Co je bioplyn | AlterSynthesis

Bioplyn je plyn vyrobený metanovou fermentací biomasy. K rozkladu biomasy na složky dochází vlivem 3 druhů bakterií. V potravním řetězci se následné bakterie živí odpadními produkty těch předchozích. První typ jsou hydrolytické bakterie, druhý jsou kyselinotvorné a třetí jsou metanotvorné. Na produkci bioplynu se podílejí nejen metanogenní bakterie, ale všechny tři druhy.

Složení bioplynu

55 % až 75 % methanu, 25 % až 45 % CO2, menší nečistoty H2 a H2S. Po vyčištění bioplynu od CO2 se získá biometan. Biometan je úplnou obdobou zemního plynu. Jediný rozdíl je v původu.

Suroviny pro výrobu

Organický odpad: hnůj, obilná a melasová lihovarská drť, pivovarské obilí, řepné řízky, fekální kal, rybí a jateční odpad (krev, tuk, vnitřnosti, kaly), tráva, odpad z domácností, mlékárenský odpad – laktóza, syrovátka, odpad z výroby bionafty – technický glycerin z výroby bionafty, hroznová šťáva z výroby bionafty, hroznová šťáva z řepky odpady z výroby a melasy – dužina a sirup, odpad ze zpracování brambor, výroba štěpků – slupky, slupky, shnilé hlízy.

Výtěžnost bioplynu závisí na obsahu sušiny a druhu použité suroviny. Z jedné tuny kejdy se vyprodukuje 30-50 m³ bioplynu s obsahem metanu 60 % a 150-500 m3 bioplynu z různých typů závodů s obsahem metanu až 70 %. Maximální množství bioplynu je 1300 m3 s obsahem metanu až 87 lze získat z tuku.

Při výpočtech bioplynu se používá pojem sušina (DM nebo TS) nebo sušina (DR). Voda obsažená v biomase neprodukuje plyn.

Z 1 kg sušiny se získá 300 až 500 litrů bioplynu.

Pro výpočet výtěžnosti bioplynu z konkrétní suroviny je nutné provést laboratorní testy nebo nahlédnout do referenčních údajů a stanovit obsah tuků, bílkovin a sacharidů. Při stanovení posledně jmenovaného je důležité znát procentuální obsah rychle rozložitelných (fruktóza, cukr, sacharóza, škrob) a obtížně rozložitelných látek (například celulóza, hemicelulóza, lignin). Po stanovení obsahu prvků se výtěžek plynu vypočítá pro každý zvlášť a následně sečte.

Dříve, když neexistovala žádná věda o bioplynu a bioplyn byl spojován s hnojem, se používal koncept „živočišné jednotky“. Dnes, kdy jsme se naučili získávat bioplyn z čehokoli organického, tento koncept zastaral a již se nepoužívá.

Kromě odpadu lze bioplyn vyrábět ze speciálně pěstovaných energetických plodin, jako je silážní kukuřice nebo silphium. Výkon plynu může dosáhnout až 500 m3 na tunu.

Příběh

Lidstvo se naučilo využívat bioplyn už dávno. Ve 2. tisíciletí př. n. l. Na území moderního Německa již existovaly primitivní bioplynové stanice. Alemannové, kteří obývali bažinaté země povodí Labe, si představovali draky v bažinách. Věřili, že hořlavý plyn hromadící se v dírách v bažinách je páchnoucím dechem Draka. Aby se drak uklidnil, byly do bažiny házeny oběti a zbytky jídla. Lidé věřili, že Drak přišel v noci a jeho dech zůstal v jámách. Alemannové přišli s nápadem ušít markýzy z kůže, pokrýt jimi močál, odvést plyn přes kožené potrubí do svých obydlí a spálit ho, aby se uvařilo jídlo. To je pochopitelné, protože suché palivové dřevo bylo obtížné najít a bahenní plyn (bioplyn) byl vynikajícím řešením tohoto problému.

