Biogas, Biogasanlagen- Diese Worte finden sich immer häufiger in den Medien, in den Gesprächen unternehmungslustiger Menschen. Der Grund liegt auf der Hand: steigende Kraftstoffpreise
Biogas ist eine Mischung aus Methan und Kohlendioxid, die während des Prozesses der anaeroben Vergärung in speziellen Reaktoren – Methantanks – entsteht, die so konzipiert und gesteuert werden, dass eine maximale Methanfreisetzung gewährleistet ist. Die durch die Verbrennung von Biogas gewonnene Energie kann 60 bis 90 % der Energie des Ausgangsmaterials erreichen. Ein weiterer Vorteil des Biomasse-Recyclingverfahrens besteht darin, dass der Abfall deutlich weniger Krankheitserreger enthält als das ursprüngliche Material.
produzieren Biogas durch kontrollierte Verdauung von Biomasse unter anaeroben Bedingungen.
Biogas kann in Biogasanlagen unterschiedlicher Größe erzeugt werden. Dabei kann es sich um kleine Aufbereitungsanlagen und Anlagen zur Versorgung des Unternehmens mit eigener Energie sowie um riesige zentrale Energieparks zur Einspeisung von Gas und Strom in das Netz handeln.
Für die Biogasproduktion eignen sich die meisten Abfälle aus der Lebensmittelindustrie und der Landwirtschaft sowie speziell angebaute Energiepflanzen. Biogasanlagen können sowohl mit Monorohstoffen als auch mit Gemischen betrieben werden.
Biogasanlagen sind Bauvorhaben, die aus geschlossenen Reaktoren bestehen, die mit einem Komplex aus Rohstoffversorgung, Heizung, Misch-, Abwasser-, Luft-Gas- und Elektrosystemen ausgestattet sind.
Biogas – Vorteile
Biogasanlage- Dies ist das aktivste Reinigungssystem. Alle anderen Reinigungssysteme verbrauchen Energie, anstatt sie zu produzieren.
Neben der Umwelt liegen die Hauptvorteile in der Produktion von Biogas und Biodüngern.
Zusätzliche Vorteile einer Biogasanlage: Erzeugung von Strom und Wärme, Produktion von Biomethan, Einsparung von Kapitalkosten für Aufbereitungsanlagen beim Aufbau neuer Unternehmen.
Die Biogasproduktion trägt dazu bei, die Freisetzung von Methan in die Atmosphäre zu verhindern. Ihre Erfassung ist der beste Weg, die globale Erwärmung zu verhindern.
Funktionsprinzip einer Biogasanlage
Die Biogasanlage produziert Biogas und Biodünger durch anoxische Vergärung aus Bioabfällen und Energiepflanzen.
Eine industrielle Biogasanlage ist ein Bauvorhaben, bei dem der Anlagenanteil 70-80 % beträgt. Dabei handelt es sich um geschlossene Reaktoren (Fermenter) aus monolithischem Stahlbeton oder beschichtetem Stahl. Der Aufbau ist modular aufgebaut mit einem Durchmesser von 24 m und einer Höhe von 6 m. Mit steigender Leistung erhöht sich die Anzahl der Reaktoren.
Flüssiger Bioabfall wird mittels Fäkalienpumpen über eine Rohrleitung zur Biogasanlage gepumpt. Sie fallen in einen Vorbehälter, wo die Masse gemischt, auf die erforderliche Luftfeuchtigkeit verdünnt und auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird.
Biogasausgänge
Ausrüstung für Biogasanlagen
Biogasreaktor
Der Biogasreaktor besteht aus Platten aus Stahl mit hochwertiger Beschichtung mittels Hochtemperatur-Sintertechnologie „Elamel“. Diese Beschichtung ist langlebig, chemikalien-, korrosions- und schlagfest. Das Design ermöglicht eine schnelle Montage und Demontage.
Der Vorteil von Biogasreaktoren aus beschichtetem Stahl im Vergleich zu denen aus Beton liegt in der Langlebigkeit, dem Verzicht auf Schalung, dem geringeren Zeitaufwand und der Möglichkeit, das ganze Jahr über zu bauen. Edelstahlluken, verstärkte Ausschnitte für Mischer, Sichtfenster – alles ist unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Biogastechnik konzipiert.
Ein wichtiger Vorteil eines Metallreaktors gegenüber Stahlbeton. besteht darin, dass es leicht demontiert werden kann und von Banken als beste Sicherheit anerkannt wird.
Lader für Biogasanlage
Silage oder andere feste Rohstoffe werden über eine Förderschnecke direkt in den Biogasreaktor eingebracht. Der Bunker ist mit zwei Turboschnecken ausgestattet, die über ein Sanftanlaufsystem verfügen, das Energie spart und einen zuverlässigen Betrieb des Antriebs rund um die Uhr gewährleistet.
Die besonders langlebige Konstruktion aus legiertem Stahl mit säurebeständiger Beschichtung ermöglicht den Betrieb der Geräte unter hoher Belastung. Der Einsatz spezieller Schaber mit verstellbaren Messern erhöht die Produktivität. Ein Antrieb mit zuverlässigen Planetengetrieben garantiert einen stabilen Betrieb bei maximalen Lasten und Drehmomenten und eine hydraulische Dämpfersteuerung sorgt für die Reinigung von Turboschnecke und Förderband.
Schrägmischer für Biogasanlage
Schrägmischer sind speziell für den Einsatz unter den aggressiven Bedingungen in einem Biogasreaktor konzipiert. Die Propeller werden mit speziellen Geräten hergestellt, die eine millimetergenaue Neigung der Blätter gewährleisten.
Der elektrisch angetriebene Rührer ist für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen der Klassen 1 und 2 ausgelegt. Alle Teile des Rührers, einschließlich der Isoliermembran für das Antriebsrohr, sind vor ultravioletter Strahlung geschützt. Der Schneckenmischer wird außen an der Fermenterwand montiert.
