БИОГАЗ
... енергията, която идва от слънцето и се натрупва в растенията
От 10 дка площ нормално се прибират от 5 до 10 тона растителна маса. Ако приемем средна енергийна стойност на растителната маса 4 kWh/kg, това е равно на 20 до 40 MWh. По-нагледно е да си представим, че тези декари са покрити с един слой 0,2 mm – 0,4 mm дизелово гориво. Изглежда твърде малко, наистина, но на площ от 10000 m2 (10 дка) това прави от 2000 до 4000 l. Тази енергия се съхранява и в хранителната, и в онази част от растенията, която обикновено приемаме за отпадъчна. Само една част от растителната маса се използва като храна на хората и на животните. Голяма част от растителната маса практически е неоползотворена. Това е листната маса на картофите, стеблата на домати, краставици и други зеленчуци, семената на плодовете, джибрите при производство на вина или кашата при производството на бира и т.н. Онази част от растителната маса, която се използва за фураж, запазва голям енергиен ресурс и след превръщането и в екскременти. Това означава, че успоредно с производството на хранителни средства всеки декар обработваема земя може да достави и значително количество енергия.
Ключът към това се нарича БИОГАЗ.
БИО-ГАЗ - СУРОВИНИ ЗА НЕГОВОТО ПРОИЗВОДСТВО И НАЧИНИ ЗА ОПОЛЗОТВОРЯВАНЕТО МУ
Биогазът е горивен газ, който се получава при ферментационни процеси в анаеробна (без наличие на кислород) среда на биологични продукти. Нека да споменем, че в природата биогаз се получава по естествен начин (т.н. блатен газ). Съставът на биогаза зависи от редица фактори, като най-често е в границите:
|
Метан (CH4) |
45 - 75 % |
|
Въглероден двуокис (CO2) |
25 - 50 % |
|
Азот (N2) |
0 - 7 % |
|
Кислород (O2) |
0 - 2 % |
|
Водород (H2) |
0 - 1 % |
|
Сяроводород (H2S) |
0 - 1 % |
При тези параметри енергийната стойност на биогаза е 4,5 до 7,5 kWh/m3. За сравнение енергийната стойност на дизеловото гориво е приблизително 12 kWh/kg, на дървата – 4,5 kWh/kg, на брикетите – 5,5 kWh/kg, на природния газ – 8,3 kWh/m3.
Първите биогазови инсталации са направени в Индия през 1859 г.
В момента по приблизителни данни в Германия има 1000 инсталации, в Австрия - 200, в Швейцария - 100, в Корея - 30000, в Индия - 500000 и в Китай - 7 милиона. Биогазът е продукт, получен при ферментационни процеси в органичната маса под действието на метановите бактерии. Тези микроорганизми са строго анаеробни. Работният им диапазон е в границите от 0 до 70 оС. Скоростта на ферментационните процеси, а от там и количеството на получения газ, зависи силно от температурния режим.
Основния елемент в една биогазова инсталация е ферментаторът. Използват се различни видове ферментатори - хоризонтални, вертикални, стоманобетонови, метални и др. При всички видове ферментатори трябва да се спазват определени условия - анаеробна среда, гарантиран температурен режим, леко отвеждане на получения биогаз и на ферментиралата маса, поддържане на хомогенност на масата при престоя и във ферментатора.
Суровини за производство на БИО-ГАЗ
Най-често като суровина за производството на биогаз се приемат екскрементите от селскостопанските животни и птици. Природата предлага обаче още много, някои дори неочаквани като ресурси.
В табл.1 са дадени характеристиките на различни видове субстрати, които са най- често използвани за производство на биогаз, както и количеството биогаз, което може да се получи от тези суровини.
Табл.1.
Характеристики на някои основни суровини за производство на биогаз (За 1t
суровина)
и
|
|
|
|
|
|
| Течен тор от говеда |
|
|
|
|
| Пресен тор от говеда с постеля слама |
|
|
|
|
| Свински тор |
|
|
|
|
| Пресен овчи тор |
|
|
|
|
| Пресен птичи тор |
|
|
|
|
| Конски тор |
|
|
|
|
| Бирена каша |
|
|
|
|
| Ябълкова каша |
|
|
|
|
| Ябълкови джибри |
|
|
|
|
| Зелени тревни отпадъци |
|
|
|
|
| Нарязана зелена маса*** |
|
|
|
|
| Картофени стебла |
|
|
|
|
| Гроздови и плодови джибри |
|
|
|
|
| Царевичак |
|
|
|
|
| Ечемичена слама |
|
|
|
|
оСВ* - органично сухо вещество в % от количеството СВ.