V 1776. století Jan Baptist Van Helmont zjistil, že rozkládající se biomasa uvolňuje hořlavé plyny. Alessandro Volta v roce 1808 dospěl k závěru, že existuje vztah mezi množstvím rozkládající se biomasy a množstvím uvolněného plynu. V roce XNUMX objevil Sir Humphry Davy metan v bioplynu.

První doložená bioplynová stanice byla postavena v Bombaji v Indii v roce 1859. V roce 1895 se ve Velké Británii začal používat bioplyn pro pouliční osvětlení. V roce 1930, s rozvojem mikrobiologie, byly objeveny bakterie zapojené do procesu výroby bioplynu.

Ekologie

Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Zpracovaný hnůj se používá jako hnojivo v zemědělství. To nám umožňuje snížit používání chemických hnojiv a snižuje zatížení podzemních vod.

Metan má skleníkový efekt 21krát silnější než CO2 a zůstává v atmosféře 12 let. Zachycování metanu je nejlepší krátkodobý způsob, jak zabránit globálnímu oteplování.

Výroba

Celkem se v současnosti ve světě používá nebo vyvíjí asi 60 druhů technologií výroby bioplynu. Nejběžnější metodou je anaerobní fermentace v metatancích nebo anaerobních kolonách (termín není v ruském jazyce zaveden). Část energie získané v důsledku využití bioplynu směřuje k udržení procesu (až 15-20 % v zimě). V zemích s horkým klimatem není potřeba vyhřívat metanovou nádrž. Bakterie přeměňují biomasu na metan při teplotách od 25 °C do 70 °C.

Fermentace některých druhů surovin v čisté formě vyžaduje speciální dvoustupňovou technologii. Například ptačí trus a alkoholové výpalky se v běžném reaktoru nezpracovávají na bioplyn. Pro zpracování takových surovin je nutný další hydrolytický reaktor. Tento reaktor umožňuje řídit úroveň kyselosti, takže bakterie neumírají v důsledku zvýšení obsahu kyselin nebo zásad.

Produkce bioplynu je ekonomicky výhodná při zpracování konstantního proudu odpadů, například na farmách hospodářských zvířat.

Skládkový plyn je jedním z druhů bioplynu. Získává se na skládkách z komunálního domovního odpadu.

přihláška

Bioplyn se používá jako palivo pro výrobu elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro vozidla. V Indii, Vietnamu, Nepálu a dalších zemích se staví malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vzniklý se používá k vaření.

Bioplynové stanice mohou být instalovány jako úpravny na farmách, drůbežích farmách, lihovarech, cukrovarech a masokombinátech. Bioplynová stanice může nahradit veterinární a hygienickou stanici. Tito. Mrcha může být přeměněna na bioplyn místo výroby masokostní moučky.

Největší počet malých bioplynových stanic se nachází v Číně – více než 10 milionů (koncem 1990. let). Produkují asi 7 miliard m³ bioplynu ročně, což poskytuje palivo pro asi 60 milionů farmářů. V Indii bylo od roku 1981 instalováno 3,8 milionu malých bioplynových stanic.

Na konci roku 2006 bylo v Číně v provozu asi 18 milionů bioplynových stanic. Jejich použití umožňuje nahradit 10,9 milionu tun klasického paliva.

Mezi průmyslově vyspělými zeměmi zaujímá v relativním vyjádření vedoucí postavení v produkci a využití bioplynu Dánsko – bioplyn tvoří až 18 % jeho celkové energetické bilance. V absolutním vyjádření si Německo drží vedoucí pozici v počtu středních a velkých instalací – 8000 XNUMX kusů. V západní Evropě je minimálně polovina všech drůbežích farem vytápěna bioplynem.

Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Podle předpovědí Švýcarského svazu plynárenského průmyslu bude do roku 2010 10 % švýcarských motorových vozidel jezdit na bioplyn.