Der Mixer wird von zwei oberen Lamellen oder optional von einem Zahnstangengetriebe getragen, wodurch Sie jeden Neigungswinkel einstellen können. Die Propellerwelle, die Schraube und die Platte bestehen aus Edelstahl.
Tauchrührwerk
Elektrisch angetriebene Tauchmotorrührwerke für Biogasanlagen sind für den Betrieb in explosionsgefährdeten und gleichzeitig aggressiven Umgebungen konzipiert.
Der Mischer ist an einem Mast montiert und verfügt über eine Motorhalterung zur Höhenverstellung des Geräts. Dank der Rollenführungen lässt sich der Rührer auch bei leicht schrägem Zug am Kabel reibungsfrei absenken und anheben.
Der Getriebemotor ist aus Sphäroguss gefertigt und oben lackiert. Der Propeller ist verzinkt und die Motorhalterung besteht aus Edelstahl. Das Tauchmotorrührwerk besteht aus einem wasserdichten Monoblock, der einen dreiblättrigen Propeller antreibt.
Heizstation der Biogasanlage
Im Biogasreaktor wird eine feste Temperatur für Mikroorganismen aufrechterhalten. Die Temperatur im Reaktor ist mesophil, etwa +37°C. Der Reaktor wird durch ein Kühlmittel erhitzt. Die Kühlmitteltemperatur am Reaktoreintritt beträgt +80°C. Die Trägertemperatur nach dem Reaktor beträgt ca. +55°C.
Das Heizsystem besteht aus Kesseln, Pumpen, Wärmetauschern und Kämmen. Innerhalb der Reaktorwand bzw. an deren Innenfläche befindet sich ein Netzwerk aus Heizrohren. Ist die Biogasanlage mit einem Blockheizkraftwerk ausgestattet, wird das Kühlmittel aus der Generatorkühlung zur Beheizung des Reaktors genutzt.
Wärmeversorgungsquellen für Biogasanlagenstrukturen können Gaskessel sein, die mit Biogas, Erdgas und Gemischen betrieben werden, sowie Elektrokessel.
Gasbehältertasche
Das Material des Gasbehälters ist beständig gegen die Entzündung durch stromführende elektrische Leitungen, Feuerwerkskörper sowie gegen das Durchbrechen von Metallstäben, auch von glühenden.
In einem speziell belüfteten Hangar montiert. Das Design des Gastanks ermöglicht es Ihnen, den Biogasdruck unter der Folie von 0,005 bis 0,01 Bar zu akkumulieren und aufrechtzuerhalten.
Biogas wird dem Gastank über spezielle Rohre zugeführt, die mit Sicherheitsventilen ausgestattet sind, um ein Überlaufen zu verhindern.
Gasspeicher einer Biogasanlage
Gasspeicher ist ein Biogasspeicher. Es ist hermetisch an der Oberseite des Reaktors befestigt. Das Gasspeichersystem ist zweischichtig aufgebaut. Die äußere Kuppelabdeckung ist beständig gegen ultraviolette Strahlung und Niederschlag.
Unter der Einwirkung des erzeugten Biogases dehnt sich die Innenkuppel aus.
Zwischen der äußeren und der inneren Kuppel wird Luft gepumpt, um Druck auf die untere Kuppel auszuüben und der äußeren Kuppel ihre Form zu geben. Der Biogasdruck im Gastank liegt zwischen 200 und 500 Pa. Gasspeicherreserve für 2-3 Stunden Biogasspeicherung.
Biogasstationsabscheider
Der Separator dient der Trennung der vergorenen Masse in feste und flüssige Anteile und ist im Grundpaket der Biogasanlage enthalten. Die Abscheiderteile bestehen aus korrosions- und verschleißfestem Stahl. Die Mischung wird wahllos oder mit einer Pumpe durch die Gemischzufuhrleitung in die Ladekammer gefördert. Aus der Beschickungskammer wird das Gemisch mithilfe einer Schnecke mit variabler Steigung aus verschleißfestem Stahl in die Trennkammer gefördert.
Die Trennkammer ist ein zylindrisches Sieb, ebenfalls aus verschleißfestem Stahl. In der Trennkammer werden flüssige und feste Anteile durch Pressen getrennt. Der flüssige Anteil wird über ein Abflussrohr in einen Lagertank abgeleitet. Der Feststoffanteil verlässt den Abscheider durch die Entladevorrichtung und sammelt sich im Vorratsbehälter.
Fackel für Biogasanlage
Die Fackelanlage ist für die vorübergehende oder periodische vollständige Verbrennung von Biogas bestimmt, das in Biogasanlagen oder auf Deponien für feste Abfälle erzeugt wird, wenn keine Möglichkeit einer sinnvollen Nutzung als Energieträger besteht.
Das Verbrennungssystem besteht aus einem Brenner und weiteren Komponenten.
Der Brenner ist nach dem Prinzip der Injektionsverbrennung aufgebaut und besteht aus einer Düse, einem Injektor mit Luftzufuhrsteuerung, einem Flammschutzrohr, einer Armatur und einer Brennersteuerung.
Das Biogas-Verbrennungssystem besteht aus Edelstahl. Die Tragkonstruktion hält den Brenner und die vertikal montierte Armatur.
Die Brennersteuerung ist in einem Schrank installiert, der auf der Tragkonstruktion der Verbrennungsanlage montiert ist und alle Elemente zur Überwachung und Steuerung der Zündung und Flamme enthält.
Optionen für Biogasanlagen
Kraft-Wärme-Kopplung
Die Erzeugung elektrischer und thermischer Energie in Anlagen auf Basis eines Verbrennungsmotors ist die häufigste Art, von einer Biogasanlage zu profitieren. Strom kann ganzjährig sowohl für den Eigenbedarf als auch zur Einspeisung ins Netz zum ungeregelten Tarif oder Einspeisetarif genutzt werden.
Aus 1 m3 Biogas werden gleichzeitig 2,4 kWh elektrische + 2,5 kWh thermische Energie erzeugt.
