara
Eder. Heinz Schulz. 1996. Перевод на рус. Биогазовые установки. Практическое
пособие.