Komentáře:

1. Můžete si také spočítat, kolik bude instalace stát a výhody instalace bioplynu – Farmer “Sangilen+” · 30. srpna, 06:31 · #
2. Zajímalo by mě, kolik by stálo malé zařízení na zpracování křepelčího trusu na bioplyn? — Sergey 2. května, 20:40 #
3. Pro každého, kdo se chce dozvědět více o bioplynových stanicích PROVOZOVANÝCH v Ruské federaci, doporučuji navštívit webové stránky
   samorodovo.rf — nikolai oct. 21, 11:57 · #

Bioplyn – plyn vyrobený vodíkovou nebo metanovou fermentací biomasy. K rozkladu biomasy metanem dochází vlivem tří druhů bakterií. V potravním řetězci se následné bakterie živí odpadními produkty těch předchozích. Prvním typem jsou hydrolytické bakterie, druhým kyselinotvorným, třetím metanotvorným. Na produkci bioplynu se podílejí nejen bakterie třídy metanogenů, ale všechny tři druhy. Jednou z odrůd bioplynu je biovodík, kde konečným produktem bakteriální činnosti není metan, ale vodík.

Příběh

Lidstvo se naučilo využívat bioplyn už dávno. V 1. tisíciletí př. Kr. E. Na území moderního Německa již existovaly primitivní bioplynové stanice. Alemannové, kteří obývali bažinaté země v povodí Labe, si představovali, že vidí Draky v bažinách. Věřili, že hořlavý plyn, který se hromadí v jámách v bažinách, je Dračí dech. Aby se drak uklidnil, byly do bažiny házeny oběti a zbytky jídla. Lidé věřili, že Drak přichází v noci a jeho dech zůstává v jámách. Alemannové přišli s nápadem [zdroj neuveden 257 dní] ušijte z kůže markýzy, zakryjte jimi močál, odveďte plyn koženým potrubím do jejich domova a spálte ho, aby se uvařilo jídlo. To je pochopitelné, protože suché palivové dřevo bylo obtížné najít a bahenní plyn (bioplyn) byl vynikajícím řešením tohoto problému.

V 1776. století Jan Baptist Van Helmont zjistil, že rozkládající se biomasa uvolňuje hořlavé plyny. Alessandro Volta v roce 1808 dospěl k závěru, že existuje vztah mezi množstvím rozkládající se biomasy a množstvím uvolněného plynu. V roce XNUMX objevil Sir Humphry Davy metan v bioplynu.

První doložená bioplynová stanice byla postavena v Bombaji v Indii v roce 1859. V roce 1895 se ve Velké Británii začal používat bioplyn pro pouliční osvětlení. V roce 1930, s rozvojem mikrobiologie, byly objeveny bakterie zapojené do procesu výroby bioplynu.

V SSSR se výzkum prováděl ve 40. letech minulého století. V letech 1948-1954 Bylo vyvinuto a postaveno první laboratorní zařízení. V roce 1981 byla při Státním výboru pro vědu a techniku ​​vytvořena specializovaná sekce pro program rozvoje bioplynového průmyslu. Zaporizhzhya Design and Technology Institute of Agricultural Engineering postavil 10 sad zařízení. [1]

Složení a kvalita bioplynu

50–87 % metanu, 13–50 % CO₂, drobné nečistoty H₂ a H₂S. Po vyčištění bioplynu od CO₂ získává se biometan. Biometan je úplnou obdobou zemního plynu, rozdíl je pouze v původu.

Protože energii z bioplynu dodává pouze metan, je vhodné popsat kvalitu plynu, výtěžnost plynu a množství plynu odkazem na metan s jeho standardizovanými ukazateli. Objem plynů závisí na teplotě a tlaku. Vysoké teploty vedou k expanzi plynu a ke snížení výhřevnosti spolu s objemem a naopak. S rostoucí vlhkostí navíc klesá i výhřevnost plynu. Aby byly výkony plynu vzájemně srovnatelné, musí být vztaženy k normálnímu stavu (teplota 0 °C, atmosférický tlak 1,01325 bar, relativní vlhkost plynu 0 %). Obecně se údaje o produkci plynu vyjadřují v litrech (l) nebo metrech krychlových (m³) metanu na 1 kg sušiny organické hmoty (DOM), což je mnohem přesnější a výmluvnější než údaje v m³ bioplynu na m³ čerstvého substrátu.