Vorteile von KWK-Anlagen gegenüber Analoga:
— Ölwechsel nicht 500, sondern 2000 Motorstunden,
- hohe El. Wirkungsgrad bis zu 40 %, Gesamtwirkungsgrad Strom + Wärme bis zu 90 %,
- höchste Zuverlässigkeit.
Das Kraftwerk ist der Hauptteil einer Biogasanlage und verfügt über die meisten beweglichen Teile. Der Umsatz hängt direkt von dieser Einheit ab und daran sollten Sie nicht sparen.
Reinigung zu Methan
Dieses System ermöglicht die Reinigung (Anreicherung) von Biogas zu Biomethan. Biomethan ist ein vollständiges Analogon von Gost-Erdgas mit einer Methankonzentration im Bereich von 95–99 %. Nach dem Reinigungssystem kann das Gas als Kraftstoff zum Betanken von Autos verwendet werden, kann über eine Mittel- oder Niederdruckleitung in das allgemeine Gasversorgungssystem eingespeist werden oder für technologische Zwecke verwendet werden, um Erdgas vollständig zu ersetzen.
Es wird ein regeneratives Wasser-Biogasanreicherungssystem vorgeschlagen. Sein Funktionsprinzip basiert auf der unterschiedlichen Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten. Wenn Biogas durch kaltes Wasser geleitet wird, löst sich Kohlendioxid darin und wird beim Erhitzen freigesetzt.
Der Vorteil eines Wasser-Biogasanreicherungssystems im Vergleich zu PSA- oder Kohlenstoffabsorptionssystemen sind die geringen Kosten der Gasreinigung. Dank der Verwendung von Wasser als Hauptbestandteil dieses Prozesses sind für den Prozess keine Reagenzien oder hohe Kosten erforderlich
Trocknen von Düngemitteln
Durch die Trocknung von Biodüngern können Sie das Potenzial einer Biogasanlage besser ausschöpfen und deren Rentabilität deutlich steigern. Getrocknete Biodünger haben im Vergleich zu einfach abgetrennter Biomasse einen höheren Verkaufspreis. In getrockneter Granulatform können Düngemittel kostengünstig über jede Entfernung transportiert und lange gelagert werden. Zwei Nebenprodukte einer Biogasanlage – Wärme und roher Biodünger – können zur Herstellung eines begehrten Produkts genutzt werden. Getrocknete Biodünger sind vergleichbar mit Guano.
Der Niedertemperatur-Fördertrockner arbeitet mit einer hocheffizienten Methode zur Trocknung von Biomasse bei niedriger Temperatur. Geringe Emissionen und ein hochwertiges Endprodukt bei geringem Verbrauch sind die Vorteile der Technologie. Durch die Anpassung der Produktzufuhrgeschwindigkeit wird ein konstanter Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Produkts und eine optimale Nutzung zusätzlicher Wärmeenergie gewährleistet.
Eine Biogasanlage ist eine spezielle Anlage, die es Ihnen ermöglicht, Abfälle aus der Landwirtschaft und der Lebensmittelindustrie zu biologischen Düngemitteln und Biogas zu verarbeiten.
Durch den Einsatz einer solchen Anlage können Sie verschiedene Arten von Mist (einschließlich Vogelkot) schnell entfernen, Pflanzenreste (überwinterte Silage, Spitzen von Nahrungspflanzen usw.) verarbeiten und organische Abfälle aus Schlachthöfen und Geflügelfarmen effizient entsorgen. Die Zeit für die Gewinnung biologischer Abfälle und Gase hängt von der Dichte der verarbeiteten Materialien und deren Menge ab.
Am weitesten verbreitet sind solche Anlagen in Ländern wie Deutschland und Holland. In den letzten Jahren wurden auch zahlreiche chinesische Bauernhöfe und Lebensmittelproduktionsbetriebe mit Biogasanlagen aus eigener Produktion ausgestattet.
Bau einer Biogasanlage. Man muss sagen, dass Biogasanlagen einen sehr einfachen Aufbau haben. Moderne Modelle solcher Anlagen verfügen über einen ausreichenden Automatisierungsgrad und erfordern nur minimale menschliche Kontrolle. Eine moderne Biogasanlage besteht also aus:
- Ein Übergangsbehälter, in den Rohstoffe gleich zu Beginn der Verarbeitung zum Erhitzen gelangen.
- Mischer zum Zerkleinern großer Gras- und Mistpartikel.
- Um die Reserven und den Druck im System aufrechtzuerhalten, ist ein Gasbehälter (Gasspeicher) erforderlich, in dem das entstehende Gas gespeichert wird.
- Der Bioreaktor ist der wichtigste Teil einer Biogasanlage, in dem die Vergärung der Rohstoffe stattfindet und Gas erzeugt wird.
- Gassystem, eine Reihe von Rohren und Schläuchen zur Zufuhr und Ableitung des entstehenden Gases.
- Separatoren sortieren verarbeitete Rohstoffe in feste und flüssige Düngemittel.
- Pumpen zum Pumpen von Rohstoffen und Wasser.
- Geräte zur Messung und Überwachung des Drucks im Reaktor und der Temperatur der Heizflüssigkeit.
- Zur Verteilung des entstehenden Gases dient ein Blockheizkraftwerk.
- Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks sind Notbrenner zum Ablassen von überschüssigem Gas aus dem Reaktor und dem Gastank erforderlich.
Auf den ersten Blick scheint der Aufbau einer Biogasanlage zu komplex und unübersichtlich zu sein und teure Einheiten und Komponenten zu umfassen. In Wirklichkeit ist dies jedoch bei weitem nicht der Fall. Die meisten Komponenten haben bedrohliche Namen, tatsächlich basieren sie jedoch auf Alltagsgegenständen. Auf jeden Fall werden ähnliche Konstruktionen seit vielen Jahren von Menschen auf der ganzen Welt verwendet, sodass das Funktionsprinzip der Anlage problemlos verstanden werden kann.
