Производство биогаза в домашних условиях

Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.

Оставшаяся доля веществ (25—45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Технология получения биогаза

Суть эффективного производства — ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе — генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.

Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.

Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.

Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.

Схема биогазовой установки

Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.

Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:

• герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
• организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
• установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
• предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.

Как получить биогаз в домашних условиях?

Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.

Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:

Заключение

Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.

Источник: cotlix.com

Биогаз — это газ, добываемый брожением биомассы. Таким способом можно получить водород или метан. Нас интересует именно метан, как альтернатива природному газу. Метан не имеет цвета и запаха и легко воспламеняется. Учитывая, что сырье для получения биогаза находится буквально под ногами, себестоимость такого газа существенно меньше природного, и на этом можно хорошо сэкономить. Вот цифры из Википедии «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.», «На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.»

Инструменты и материалы:
-Пластиковая емкость 750 литров;
-Пластиковая емкость 500 литров;
-Сантехнические трубы и переходники;
-Цемент для ПВХ-труб;
-Эпоксидный клей;
-Нож;
-Ножовка;
-Молоток;
-Ключи рожковые;
-Газовая арматура (подробно в шаге 7);

Шаг первый: еще немного теории
Некоторое время назад, мастер сделал прототип биогазовой установки.

И его засыпали вопросами и просьбами помочь со сборкой. В итоге установкой заинтересовались даже власти штата (мастер проживает в Индии).

Следующим шагом мастеру пришлось сделать более полноценную установку. Рассмотрим, что она из себя представляет.
-Установка состоит из резервуара-хранилища, в котором хранится органический материал, и микроорганизмы перерабатывая его, выделяют газ.
-Полученный таким образом газ собирается в резервуаре, известном как газовый коллектор. В модели с плавающим типом этот резервуар плавает в суспензии и перемещается вверх и вниз в зависимости от количества газа, хранящегося в нем
-Направляющая труба помогает резервуару коллектора газа перемещаться вверх и вниз внутри резервуара-накопителя.
-Отходы подаются через подающую трубу внутри бака-накопителя.
-Полностью переработанная суспензия стекает через выпускную трубу. Её можно собирать, разбавлять и использовать в качестве удобрения для растений.
-Из газового коллектора газ по трубе подается к приборам потребления (газовые плиты, колонки, генераторы)

Шаг второй: выбор емкости
Для выбора емкости нужно учитывать сколько отходов можно собрать за день. По словам мастера есть правило, где на 5 кг отходов нужна емкость 1000 литров. У мастера это примерно 3,5 — 4 кг. Значит емкость нужна 700-800 литров. В итоге мастер приобрел емкость 750 литров.
Установка с плавающим типом газового коллектора, значит нужно подобрать такую емкость, что бы потери газа были минимальны. Для этих целей подошел резервуар на 500 литров. Эта 500 литровая емкость будет перемещаться внутри 750 литровой. Расстояние между стенками двух емкостей около 5 см с каждой стороны. Емкости нужно выбирать, которые будут стойки к солнечному свету и агрессивной среде.

Шаг третий: подготовка резервуара
Срезает верхнюю часть с меньшего резервуара. Сначала ножом делает отверстие, затем пропиливает ножовочным полотном по линии среза.

Верхнюю часть 750 литровой емкости, тоже нужно срезать. Диаметр срезаемой части крышка меньшего бака + 4 см.

Шаг четвертый: подающая труба
В нижней части большего резервуара нужно установить входную трубу. Через нее внутрь будет засыпаться биотопливо. Труба имеет диаметр 120 мм. Вырезает в бочке отверстие. Устанавливает колено. С обеих сторон фиксирует соединение эпоксидным клеем типа «холодная сварка».

Шаг пятый: труба для слива суспензии
Для сбора суспензии в верхней части большего резервуара устанавливает трубу диаметром 50 мм и длиной 300 мм.

Шаг шестой: направляющие
Как вы уже поняли, внутри большой емкости будет свободно «плавать» меньшая. По мере заполнения внутреннего бака газом он будет притапливаться и наоборот. Для его свободного перемещения вверх-вниз, мастер делает четыре направляющих. В «ушах» делает вырезы под 32 мм трубу. Закрепляет трубу как показано на фото. Длина трубы 32 см.

На внутренней емкости тоже крепятся 4 направляющих из 40 мм трубы.

Шаг седьмой: газовая арматура
Подача газа делится как бы на три участка: от газового коллектора до трубы, от трубы до баллона, от баллона до газовой печки.
Мастеру нужно три трубы по 2,5 м с резьбовыми наконечниками, 2 крана, уплотнительные прокладки, резьбовые переходники, ФУМ — лента и скобы для крепления.

Для установки газовой арматуры мастер в верхней части (бывшей нижней, т.е. 500 литровый баллон переворачивается «вверх ногами») по центру делает отверстие. Устанавливает арматуру, место соединения герметизирует эпоксидкой.

Шаг восьмой: сборка
Теперь нужно установить емкость на ровную твердую поверхность. Место установки должно быть максимально солнечным. Расстояние между установкой и кухней должно быть минимальным.