Suroviny pro výrobu

Seznam organických odpadů vhodných pro výrobu bioplynu: hnůj, ptačí trus, obilné a melasové výpalky, mláto, řepné řízky, fekální kal, rybí a jateční odpad (krev, tuk, vnitřnosti, třtina), tráva, domovní odpad, odpad z mlékáren – slaná a sladká syrovátka, odpad z výroby bionafty – technický glycerin z výroby bionafty z řepky, odpad z výroby šťáv – ovocné, bobulovité, zeleninové dřeně, hroznové výlisky, řasy, odpad z výroby škrobu a melasy – dužina a sirup, odpad ze zpracování brambor, výroba lupínků – slupky, slupky, shnilé hlízy, kávová dužina .

Kromě odpadu lze bioplyn vyrábět ze speciálně pěstovaných energetických plodin, jako je silážní kukuřice nebo silphium, a také řasy. Výkon plynu může dosáhnout až 300 m³ z 1 tuny.

Výtěžnost bioplynu závisí na obsahu sušiny a druhu použité suroviny. Z tuny hovězího hnoje se získá 50-65 m³ bioplynu s obsahem metanu 60 %, 150-500 m³ bioplynu z různých typů rostlin s obsahem metanu až 70 %. Z tuku lze získat maximální množství bioplynu – 1300 m³ s obsahem metanu až 87 %.

Existuje teoretický (fyzicky možný) a technicky proveditelný výstup plynu. V 1950.–70. letech 20. století byla technicky možná výtěžnost plynu pouze 30–60 % teoretické. Použití enzymů, boosterů pro umělou degradaci surovin (například ultrazvukové nebo kapalné kavitátory) a dalších zařízení dnes umožňuje zvýšit výtěžnost bioplynu v nejběžnějších zařízeních z 95 % na XNUMX %.

Při výpočtech bioplynu se používá pojem sušina (DM nebo anglicky TS) nebo suchý zbytek (CO). Voda obsažená v biomase neprodukuje plyn.

V praxi se z 1 kg sušiny získá 300 až 500 litrů bioplynu.

Pro výpočet výtěžnosti bioplynu z konkrétní suroviny je nutné provést laboratorní testy nebo nahlédnout do referenčních údajů a stanovit obsah tuků, bílkovin a sacharidů. Při stanovování posledně jmenovaných je důležité zjistit procento rychle odbouratelných (fruktóza, cukr, sacharóza, škrob) a obtížně rozložitelných látek (například celulóza, hemicelulóza, lignin). Po určení obsahu látek můžete vypočítat výtěžnost plynu pro každou látku zvlášť a poté sečíst.

Dříve, když neexistovala žádná věda o bioplynu a bioplyn byl spojován s hnojem, se používal koncept „živočišné jednotky“. Dnes, kdy se naučili vyrábět bioplyn z libovolných organických surovin, se tento koncept vzdálil a přestal se používat.

Skládkový plyn je jedním z druhů bioplynu. Získává se na skládkách z komunálního domovního odpadu.

Ekologie

Produkce bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry. Metan má skleníkový efekt 21krát větší než CO₂a zůstává v atmosféře 12 let. Zachycování metanu je nejlepší krátkodobý způsob, jak zabránit globálnímu oteplování.

Zpracovaný hnůj, výpalky a další odpad se používají jako hnojivo v zemědělství. Tím se snižuje používání chemických hnojiv a snižuje se zatížení podzemních vod.

Výroba

Existují průmyslové a řemeslné instalace. Průmyslová zařízení se od řemeslných liší přítomností mechanizace, topných systémů, homogenizace a automatizace. Nejběžnější průmyslovou metodou je anaerobní fermentace v metanových nádržích.