*** - средно за всички видове растителни отпадъци, свързани с производството в цветарството, градинарството, оранжерийното производство.
Отпадъците, посочени в таблица 1 в никакъв случай не изчерпват цялата гама отпадна маса, от която може да се получи биогаз. Там са представени само онези отпадъци, които пряко се отнасят към земеделското производство и животновъдството. Когато говорим за биогаз обаче не може да пренебрегнем големия потенциал на следните видове органични отпадъци (Табл. 2.).
Всичко това показва, че ресурс за производство на биогаз има и винаги ще има, защото всичко, от което същият може да бъде получен, е свързано с основни производства, обуславящи не само благополучието, но и съществуването на човека.
В практиката най-често за основна суровина при производството на биогаз се използват говежди или свински тор, като към тях се прибавят другите видове отпадъци. При такова смесване на различни материали значително нараства ефективността на биогазовото производство.
Табл. 2.
Средна газова продуктивност на някои биологични отпадъци
и
|
|
|
| - кланични отпадъци |
|
| - отпадъци от преработка на риба |
|
| - отпадъци от хранителната и фуражната промишленост |
|
| - свежи утайки от отпадни води |
|
| - остатъци след екстрахиране на билки |
|
| - отпадъци от хартиената и картонената промишленост |
|
| - биоотпадъци от домашни стопанства |
|
| - биологични мазнини и смазки |
|
| - биологически преработваеми опаковачни материали |
|
| - отпадъци от обезмасляване, мазнини от големи кухни и гастрономически предприятия |
|
ИЗПОЛЗВАНЕ НА БИОГАЗА
Повод за изграждането на една биогазова инсталация в никакъв случай не е самото изграждане.
Произведеният биогаз е носител на енергия и крайната цел е нейното оползотворяване.
Най-общо оползотворяването на произведения биогаз може да стане по следните начини:
а). директното му изгаряне, най- често за производство на топла вода;
б). производство на електроенергия, като за целта се използва двигател, работещ с биогаз, към които е куплиран генератор за ток. При този начин успоредно с произвежданата електроенергия се получават и големи количества топла вода.
Електроенергията може да бъде реализирана по различни начини, част от които са:
· произведената електроенергия се продава на електропреносните предприятия. Законово няма проблем от реализацията на тази идея, но за производителя в момента тя не е икономически изгодна.
· производство на електроенергия, с която се задоволяват изцяло собствените нужди;
· производство на количество електроенергия, с която се покриват само собствените нужди през деня, а през нощта се ползва евтина външна енергия. В този случай към биогазовата инсталация се включва и резервоар от непропускливо фолио, в който се съхранява произведения през “мъртвия“ период биогаз.
ПРИНЦИП НА РАБОТА
Принципът на работа на една биогазова инсталация е следният. В приемника за свежия отпадък 1 се извършва предварителната подготовка на суровината. От там същата се подава ежедневно с помпа 2 във ферментатора 3, където се поддържа хомогенността на ферментиращата маса. Във ферментатора има серпентина, по която се движи топла вода за поддържане на температурния режим.
КАКВО НИ ДАВА ПРОИЗВОДСТВОТО НА БИОГАЗ ?
Производството на биогаз е един модерен начин за комплексно решаване на въпроси, свързани с опазване на околната среда, оползотворяване на биологичните отпадъци и производството на енергия. Реализирането на тази идея е свързано обаче със значителни инвестиции.
За да се оцени ефективността на производството на биогаз с отчитане на състоянието на стопанския живот и действащите норми в страната, е направен анализ на различни варианти на производство и оползотворяване на енергията от биогазови инсталации. Анализът е направен на базата на конкретни обекти, където има предпоставки и желание да се реализират биогазови инсталации. За всеки конкретен случай анализът е на базата на предпроектни проучвания, направени съвместно с фирми от ЕС, имащи солиден опит в проектирането и изграждането на биогазови инсталации с различни технологически решения, в зависимост от вида на субстрата.
ПО КОЙ ПЪТ ДА ВЪРВИМ ?
