IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время технологии переработки биологического сырья нашли широкое применение для решения проблемы утилизации органических отходов, уменьшения загрязнения окружающей среды, а также получения альтернативного источника энергии [1, 2,3].

Биогаз, образующийся в специальных реакторах-ферментерах, является естественным продуктом распада, возникающим в процессе анаэробного сбраживания органических веществ, и по своим характеристикам и эффективности использования не уступает природному газу. Состав биогаза: CH₄ - 45-87%, CO₂ - 13-55%, незначительные примеси Н₂ и H₂S. После очистки биогаза от СО₂ получается биометан - полный аналог природного газа (отличие только в происхождении). Теплота сгорания биогаза составляет 20-27 МДж/м³, биометана 35-40 МДж/м³.

Необходимым условием получения биогаза является наличие в биомассе метаногенов - бактерий, которые образуют метан как побочный продукт метаболизма в бескислородных условиях. Они широко распространены в заболоченных территориях, где образуется метан (болотный газ), и в кишечниках жвачных млекопитающих и человека.

В качестве сырья для производства биогаза могут быть использованы отходы животноводческих ферм, а также любая органическая масса (корма, отходы бойни, рыбного цеха, пищевого производства). В таблице приведены основные показатели биогазовой станции, оборудованной когенерационной энергоустановкой, в зависимости от типа утилизируемых отходов.

Кроме биогаза в биореакторах получают органическое удобрение, которое может быть использовано непосредственно в полевом севообороте, тепличных хозяйствах, либо в качестве экспортного продукта.

Применение биогазовых технологий позволяет решить ряд экологических проблем [4]:

• уменьшается количество выбросов метана в атмосферу (по некоторым данным, метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО₂, и находится в атмосфере 12 лет);

• отсутствуют загрязнения воздушного бассейна, почвы и грунтовых вод в районе агропромышленного предприятия;

• происходит существенное сокращение санитарно-защитной зоны вокруг агропромышленного предприятия;

• происходит обеззараживание органических отходов животноводства и птицеферм;

• становится возможным замещение части минеральных удобрений и гербицидов при использовании готовых органических удобрений

Таблица 1- Основные показатели работы биогазовой станции в зависимости от типа утилизируемых отходов

Тип сырья	Отходы молочной фермы	Отходы свинофермы	Отходы птицефермы*	Отходы бойни*	Свекольный жом*
Поголовье, ед.	5800	50000	580000	-	-
Влажность отходов, %	85	88	75	90	75
Выход отходов, т/сут.	319	300	116	28	180
Выход биогаза, м3/сут.	14355	14400	14500	14000	14445
Содержание метана, м3	55	58	62	63	54
Выход жидких органических удобрений, т/сут.	306,2	288	111,4	26,8	172,8
Электрическая мощность когенерационной установки, МВт	1,2	1.2	1,21	1,17	1,2
Тепловая мощность когенерационной установки, МВт	1,44	1,44	1,45	1,4	1,44

Помимо всего этого биогаз можно преобразовать в электроэнергию и тепловую энергию. При содержании метана 45–50% биогаз теоретически демонстрирует энергетический потенциал в размере 5 кВт⋅ч/м³.

При применении биогаза обеспечивается следующий выход энергии:

• в форме моторного топлива с получением электроэнергии – 34–36%;

• в форме котельного топлива 89–93%;

• в форме моторного топлива с обеспечением когенерации (одновременной выработки) тепловой, электрической энергии – 74–88%.

К ряду самых перспективных проектов в настоящее время относят когенерационные электростанции, функционирующие на базе микротурбинного оборудования. Интерес к подобным установкам вызван их уникальными техническими свойствами, например, возможностью их работы без газоподготовки на разнообразных типах топлива. Микротурбинное оборудование, функционирующее в когенерационном режиме, позволяет почти на четверть нарастить эффективность использования топлива и вдвое снизить эксплуатационные затраты (в сравнении с традиционными газопоршневыми устройствами).

Показатель себестоимости получения из биологического газа по схеме когенерации 1 кВт⋅ч электрической энергии составляет 0,16–0,25 руб. Однако, если применять газ исключительно для выработки электричества, то его себестоимость превысит себестоимость сетевой электроэнергии примерно на 35 %. Гораздо выгоднее обеспечить переработку отходов на биогазовой установке с обеспечением одновременного получения:

• газа;

• тепла;

• электричества;

• топлива для автомашин;

• биологических удобрений.

Что касается инвестиционного аспекта производства электроэнергии из биогаза, то капитальные затраты на 1 кВт базовой мощности биогазовой установки находятся в диапазоне €2000–4500 и зависят от типа биомассы и размеров установки. Станции значительной мощности (свыше 10 МВт), функционирующие на сахарном жоме либо жировых отходах, демонстрируют капитальные затраты на 1 кВт в размере около €1500-1800. Капитальные затраты на малые станции (до 1 МВт), применяющие навоз КРС, могут достигать €7000 на 1 кВт.

При условии применения биогаза в качестве основной энергии в предприятиях АПК можно значительно сократит расходы на потребление энергии как на электричество так и на тепло. При существенном росте тарифов на электроэнергию и увеличивающихся экологических платежах биогазовые проекты демонстрируют высокую рентабельность и быструю окупаемость.

Список использованных источников

1. Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании - учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 260 с.

2. Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции - учебное пособие , 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 242 с.

3. Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Моделирование процесса биоконверсии твердых отходов и получения биогаза // Известия международной академии аграрного образования. СПб.: СПбГАУ, - № 1, -2013

4. http://www.combienergy.ru/stat/1247-Rossiyskiy-opyt-vnedreniya-biogazovyh-tehnologiy-dlya/

Код для цитирования: Скопировать