Funktionsprinzip einer Biogasanlage. Bevor zu einer detaillierten Betrachtung des Funktionsprinzips einer Biogasanlage übergegangen wird, sollte gesagt werden, dass dieses Gerät ausschließlich auf die Prozesse der Fermentation und Zersetzung zurückzuführen ist. Wie Sie wissen, zerfällt jede organische Substanz (im Laufe der Zeit und unter geeigneten Bedingungen) in einfache chemische Substanzen, darunter Biogas. Jede Biogasanlage basiert auf den Prinzipien der Vergärung und des Zerfalls, und zusätzliche Komponenten und Baugruppen übernehmen Hilfs- oder Steuerungsfunktionen.
Betriebsphasen einer Biogasanlage.
- 1. Lieferung von verarbeiteten Produkten und Abfällen an die Anlage. Wenn der Abfall flüssig ist, empfiehlt es sich, ihn mit speziellen Pumpen zum Reaktor zu fördern. Weitere feste Abfälle können dem Reaktor manuell oder über ein Förderband zugeführt werden. In manchen Fällen ist es ratsam, den Abfall zu erhitzen, um seine Fermentations- und Zerfallgeschwindigkeit im Bioreaktor zu erhöhen. Zur Erwärmung des Abfalls wird ein Übergangstank eingesetzt, in dem die verarbeiteten Produkte auf die erforderliche Temperatur gebracht werden.
- 2. Verarbeitung in einem Reaktor. Nach dem Übergangstank gelangt der aufbereitete (und erhitzte!) Abfall in den Reaktor. Ein hochwertiger Bioreaktor ist eine hermetische Struktur aus besonders starkem Stahl oder Beton mit einer speziellen Anti-Säure-Beschichtung. Der Reaktor muss unbedingt über eine optimale Wärme- und Gasisolierung verfügen. Selbst der geringste Lufteintritt oder Temperaturabfall stoppt den Gärungs- und Fäulnisprozess. Die Beheizung des Reaktors erfolgt über Heißwasserrohre. Das System ist autonom. Das Wasser wird mit dem erzeugten Biogas erhitzt. Der Reaktor arbeitet ohne Zugang zu Sauerstoff in einer vollständig geschlossenen Umgebung. Mehrmals täglich können Sie mit einer Pumpe neue Portionen der verarbeiteten Substanz hinzufügen. Das optimale Temperaturregime für den Reaktor liegt bei etwa 40 Grad Celsius. Wenn die Temperatur niedriger ist, verlangsamt sich der Fermentationsprozess erheblich. Wenn Sie die Temperatur erhöhen, kommt es zu einer schnellen Verdunstung des Wassers, wodurch der Abfall nicht vollständig zerfallen kann. Um den Fermentationsprozess zu beschleunigen, wird ein spezieller Mixer verwendet. Dieses Gerät vermischt den Stoff im Reaktor nach einer bestimmten Zeit.
- 3. Ausgabe des fertigen Produkts. Nach einer gewissen Zeit (von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen) zeigen sich die ersten Ergebnisse der Fermentation. Dabei handelt es sich um Biogas und biologische Düngemittel. Dadurch gelangt das entstehende Biogas in einen Gasspeicher (Gasspeicher). Der Gasdruck in den Gastanks wird über Ventile reguliert. Bei zu hohem Druck werden Notbrenner aktiviert, die überschüssiges Gas einfach verbrennen und so den Druck stabilisieren. Das entstehende Biogas muss getrocknet werden. Erst danach kann es wie normales Erdgas genutzt werden. Unabhängig davon ist zu erwähnen, dass zur Aufrechterhaltung des Betriebs einer Biogasanlage etwa 15 % des erzeugten Gases benötigt werden. Biologische Düngemittel wiederum landen in einem speziell vorbereiteten Tank mit Separator. Es gibt eine Unterteilung in feste (Wurmkompost) und flüssige Düngemittel. Wurmkompost macht nur etwa 5 % der gesamten erhaltenen Düngermenge aus. Tatsächlich können Düngemittel sofort für ihren vorgesehenen Zweck verwendet werden. Sie erfordern keine zusätzliche Bearbeitung. Darüber hinaus gibt es in Europa ganze Produktionslinien, die die resultierenden biologischen Düngemittel in Plastikbehälter verpacken. Der Handel mit solchen Düngemitteln ist ein recht profitables Geschäft. Der Betrieb der Biogasanlage erfolgt kontinuierlich. Vereinfacht ausgedrückt gelangen ständig neue Portionen verarbeiteten Materials in den Reaktor, und auch Gas und biologische Düngemittel gelangen ständig in den Gasspeicher und den Abscheidertank.
Betrieb und Installation einer Biogasanlage. Die Installation einer Biogasanlage ist eine rein individuelle Angelegenheit. Man kann nicht einfach alle Komponenten mitbringen und zusammenbauen. Es ist notwendig, eine ganze Reihe vorbereitender Arbeiten durchzuführen, mehrere große Gruben auszuheben und eine hochwertige Isolierung des Reaktors durchzuführen. Es ist notwendig, alle individuellen Besonderheiten eines landwirtschaftlichen Betriebes oder Unternehmens zu berücksichtigen und die Biogasanlage für bestimmte Aufgaben relevant zu machen. Da der Verarbeitungsprozess vollautomatisch abläuft, kann eine Person die Biogasanlage überwachen. Der Betrieb der Anlage erfordert keine großen Kosten. Bei guter Pflege und rechtzeitiger Wartung werden die jährlichen Kosten für die Wartung einer solchen Anlage 5 % der ursprünglichen Kosten nicht überschreiten.
Vorteile des Einsatzes einer Biogasanlage. Eine Biogasanlage ist ein wahrhaft magisches Gerät, das es Ihnen ermöglicht, aus Industrieabfällen und Mist wirklich notwendige Dinge zu gewinnen. Insbesondere erhalten Sie:
- Biogas
- Biologische Düngemittel
- Elektrische und thermische Energie
- Kraftstoff für Autos.