Dobrá bioplynová stanice by měla mít potřebné části:

• Homogenizační kapacita
• Nakladač pevných (tekutých) surovin
• Reaktor
• Mixéry
• Držák plynu
• Systém míchání vody a topení
• Plynový systém
• Benzínka
• Oddělovač
• Ovládací zařízení
• Instrumentace a automatizace s vizualizací
• Bezpečnostní systém

Princip fungování instalace

Biomasa (odpad nebo zelená hmota) je periodicky přiváděna do reaktoru pomocí čerpací stanice nebo nakladače. Reaktor je vyhřívaná a izolovaná nádrž vybavená míchadly. Stavebním materiálem pro průmyslovou nádrž je nejčastěji železobeton nebo lakovaná ocel. V malých instalacích se někdy používají kompozitní materiály. Reaktor je domovem prospěšných bakterií, které se živí biomasou. Produktem vitální činnosti bakterií je bioplyn. Pro zachování životnosti bakterií je nutné dodávat krmivo, zahřívat ho na 35-38 °C a pravidelně míchat. Vzniklý bioplyn se akumuluje ve skladu (plynojem), poté prochází čisticím systémem a je dodáván spotřebitelům (kotel nebo elektrocentrála). Reaktor pracuje bez přístupu vzduchu, je hermeticky uzavřený a bezpečný.

Fermentace některých druhů surovin v čisté formě vyžaduje speciální dvoustupňovou technologii. Například ptačí trus a alkohol se v běžném reaktoru nezpracovávají na bioplyn. Pro zpracování takových surovin je nutný další hydrolytický reaktor. Tento reaktor umožňuje řídit úroveň kyselosti, takže bakterie neumírají v důsledku zvýšení obsahu kyselin nebo zásad. Stejné substráty je možné zpracovávat jednostupňovou technologií, ale kofermentací (smícháním) s jinými druhy surovin, např. s hnojem nebo senáží.

Faktory ovlivňující proces fermentace

• teplota
• Vlhkost vzduchu
• Úroveň PH
• Poměr C:N:P
• Povrchová plocha částic suroviny
• Frekvence dodávky substrátu
• Retardéry
• Stimulační doplňky

teplota

Metanové bakterie vykazují svou životně důležitou aktivitu v rozmezí teplot 0-70ºС. Pokud je teplota vyšší, začnou umírat, s výjimkou několika kmenů, které mohou žít při okolní teplotě až 90ºC. Při teplotách pod nulou přežívají, ale přestávají plnit své životní funkce. V literatuře se jako spodní teplotní limit uvádí 3-4ºC.

Povrchová plocha částic suroviny

Platí zásada, že čím menší částice substrátu, tím lépe. Čím větší je interakční plocha pro bakterie a čím je substrát vláknitější, tím je pro bakterie snazší a rychlejší substrát rozložit. Navíc je snadnější míchat, mixovat a ohřívat, aniž by se vytvořila plovoucí kůrka nebo sediment. Rozdrcená surovina má vliv na množství vyprodukovaného plynu během doby fermentace. Čím kratší je doba fermentace, tím lépe by měl být materiál rozdrcen.

Pokud je doba fermentace dostatečně dlouhá, množství produkovaného plynu se opět zvýší. Při použití drceného zrna toho bylo dosaženo již po 15 dnech.

přihláška

Bioplynový autobus, Bern, Švýcarsko

Bioplyn se používá jako palivo pro výrobu elektřiny, tepla nebo páry nebo jako palivo pro vozidla.

Bioplynové stanice mohou být instalovány jako čističky odpadních vod na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech a masokombinátech. Bioplynová stanice může nahradit veterinární a hygienické zařízení, tj. mršinu lze recyklovat na bioplyn místo výroby masokostní moučky.

Mezi průmyslově vyspělými zeměmi zaujímá v relativním vyjádření vedoucí postavení v produkci a využití bioplynu Dánsko – bioplyn tvoří až 18 % jeho celkové energetické bilance. V absolutním vyjádření si Německo drží vedoucí pozici v počtu středních a velkých instalací – 8000 XNUMX kusů. V západní Evropě je minimálně polovina všech drůbežích farem vytápěna bioplynem.