Устанавливает внутрь направляющих трубок трубки меньшего диаметра. Трубу для слива излишней суспензии удлиняет.

Удлиняет входную трубу. Соединение фиксирует с помощью цемента для ПВХ-труб.

Устанавливает вовнутрь большого резервуара газовый накопитель. Ориентирует его по направляющим.

Шаг девятый: первый запуск
Для первоначального запуска биогазовой установки такого Для такого объема нужно около 80 кг коровьего навоза. Навоз разводится 300 литрами нехлорированой воды. Так же мастер добавляет специальную добавку для ускорения роста бактерий. Добавка состоит из концентрированного сока сахарного тростника, кокоса и пальмы. По-видимому, это что то, типа дрожжей. Заливает эту массу через входную трубу. После заливки входную трубу нужно промыть и установить заглушку.

Через пару дней газовый накопитель начнет подниматься вверх. Это начался процесс газообразования. Как только накопитель будет заполнен, образовавшийся газ нужно стравить. Первый газ содержит много примесей, да и в накопителе был воздух.

Шаг десятый: топливо
Процесс газообразования запущен и теперь нужно разобраться, что можно, а что нельзя использовать в качестве топлива.
Итак, для топлива подойдут: гнилые овощи, очистки овощей и фруктов, негодные молочные продукты, пережаренное масло, сорняки порезанные, отходы жизнедеятельности домашнего скота и птицы и т.д. Множество негодных отходов растительного и животного мира можно использовать в установке. Куски нужно измельчать, как можно мельче. Это ускорит процесс переработки.

Нельзя использовать: очистки лука и чеснока, яичную скорлупу, кости, волокнистые материалы.

Теперь разберем вопрос о кол-ве загружаемого топлива. Как уже было сказано, на такую емкость нужно 3,5 — 4 кг топлива. Переработка топлива занимает от 30 до 50 дней, в зависимости от вида топлива. Каждый день добавляя по 4 кг топлива, в течении 30 дней из него будет вырабатываться ежедневно около 750 г газа. Переполнение установки приведет к переизбытку топлива, кислотности и недостатке бактерий. Мастер напоминает, что по правилам, на 1000 л объема необходимо 5 кг топлива ежедневно.
Шаг одиннадцатый: плунжер
Для облегчения загрузки топлива мастер изготовил плунжер.

Шаг двенадцатый: газовая горелка
Для использования газа нужна особая горелка. На фото видно, что количество и диаметр сопел увеличен по сравнению с обычной горелкой. Дело в том, что биогаз должен смешиваться с удвоенным количеством воздуха.

Используя технические характеристики горелки, мастер рассчитал, что при полностью открытом кране, объема 500 л хватит на час работы (кажется, мастер что то напутал).

Подсоединяет газовую плитку.

Шаг тринадцатый: балласт
Для создания давления и, чтобы исключить эффект всасывания воздуха, сверху газового резервуара мастер устанавливает груз.

Шаг четырнадцатый: проверка биогаза
Из-за примесей, прежде чем, газ загорелся мастеру пришлось три раза стравливать газ в атмосферу.

Давайте посмотрим, как горит «грязный» биогаз.

Шаг пятнадцатый: удобрения
По мере заполнения резервуара из выходной трубы будет выливаться жидкость. Жидкость не имеет запаха. Такая жидкость, разбавленная водой, является отличным удобрением, для подкормки растений.

Установка для синтеза биогаза готова.

Источник: USamodelkina.ru

Биогаз представляет собой смесь газов, которые образуются в процессе разложения органических веществ анаэробными бактериями. Биогаз легко воспламеняем, при горении образует чистое пламя, поэтому вполне может применяться не только для приготовления пищи, но и для двигателей внутреннего сгорания (например, для производства электричества).

Достоинства биогазовой установки в домашних условиях:
– можно легко получить биогаз в домашних условиях без применения дорогостоящего оборудования;
– отличная альтернативная энергия для тех, чье жилье находится вдалеке от цивилизации, или для тех, кто желает быть независимым от государства;
– доступное сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.);
– забота об окружающей среде, поскольку в процессе разложения органических веществ в природе, газ попадается в атмосферу, что влечет за собой парниковый эффект, а в данном случае биогаз будет сжигаться, получая при этом CO2;
– получение удобрений, как побочный продукт биогазовой установки.

Но помимо достоинств, у биогазовой установки есть свои недостатки:
– бактерии работают при температуре 18-40 градусов, поэтому получить биогаз можно летом. В случае если утеплить биогазовую установку и оснастить подогревом, то можно получить биогаз и в весеннее-осенний период, но затраты на утепление и подогрев, могут перечеркнуть полученную выгоду
– необходимо постоянно вносить новое сырье, а следовательно сливать удобрения.

Для изготовления биогазовой установки своими руками нам понадобится:
1. Две бочки на 200л
2. Бочка на 30-60л, либо большое пластиковое ведро
3. Пластиковые канализационные трубы
4. Газовый шланг
5. Кран

Для наглядности приведу схему домашней биогазовой установки

Принцип действия биогазовой установки. В реактор загружается сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.) и вода. Биогазовая установка заработает не сразу, а спустя несколько дней, когда количество анаэробных бактерий увеличится до максимума.