Um Biogas in elektrische und thermische Energie umzuwandeln, ist es notwendig, die Anlage mit zusätzlichen Aggregaten auszustatten. Dies erhöht die Kosten für die Installation selbst, ermöglicht Ihnen jedoch eine erhebliche Unabhängigkeit von den Versorgungsunternehmen und eine deutliche Reduzierung der Rechnungen. Wenn das Auto mit einer Gasausrüstung ausgestattet ist, kann es mit Gas aus einer Biogasanlage betankt werden. Natürlich muss Biogas zusätzlich gereinigt werden, um Kohlendioxid herauszufiltern. Danach kann das Auto mit Gas aus der Biogasanlage fahren. Dies trägt dazu bei, beim Kauf von Benzin erheblich zu sparen, was bei den aktuellen Kraftstoffpreisen sehr rentabel ist.
Wer braucht eine Biogasanlage?
Wie oben erwähnt, handelt es sich bei einer Biogasanlage um ein technisch komplexes Gerät, das eine fachgerechte Installation und eine rechtzeitige Wartung erfordert.
Daher benötigt ein Kleinbauer, dessen Betrieb aus einem Dutzend Kühen und mehreren Hektar Land besteht, solche Geräte definitiv nicht. Er hat einfach nicht genug Mist und andere Düngemittel, um die Biogasanlage rund um die Uhr in Betrieb zu halten und nennenswerte Einnahmen zu erwirtschaften. Und es ist eine ganz andere Sache, wenn wir über einen großen Bauernhof, eine Geflügelfarm oder einen Fleischverarbeitungsbetrieb sprechen. Diese Industrien erzeugen täglich Hunderte Kilogramm verschiedener Abfälle, die einfach nirgendwo hingehen können. Für sie ist der Kauf einer Biogasanlage fast die einzige Möglichkeit, das Problem der Müllentsorgung zu lösen und gleichzeitig kostenlos Gas, Strom und biologische Düngemittel zu erhalten.
Wie die Praxis zeigt, amortisieren sich solche Biogasanlagen bereits innerhalb von 2 Jahren nach der Installation. Wenn man bedenkt, dass die durchschnittliche Lebensdauer einer Anlage 25 Jahre beträgt, ist es nicht schwer, den Gewinn zu berechnen, den eine solche Anlage bringen wird.
Die theoretischen Grundlagen für die Produktion von Methangas aus Biomasse durch anaerobe Vergärung wurden vorgestellt.
Es wurde die Rolle von Bakterien bei der schrittweisen Umwandlung organischer Stoffe erläutert und die notwendigen Bedingungen für eine möglichst intensive Biogasproduktion beschrieben. In diesem Artikel werden praktische Umsetzungen von Biogasanlagen vorgestellt und einige selbst erstellte Entwürfe beschrieben.
Da die Energiepreise steigen und viele Besitzer von Tierhaltungs- und Kleinbauernhöfen Probleme mit der Abfallentsorgung haben, stehen Industriekomplexe zur Biogasproduktion und kleine Biogasanlagen für Privathaushalte zum Verkauf. Über Suchmaschinen kann ein Internetnutzer ganz einfach eine erschwingliche Fertiglösung finden, damit die Biogasanlage und ihr Preis den Bedürfnissen entsprechen, mit Ausrüstungslieferanten in Kontakt treten und sich über den Bau eines Biogasgenerators zu Hause oder auf dem Bauernhof einigen.
Industriekomplex zur Biogasproduktion
Bioreaktor – die Basis einer Biogasanlage
Der Behälter, in dem die anaerobe Zersetzung von Biomasse stattfindet, wird als bezeichnet Bioreaktor, Fermenter oder Methantank. Bioreaktoren können vollständig abgedichtet sein, mit fester oder schwimmender Kuppel und im Tauchglocken-Design. Psychrophile Bell-Bioreaktoren (die keine Heizung erfordern) haben die Form eines offenen Reservoirs mit flüssiger Biomasse, in das ein Behälter in Form eines Zylinders oder einer Glocke eingetaucht wird, in dem Biogas gesammelt wird.
Das gesammelte Biogas übt Druck auf den Zylinder aus, wodurch dieser über den Tank steigt. Somit dient die Glocke auch als Gasspeicher – als Zwischenspeicher für das erzeugte Gas.
Schwimmender Kuppelbioreaktor Der Nachteil der Glockenkonstruktion des Biogasreaktors besteht darin, dass es in der kalten Jahreszeit nicht möglich ist, das Substrat zu durchmischen und zu erwärmen. Ein weiterer negativer Faktor ist ein starker Geruch und unhygienische Bedingungen aufgrund der freiliegenden Oberfläche eines Teils des Untergrunds.
Darüber hinaus entweicht ein Teil des entstehenden Gases in die Atmosphäre und belastet die Umwelt. Daher werden diese Bioreaktoren nur in handwerklichen Biogasanlagen in armen Ländern mit heißem Klima eingesetzt.
Ein weiteres Beispiel für einen schwimmenden Kuppelbioreaktor Um Umweltbelastungen vorzubeugen und unangenehme Gerüche zu beseitigen, werden Reaktoren in Biogasanlagen für Privathaushalte und Großindustrien mit einer festen Kuppel ausgeführt. Die Form der Struktur ist bei der Gasbildung nicht von großer Bedeutung, aber bei Verwendung eines Zylinders mit kuppelförmigem Dach werden erhebliche Baumaterialeinsparungen erzielt. Bioreaktoren mit fester Kuppel sind mit Rohren zur Zugabe neuer Biomasseportionen und zur Auswahl verbrauchter Substrate ausgestattet.
Eine Art Bioreaktor mit fester Kuppel Haupttypen von Biogasanlagen
Da das akzeptable Design eine feste Kuppel ist, sind die meisten vorgefertigten Bioreaktorlösungen von diesem Typ. Abhängig von der Beladungsmethode haben Bioreaktoren unterschiedliche Bauformen und werden unterteilt in:
- Portionsweise, mit einmaliger Beladung der gesamten Biomasse und anschließender kompletter Entladung nach der Verarbeitung der Rohstoffe. Der Hauptnachteil dieses Bioreaktortyps ist die ungleichmäßige Gasfreisetzung während der Substratverarbeitung;
- Kontinuierliches Be- und Entladen von Rohstoffen, wodurch eine gleichmäßige Freisetzung von Biogas erreicht wird. Dank der Konstruktion des Bioreaktors stoppt die Biogasproduktion beim Be- und Entladen nicht und es treten keine Lecks auf, da die Rohre, durch die Biomasse zugeführt und entnommen wird, in Form einer Wassersperre ausgeführt sind, die ein Austreten von Gas verhindert.