Bioplyn v Rusku

Potenciální produkce bioplynu v Rusku je až 72 miliard m³ ročně. Potenciální roční výroba elektřiny z bioplynu je 151 200 GWh a tepla 169 344 GWh.

Rozvojové země

V Indii, Vietnamu, Nepálu a dalších zemích se staví malé (jednorodinné) bioplynové stanice. Plyn v nich vzniklý se používá k vaření.

Největší počet malých bioplynových stanic se nachází v Číně – více než 10 milionů (koncem 1990. let). Produkují asi 7 miliard m³ bioplynu ročně, což poskytuje palivo pro přibližně 60 milionů farmářů. Na konci roku 2010 již v Číně fungovalo asi 40 milionů bioplynových stanic. Čínský bioplynový průmysl zaměstnává 60 tisíc lidí [2].

V Indii bylo v letech 1981 až 2006 instalováno 3,8 milionu malých bioplynových stanic.

V Nepálu existuje program na podporu rozvoje bioplynové energetiky, díky kterému do konce roku 2009 vzniklo ve venkovských oblastech 200 tisíc malých bioplynových stanic [3].

Automobilová doprava

Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Podle prognóz Švýcarské asociace plynárenského průmyslu bude do roku 2010 10 % švýcarských vozidel jezdit na bioplyn.

Na začátku roku 2009 přešel magistrát Osla na bioplyn 80 městských autobusů. Náklady na bioplyn jsou 0,4 – 0,5 EUR za litr v ekvivalentu benzínu. Po úspěšném dokončení testů bude 400 autobusů přestavěno na bioplyn [4].

Potenciál

V Rusku zemědělský komplex ročně vyprodukuje 773 milionů tun odpadu, ze kterého lze získat 66 miliard m 3 bioplynu, neboli asi 110 miliard kWh elektřiny. Celková ruská potřeba bioplynových stanic se odhaduje na 20 tisíc podniků [5].

Ve Spojených státech se chová přibližně 8,5 milionu krav. Bioplyn vyrobený z jejich hnoje bude stačit na pohon 1 milionu automobilů [6] .

Potenciál německého bioplynového průmyslu se odhaduje na 100 miliard kWh energie do roku 2030, což bude tvořit asi 10 % energetické spotřeby země.

Poznámky

1. ↑Bioplyn je alternativní palivo budoucnosti. Ulyana Gromová // Pronedra.ru
2. ↑Čínská vláda vynakládá 20 milionů eur na rozvoj výroby bioplynu
3. ↑ Mezinárodní workshop o domácím bioplynu. Káthmándú, Nepál 10.–12. listopadu 2009. Zpráva z workshopu prosinec 2009
4. ↑Norsko nebo dálnice: Poo Powers Oslo Buses
5. ↑2011-06-28 — 110 miliard kWh lze ročně získat z odpadu z ruského zemědělsko-průmyslového komplexu 29. června 2011
6. ↑http://www.greencarcongress.com/2005/10/biomethane_from.html

Literatura

• V. Baader, E. Done, M. Brendenderfer Bioplyn. Teorie a praxe.
• Barbara Ederová. Heinz Schulz. 1996. Překlad do ruštiny. Bioplynové stanice. Praktický průvodce.
• Přírodní hořlavé plyny pro průmyslové a komunální účely. GOST 5542-87.

См. также

• Bioreaktor na výrobu vodíku
• Skládka

reference

• 3D model průmyslové bioplynové stanice na hnůj a siláž
• 3D model malé bioplynové stanice v plné velikosti
• DIY bioplyn
• Mobilní generátor mění odpadky na alkohol a elektřinu, Compulenta
• Video z bioplynové stanice
• Prezentace “BiogasEnergoStroy” “Bioplynové stanice”

• Biotechnologie
• Biopalivo
• Obnovitelná energie
• Ekologie