Биогаз – это один из самых перспективных источников возобновляемой энергии на сегодняшний день. Его получают в результате разложения органических отходов, используя целый комплекс оборудования – реактор, чиллер, когенерационная установка и т.д. Эксплуатация биогаза помогает сократить выбросы парниковых газов, снизить зависимость от ископаемого топлива и эффективно утилизировать биологические отходы. Разберем подробнее, как делают биогаз, где применяют и что это вообще такое.
Биогаз: определение и основные характеристики
Биогаз это газовая смесь, образующаяся в результате анаэробного (то есть бескислородного) разложения органических веществ. Основные компоненты биогаза – метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂). Также традиционно присутствуют небольшие примеси водорода, сероводорода и других соединений. Метан считается основным горючим компонентом, за счет чего биогаз и используется как энергетический ресурс.
Он относится к возобновляемым источникам энергии, поскольку его производство не требует использования ископаемого топлива. Вместо этого он формируется за счет биологических процессов, происходящих в органических отходах, сельскохозяйственных субстратах, сточных водах и других биологических материалах.
Главным преимуществом биогаза считается его экологичность. Использование этого газа позволяет уменьшить выбросы парниковых газов, а также эффективно утилизировать органические отходы, превращая их в полезный ресурс.
Как получают биогаз: принципы анаэробного разложения
Чтобы понять, как получают биогаз, нужно разобраться в процессе его образования. В основе производства лежит анаэробное брожение – это биохимический процесс, при котором микроорганизмы расщепляют органические вещества без доступа кислорода.
Процесс включает несколько последовательных стадий:
- Гидролиз. Крупные органические молекулы (белки, жиры, углеводы) расщепляются на более простые соединения, такие как аминокислоты и сахара.
- Кислотогенез. Образовавшиеся простые молекулы перерабатываются микроорганизмами в органические кислоты, спирты и другие соединения.
- Ацетогенез. Органические кислоты преобразуются в уксусную кислоту, водород и углекислый газ.
- Метаногенез. Это финальная стадия, на которой метаногенные бактерии превращают уксусную кислоту и водород в метан и углекислый газ.
Для получения максимального выхода биогаза необходимо поддерживать определенные условия: оптимальную температуру (обычно 35-40°C), отсутствие кислорода, стабильный уровень pH и достаточное количество влаги.
Как делают биогаз в биогазовых установках
Производство биогаза осуществляется в специальных установках, называемых биореакторами или анаэробными метантанками. В них создаются необходимые условия для работы бактерий, чтобы процесс брожения шел эффективно и с максимальной продуктивностью.
В типичную биогазовую установку входят:
- резервуар для загрузки сырья, куда поступают органические отходы, навоз, силос, пищевая промышленность или сточные воды;
- реактор – основное оборудование, где происходит анаэробное разложение органики и образование биогаза. Это герметичная емкость, в которой поддерживается стабильная температура и перемешивание субстрата;
- система сбора газа – трубопроводы и газгольдеры, в которых накапливается и хранится образующийся биогаз;
- установка очистки газа, где удаляются примеси, такие как сероводород и водяной пар, чтобы улучшить качество получаемого топлива;
- система утилизации остатка, поскольку после производства биогаза остается так называемый дигестат – ценный органический удобрительный материал.
В зависимости от масштаба и технологии биогазовые установки могут быть разного типа: фермерские, промышленные, коммунальные и даже небольшие бытовые системы для частных домохозяйств.
В этой статье детально рассказано, что такое биогазовая установка
Источники сырья для биогазового производства
Для того чтобы понять, как делают биогаз, важно рассмотреть типы сырья, используемого в этом процессе. Биогаз можно получать из различных органических отходов:
- сельскохозяйственные отходы: навоз, помет, силос, растительные остатки;
- пищевые отходы: продукты с истекшим сроком годности, отходы пищевых производств, масла и жиры;
- коммунальные отходы: осадки сточных вод, твердые бытовые отходы, органика из мусорных полигонов.
Выбор сырья влияет на состав получаемого газа. Например, навоз и силос дают стабильный выход метана, а пищевые отходы могут содержать больше жиров, что повышает энергетическую ценность биогаза.
Читайте детальнее о том, из каких источников получают биогаз
Энергетическое использование биогаза
Произведенный биогаз используется в различных областях. Прежде всего, он применяется как топливо для генерации электроэнергии и тепла. Газ сжигается в когенерационных установках, где его энергия преобразуется в электричество и горячую воду.
Также биогаз можно очищать и превращать в биометан – аналог природного газа. Биометан может закачиваться в газораспределительные сети, использоваться как автомобильное топливо или сжижаться для транспортировки.
Еще одно направление – применение биогаза в промышленных процессах, где требуется нагрев или пар. Например, в пищевой и текстильной промышленности, на производствах строительных материалов и в сельском хозяйстве.
Читайте также как можно использовать биогаз
Экологическая и экономическая значимость биогаза
Использование биогаза дает ряд преимуществ с точки зрения экологии и экономики. Прежде всего, это сокращение выбросов парниковых газов. Органические отходы, разлагаясь на свалках, выделяют метан в атмосферу, что усиливает глобальное потепление. В биогазовых установках этот газ улавливается и используется в качестве топлива.
Биогаз – это отличное решение проблемы утилизации отходов. Вместо того чтобы загрязнять окружающую среду, они перерабатываются в энергию и удобрения. Это особенно важно для агропромышленных комплексов и коммунальных хозяйств.
Экономическая выгода заключается в снижении затрат на энергию и утилизацию мусора. Для сельскохозяйственных предприятий биогазовые установки позволяют получать бесплатное топливо и удобрения, что сокращает расходы на покупку минеральных удобрений и дизельного топлива.
Новые решения
Биогаз – это перспективный и экологически чистый источник энергии, который получают путем анаэробного разложения органических отходов. Процесс требует создания специальных условий, но за счет биогазовых установок он может использоваться как на фермах, так и в промышленных масштабах.
Зная, как получают биогаз и как делают биогаз, можно оценить его значение для энергетики, сельского хозяйства и экологии. Это технология, которая позволяет эффективно утилизировать отходы, получать альтернативную энергию и сокращать вредные выбросы в атмосферу. В условиях роста цен на топливо и ужесточения экологических норм биогаз становится важной частью технологического развития.