Държавите от ЕС обръщат толкова сериозно внимание на производството на възобновяема енергия не от суетност или от ексцентричност. Напротив, причината е, че обществата там са осъзнали жизнената необходимост от това. Основанията са много сериозни. Някои от най- важните, заради което обществото като цяло трябва да стане съпричастно (защитавайки правото си за оцеляване) към политиката за изграждане на биогазови инсталации, са следните:
1. Производството на биогаз има изключително голям екологичен ефект. Енергията на биогазовите инсталации спада към възобновяемата (регенерираща) енергия. Биогазът може да се разглежда като продукт от трансформацията на слънчевата енергия. В резултат на ферментационните процеси преобразуваната и натрупана в растенията слънчева енергия се освобождава като нов вид енергоносител – биогаз. Много важно е, че процесът е практически неутрален по отношение на баланса на въглеродния двуокис в атмосферата. При изгарянето на изкопаемите горивни суровини (въглища, нефтопродукти, природен газ) се освобождава въглероден двуокис, който в този момент не е включен в природния кръговрат и липсата на ресурс за неговото преработване го оставя в свободно състояние в атмосферата. Въглеродният двуокис има силен парников ефект и увеличаването на концентрацията му води до промени в температурния режим на земята с всички отрицателни последици за природата и за човека. В противовес на това при изгарянето на получения биогаз в атмосферата се отделят само онези количества въглероден двуокис, които преди това, в резултат на фотосинтезата, са биле използвани от растенията за произвеждане на биомаса. Освободеният след изгарянето на биогаза въглероден двуокис е в такова количество, че отговаря на ресурса на възобновяващата се биомаса и може да бъде включен непосредствено във фотосинтезата на растенията.
2. Чрез въвеждане на биогазовата технология се предотвратява увеличаването на количествата на метан в атмосферата, получаван така или иначе при неконтролируемите ферментационни процеси в отпадната биомаса. Трябва да имаме предвид, че при еднаква концентрация в атмосферата метанът има 30 пъти по- голям парников ефект, отколкото въглеродният двуокис.
3. Чрез производството на възобновяващия се носител биогаз биогазовите инсталации дават своя дял в опитите да се съхранят ограничените в крайна сметка като количества изкопаеми енергоносители.
4. Качествата на получения след ферментация в биогазовите инсталации тор се повишават. Редуцират се ароматните емисии, така че силно миришещите вещества са обработени до много висока степен. Така получения тор практически не мирише.
5. Полученият след производство на биогаз тор има по-добро хранително въздействие. Този тор може да се внася както предсеитбено, така също и по време на вегетация, защото щади растенията.
6. Ферментационния процес редуцира броя на патогенните микроорганизми, а с това се намалява и възможността за разпространяване на болести в природата.
7. Едно друго предимство е намаляване на разходите за минерални торове при торене на растенията, обусловено от комплексното действие на получения след ферментацията тор. Допълнителен ефект от това е опазването от замърсяване на питейната и на подпочвената вода.
8. В получения тор кълняемостта на плевелните семена е сведена до нула. Това е солидна предпоставка за водене на земеделие без използване на пестициди.
9. Вместо простото (на пръв поглед) отстраняване на органичните отпадъци се произвежда енергия и се оползотворяват хранителните вещества. При това биогазовата технология носи идеята за опазващ околната среда оборот на материята (преработка на отпадъците) и за децентрализираното реализиране на отпадъчните органични маси. Една такава възможност е съвместното реализиране на органичните отпадъци от общината, а това дава една нова политическа функция на кметството.
10. Производството на биогаз има сериозно социално значение, защото чрез него селскостопанските райони придобиват значително по- различен вид и се повишава много тяхната икономическа значимост.
11. На фона на всичко това се създават солидни предпоставки за развитие на екологично земеделие и за организиране на селски туризъм – не за това, че ще има за показване един атрактивен експонат, а защото селският туризъм е немислим без чиста природа.
Ако към всичко това прибавим и ефекта от производството на енергия – електрическа и топлинна, то като цяло се получават много сериозни аргументи, които вероятно са в основата на взетото от европейските страни решение за стимулиране на изграждането на биогазови инсталации. Необходимо е и нашата, българска, политическа класа да намери достатъчно основания да последва примера на европейските си колеги и да се обърне с лице към използването на възобновяемите енергийниизточници и в частност биогазовите инсталации. Ползата от това е за цялото общество и не бива тежестите по реализиране на биогазовата технология да се прехвърлят само върху плещите на ентусиастите – фермери. Тук не става дума да се изсипват безотговорно пари – просто кредитирането на такава дейност да става по един нормален, щадящ фермера начин. Най-малкото, което може да се направи е да се приеме, че биогазовите инсталации решават енергийните проблеми на държавата и кредитирането на тяхното изграждане да става по начина и при условията, както става кредитирането на целия енергиен отрасъл. Изгодата за обществото от тази дейност може да се отчете, като същата се стимулира чрез преференциални цени на произведената електроенергия.
Ст.н.с. д-р инж. Стефан Станев
E-mail: smstanev@abv.bg