Beispiel eines Batch-Bioreaktors Batch-Biogasreaktoren können jedes Design haben, das ein Austreten von Gas verhindert. Beispielsweise waren in Australien einst Kanal-Methantanks mit einem elastischen aufblasbaren Dach beliebt, bei denen ein leichter Überdruck im Inneren des Bioreaktors eine Blase aus haltbarem Polypropylen aufblähte. Bei Erreichen eines bestimmten Druckniveaus im Bioreaktor wurde ein Kompressor eingeschaltet, der das produzierte Biogas abpumpte.
Kanalbioreaktoren mit elastischem Gashalter Die Art der Vergärung in dieser Biogasanlage kann mesophil (geringe Erwärmung) sein. Aufgrund der großen Fläche der Blähkuppel können Kanalbioreaktoren nur in beheizten Räumen oder in Regionen mit heißem Klima installiert werden. Der Vorteil der Konstruktion besteht darin, dass kein Zwischenempfänger erforderlich ist, der große Nachteil ist jedoch die Anfälligkeit der elastischen Kuppel gegenüber mechanischen Beschädigungen.
Großkanal-Bioreaktor mit elastischem Gastank In letzter Zeit erfreuen sich Batch-Bioreaktoren mit Trockenvergärung von Gülle ohne Zugabe von Wasser zum Substrat zunehmender Beliebtheit. Da Gülle über eine eigene Feuchtigkeit verfügt, reicht diese für das Leben der Organismen aus, allerdings nimmt die Intensität der Reaktionen ab.
Trockenbioreaktoren sehen aus wie eine versiegelte Garage mit dicht schließenden Türen. Biomasse wird mit einem Frontlader in den Reaktor geladen und bleibt in diesem Zustand, bis der vollständige Gasbildungszyklus abgeschlossen ist (etwa sechs Monate), ohne dass ein Substrat hinzugefügt oder gemischt werden muss.
Batch-Bioreaktor mit Beladung durch eine hermetisch dichte Tür DIY-Biogasanlage
Zu beachten ist, dass in den meisten Bioreaktoren in der Regel nur die Gasbildungszone abgedichtet ist und die flüssige Biomasse am Ein- und Auslass unter Atmosphärendruck steht. Übermäßiger Druck im Bioreaktor verdrängt Ein Teil des flüssigen Substrats gelangt in die Düsen, weshalb der Biomassegehalt in ihnen etwas höher ist als im Behälter.
Die roten Linien im Diagramm zeigen die Füllstandsunterschiede im Bioreaktor und in den Rohren an Diese Entwürfe selbstgebauter Bioreaktoren sind bei Volkshandwerkern beliebt, die eigenständig Biogasanlagen für zu Hause herstellen und so ein wiederholtes manuelles Be- und Entladen des Substrats ermöglichen. Bei der Herstellung von Bioreaktoren mit eigenen Händen experimentieren viele Handwerker mit vollständig versiegelten Behältern und verwenden mehrere Gummischläuche aus den Reifen großer Fahrzeuge als Gasbehälter.
Zeichnung eines Gasbehälters aus Traktorschläuchen Im folgenden Video beweist ein Liebhaber der selbstgemachten Biogasproduktion am Beispiel von mit Vogelkot gefüllten Fässern die Möglichkeit, zu Hause tatsächlich brennbares Gas zu erzeugen, indem er Geflügelstallabfälle zu nützlichem Dünger verarbeitet. Das Einzige, was zu dem in diesem Video beschriebenen Design hinzugefügt werden kann, ist die Installation eines Manometers und eines Sicherheitsventils an einem selbstgebauten Bioreaktor.
Berechnungen der Bioreaktorproduktivität
Die Menge an Biogas wird durch die Masse und Qualität der eingesetzten Rohstoffe bestimmt. Im Internet findet man zwar Tabellen, die die von verschiedenen Tieren produzierte Abfallmenge angeben, doch für Besitzer, die täglich Mist entfernen müssen, nützt diese Theorie nichts, da sie dank ihrer eigenen Praxis die Menge und Masse des Abfalls kennen zukünftiges Substrat. Basierend auf der Verfügbarkeit täglich erneuerbarer Rohstoffe ist es möglich, das benötigte Volumen des Bioreaktors und die Tagesmenge zu berechnen Biogasproduktion.
Tabelle zur Ermittlung der Güllemenge einiger Tiere mit einer ungefähren Berechnung der Biogasausbeute Nachdem die Berechnungen durchgeführt und die Auslegung des Bioreaktors genehmigt wurde, kann mit dem Bau begonnen werden. Das Material kann ein in den Boden gegossener Stahlbetonbehälter oder mit einer speziellen Beschichtung versiegeltes Mauerwerk sein, das zur Behandlung von Schwimmbädern verwendet wird.
Es ist auch möglich, den Haupttank einer Heimbiogasanlage aus mit Korrosionsschutzmaterial beschichtetem Eisen zu bauen. Kleine industrielle Bioreaktoren bestehen häufig aus großvolumigen, chemikalienbeständigen Kunststofftanks.
Bau eines Bioreaktors aus Mauerwerk In industriellen Biogasanlagen werden elektronische Steuerungssysteme und verschiedene Reagenzien verwendet, um die chemische Zusammensetzung des Substrats und seinen Säuregehalt zu korrigieren, und der Biomasse werden spezielle Substanzen zugesetzt – Enzyme und Vitamine, die die Reproduktion und lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen im Bioreaktor anregen . Im Zuge der Entwicklung der Mikrobiologie entstehen immer stabilere und wirksamere Stämme methanogener Bakterien, die von Unternehmen erworben werden können, die sich mit der Produktion von Biogas befassen.