В процессе жизнедеятельности анаэробных бактерий выделяется биогаз, который будет собираться в верхней точке бочки (в данном месте должен располагаться кран). Из реактора по газовому шлангу биогаз попадает в коллектор.

Коллектор представляет собой бочку на 200л с водой, и перевернутое в ней ведро для сбора газа, а также для создания давления необходимого для работы газовой печи. По мере поступления газа, ведро будет всплывать. Если количество биогаза будет больше, чем сможет в себя вместить пластиковое ведро, то газ будет просто напросто выходить наружу через воду.

Для изготовления реактора понадобится герметичная бочка на 200л. В верхней части бочки делаем несколько отверстий и устанавливаем:
– Пластиковую трубу для заливки сырья. На конце трубы необходимо установить переход на большую трубу (своеобразная лейка, для удобства заливки сырья)
– Пластиковую трубу для слива удобрений. Поскольку биогазовая установка это не вечный двигатель, и необходимо постоянно вносить сырье. При внесении нового сырья, излишки (уже переработанное сырье – удобрения), будут выходить через сливную трубу.
– Кран в самой верхней точке бочки для сбора биогаза.

При изготовлении реактора, очень важно, чтобы все соединения были герметичны, иначе под возникшим давлением, газ может просачиваться наружу. Сливная труба должна быть расположена ниже уровня установки газового крана. Сливная и заливная труба, когда не используются, должны быть плотно заглушены.

Для изготовления коллектора понадобится пластиковая бочка на 200 л без крышки. В бочку наливаем 3/4 воды и устанавливаем другую бочку, вверх дном, меньшую по объему. В дне бочки меньшего объема врезаем штуцер для подключения шланга от реактора, и кран для подключения шланга идущего к газовой печи.

Для заливки сырья, открываем впускное и сливное отверстие и заливаем сырье. Лучше всего использовать навоз, разбавленный в воде. Воду лучше всего использовать дождевую либо отстоянную, чтобы содержание хлора из водопровода не уменьшили колонии бактерий. Кроме того, если вы используете кухонные отходы, не допускайте попадания моющих средств, яичной скорлупы, костей, чешуи от лука, поскольку они могут повлиять на работу биогазовой установки в худшую сторону.

Сам по себе биогаз имеет весьма неприятный запах, но при горении запаха никакого нет. Если сжигать газ без смешивания с воздухом, то получим пламя желтого цвета с копотью, который легко закоптит дно кастрюли.

Если биогаз смешать с воздухом, а потом поджечь, то получим чистое пламя синего цвета без копоти. Так, например, в заводских газовых печах, в инструкции написано, что при переходе с магистрального газа на баллонный и обратно, необходимо менять жиклеры (которые отличаются диаметром отверстия), иначе конфорка будет коптить. Как вариант, можно использовать лабораторную горелка Бунзена.

Если лабораторной горелки у вас нет в наличии, то ее легко изготовить из отрезка трубы, просверлив у основания отверстия. Таким образом, газ, проходя по трубе, будет смешиваться с воздухом, и на выходе трубки получим смешанный газ.

В качестве жиклеров можно поэкспериментировать с кусочками деревяшек, заточив их под карандаш и просверлив в них отверстия разного диаметра. Таким образом, можно получить оптимальный размер факела.

Для эксперимента, в качестве печи использовалась старая барбекюшница, в дне которой было вырезано отверстие и установлена горелка Бунзена. А впоследствии, барбекюшница была заменена на одноконфорочную печь.

Для создания давления газа, на коллектор (малую бочку для сбора газа) устанавливается груз. Например, если установить груз 5 кг, то 1 литр воды можно вскипятить за 15мин. Если установить груз 10 кг, то 1 литр воды закипит через 10мин.

Подводя итоги, необходимо отметить, что самодельная биогазовая установка производит биогаза на 30 минут работы горелки в сутки, в случае если сырьем является навоз. Если же в качестве сырья использовать кухонные остатки, то производительность составляет всего 15 мин в сутки.

Выделяемого газа не так уж и много, но согласитесь, что и биогазовая установка не так уж и велика. Поэтому если вы желаете увеличить количество получаемого газа, вам необходимо будет увеличить объемы реактора и коллектора.

Размеры коллектора можно и не увеличивать, в случае если вы своевременно будете перекачивать биогаз в другую емкость (например, в баллон). Наиболее просто, это можно сделать при помощи компрессора от холодильника, у которого есть один вход и один выход. Вход подключаем к коллектору, а выход к баллону.

Компрессор можно оснастить автоматикой, например, когда коллектор заполнен газом, бочка поднялась, замкнула контакты, тем самым включила компрессор. А компрессор, в свою очередь выключился, когда бочка опустилась до минимального уровня.

Реактор биогазовой установки необходимо изготавливать из пластика, но, ни в коем случае из металла, поскольку из-за окислительных процессов металл быстро поржавеет. Как вариант, можно использовать пластиковые бочки больших объемов (например, еврокуб). А чтобы большие объемы бочек не занимали много места во дворе, их можно закопать.

Источник: rukami.boltai.com