Die Grafik zeigt, dass beim Einsatz von Enzymen die maximale Biogasausbeute doppelt so schnell eintritt Die Notwendigkeit, Biogas abzupumpen und zu reinigen
Die ständige Gasproduktion in einem Bioreaktor jeglicher Bauart führt dazu, dass Biogas abgepumpt werden muss. Einige primitive Biogasanlagen können das entstehende Gas direkt in einem in der Nähe installierten Brenner verbrennen, aber die Instabilität des Überdrucks im Bioreaktor kann zum Verschwinden der Flamme mit anschließender Freisetzung führen giftiges Gas. Der Einsatz einer solch primitiven Biogasanlage mit Anschluss an einen Ofen ist aufgrund der Möglichkeit einer Vergiftung durch die giftigen Bestandteile des ungereinigten Biogases grundsätzlich inakzeptabel.
Die Brennerflamme beim Verbrennen von Biogas muss sauber, gleichmäßig und stabil sein. Daher umfasst fast jede Biogasanlage Gasspeichertanks und ein Gasreinigungssystem. Als selbstgebauter Reinigungskomplex können Sie einen Wasserfilter und einen selbstgebauten Behälter voller Metallspäne verwenden oder professionelle Filtersysteme erwerben. Ein Behälter zur Zwischenspeicherung von Biogas kann aus Reifenschläuchen hergestellt werden, aus denen das Gas von Zeit zu Zeit von einem Kompressor in Standard-Propanflaschen zur Lagerung und anschließenden Verwendung gepumpt wird.
In einigen afrikanischen Ländern werden aufblasbare Gasbehälter in Form eines Kissens zur Speicherung und zum Transport von Biogas eingesetzt Als Alternative zum obligatorischen Einsatz eines Gastanks kann ein verbesserter Bioreaktor mit schwimmender Kuppel in Betracht gezogen werden. Die Verbesserung besteht darin, eine konzentrische Trennwand hinzuzufügen, die eine Wassertasche bildet, die wie eine Wassersperre wirkt und verhindert, dass die Biomasse mit Luft in Kontakt kommt. Der Druck im Inneren der schwimmenden Kuppel hängt von ihrem Gewicht ab. Indem das Gas durch ein Reinigungssystem und einen Reduzierer geleitet wird, kann es in einem Haushaltsofen verwendet werden, wobei es regelmäßig aus dem Bioreaktor entlüftet wird.
Bioreaktor mit schwimmender Kuppel und Wassertasche Mahlen und Mischen des Substrats in einem Bioreaktor
Das Rühren der Biomasse ist ein wichtiger Teil des Biogasproduktionsprozesses und ermöglicht Bakterien den Zugang zu Nährstoffen, die sich möglicherweise am Boden des Fermenters verklumpen. Damit sich Biomassepartikel im Bioreaktor besser vermischen, müssen sie vor dem Einfüllen in den Methantank mechanisch oder manuell zerkleinert werden. Derzeit werden in industriellen und hausgemachten Biogasanlagen drei Methoden zum Mischen des Substrats verwendet:
- mechanische Rührer, angetrieben durch einen Elektromotor oder manuell;
- Zirkulationsmischung mit einer Pumpe oder einem Propeller, der das Substrat in den Bioreaktor pumpt;
- Sprudelndes Mischen durch Spülen von flüssiger Biomasse mit vorhandenem Biogas. Der Nachteil dieser Methode ist die Schaumbildung auf der Oberfläche des Untergrundes.
Der Pfeil zeigt die Mischzirkulationsschnecke in einem selbstgebauten Bioreaktor Das mechanische Mischen des Substrats im Bioreaktor kann manuell oder automatisch durch Einschalten des Elektromotors mithilfe eines elektronischen Timers erfolgen. Das Wasserstrahl- oder Blasenmischen von Biomasse kann nur mit manuell gesteuerten Elektromotoren oder mithilfe eines Softwarealgorithmus durchgeführt werden.
Dieser Bioreaktor ist mit einer mechanischen Mischvorrichtung ausgestattet.
Substraterwärmung in mesophilen und thermophilen Biogasanlagen
Die optimale Temperatur für die Gasbildung liegt bei der Substrattemperatur zwischen 35 und 50 °C. Um diese Temperatur aufrechtzuerhalten, sind verschiedene Heizsysteme– Wasser, Dampf, Strom. Die Temperaturregelung sollte über einen Thermostat oder Thermoelemente erfolgen, die an einen Aktor angeschlossen sind, der die Erwärmung des Bioreaktors regelt.
Sie müssen auch bedenken, dass eine offene Flamme die Wände des Bioreaktors überhitzt und die Biomasse im Inneren verbrennt. Ein verbranntes Substrat verringert die Wärmeübertragung und die Heizqualität und die heiße Wand des Bioreaktors kollabiert schnell. Eine der besten Optionen ist die Warmwasserbereitung aus der Rücklaufleitung der Hausheizung. Es ist notwendig, ein System elektrischer Ventile zu installieren, um die Heizung des Bioreaktors ausschalten oder die Substratheizung direkt vom Kessel anschließen zu können, wenn es zu kalt ist.
Elektro- und Wasserheizsystem für den Bioreaktor Das Erhitzen des Substrats in einem Bioreaktor mithilfe von Heizelementen ist nur dann von Vorteil, wenn alternativer Strom verfügbar ist, der von einem Windgenerator oder Sonnenkollektoren gewonnen wird. In diesem Fall können Heizelemente direkt an einen Generator oder eine Batterie angeschlossen werden, wodurch teure Spannungswandler aus dem Stromkreis entfallen. Um den Wärmeverlust zu reduzieren und die Kosten für die Erwärmung des Substrats in einem Bioreaktor zu senken, ist es notwendig, es mit verschiedenen Isoliermaterialien so weit wie möglich zu isolieren.
Isolierung des Bioreaktors mit Wärmedämmmaterial Beim Bau von Biogasanlagen mit eigenen Händen sind praktische Experimente unumgänglich
Egal wie viel Literatur ein unerfahrener Liebhaber der Eigenproduktion von Biogas liest und wie viele Videos er sich ansieht, in der Praxis muss er in der Praxis viel selbst lernen, und die Ergebnisse werden in der Regel weit entfernt sein die berechneten.
Daher gehen viele angehende Handwerker den Weg unabhängiger Experimente zur Biogaserzeugung, beginnend mit kleinen Behältern und ermitteln, wie viel Gas ihre kleine Versuchsbiogasanlage aus den verfügbaren Rohstoffen produziert. Die Preise für Komponenten, die Methanproduktion und die zukünftigen Kosten für den Bau einer voll funktionsfähigen Biogasanlage bestimmen deren Rentabilität und Machbarkeit.
Im Video oben demonstriert der Meister die Leistungsfähigkeit seiner Biogasanlage und misst, wie viel Biogas an einem Tag produziert wird. Wenn in seinem Fall acht Atmosphären in den Kompressorbehälter gepumpt werden, beträgt das Volumen des resultierenden Gases nach der Neuberechnung unter Berücksichtigung des Volumens des 24-Liter-Behälters etwa 0,2 m².
Diese aus einem Zweihundert-Liter-Fass gewonnene Biogasmenge ist nicht signifikant, aber wie im folgenden Video dieses Meisters gezeigt, reicht diese Gasmenge für eine Stunde Brennen eines Herdbrenners (15 Minuten multipliziert mit vier Atmosphären). eines Zylinders, der doppelt so groß ist wie der Empfänger).
In einem weiteren Video unten spricht der Meister über die Herstellung von Biogas und biologisch reinen Düngemitteln durch die Verarbeitung organischer Abfälle in einer Biogasanlage. Es muss berücksichtigt werden, dass der Wert von Umweltdüngern die Kosten des entstehenden Gases übersteigen kann und Biogas dann zu einem nützlichen Nebenprodukt bei der Herstellung hochwertiger Düngemittel wird. Eine weitere nützliche Eigenschaft organischer Rohstoffe ist die Möglichkeit, sie für einen bestimmten Zeitraum zu lagern und zum richtigen Zeitpunkt zu verwenden.
Eine Biogasanlage selbst zu bauen ist ohne großen Aufwand möglich. Sein Einsatz ermöglicht erhebliche Einsparungen bei den Energieressourcen, die heutzutage immer teurer werden. Wenn Sie sich selbstständig für den Bau von Anlagen entscheiden, mit denen Sie aus Abfällen Biogas gewinnen können, können Sie billige Energie verbrauchen, die zum Heizen Ihres Hauses und für andere Zwecke verwendet wird.
Vorteilhafter Nutzen
Wenn beim Betrieb der Anlage überschüssiges Biogas oder Düngemittel anfallen, besteht die Möglichkeit, diese zum Marktpreis zu verkaufen und so das, was buchstäblich unter Ihren Füßen liegt, in Gewinn zu verwandeln. Wenn Sie ein Großbauer sind, haben Sie die Möglichkeit, eine fertige Biogasanlage zu erwerben. Solche fabrikgefertigten Anlagen sind zwar sehr teuer, haben aber eine lange Lebensdauer.
Eine Biogasanlage zum Selbermachen kann aus Abfallmaterialien hergestellt werden, kostet nicht viel und funktioniert nach dem gleichen Prinzip. In diesem Fall können Sie verfügbare Werkzeuge sowie im Arsenal des Meisters verfügbare Teile verwenden.
Prinzip der Biogasbildung
Wenn Sie eine Anlage bauen möchten, die mit Biogas betrieben wird, müssen Sie die Technologie zur Biogaserzeugung vorstellen. In einem speziellen Behälter, der als Bioreaktor bezeichnet wird, findet also der Prozess der Verarbeitung biologischer Masse statt, an dem anaerobe Bakterien beteiligt sind.
Eine Biogasanlage zum Selbermachen für zu Hause mit Wachtelkot funktioniert nach dem Prinzip, Bedingungen zu schaffen, die durch Luftfreiheit und Gärung gekennzeichnet sind. All dies dauert einige Zeit, deren Dauer von der Menge der im Prozess verwendeten Rohstoffe abhängt.
Letztendlich entsteht ein Gasgemisch, das zu 60 % aus Methan und zu 35 % aus Kohlendioxid besteht. Die restlichen gasförmigen Bestandteile sind in einer Menge von 5 % in der Masse enthalten. Unter letzteren lässt sich Schwefelwasserstoff in geringen Mengen isolieren. Das dabei entstehende Gas wird kontinuierlich aus dem Reaktor abgeführt und nach einem Reinigungsprozess bestimmungsgemäß verwendet.
Servicefunktionen
Aus verarbeiteten Abfällen werden hochwertige Düngemittel, die von Zeit zu Zeit aus dem Bioreaktor entfernt werden müssen. Sie können auf den Feldern ausgelegt werden. Eine DIY-Biogasanlage lässt sich ohne großen Aufwand realisieren, wenn Sie Zugang zu Viehhaltung und landwirtschaftlichen Einrichtungen haben. Dies deutet darauf hin, dass die Produktion von Biogas nur dann wirtschaftlich rentabel sein wird, wenn eine Bezugsquelle für Gülle und andere organische Abfälle aus der Tierhaltung vorhanden ist.
Merkmale des Eigenbaus eines Bioreaktors
Um zu verstehen, wie man eine Biogasanlage selbst baut, müssen Sie verstehen, aus welchen Teilen sie besteht. Als Grundlage können Sie das einfachste Gerätediagramm nehmen, das Sie selbst bauen können. Das Design sieht keine Heizung und keine Mischvorrichtung vor, aber es gibt einen der Hauptteile – einen Reaktor, der auch als Fermenter bezeichnet wird. Diese Komponente wird für die Gülleverarbeitung benötigt. Darüber hinaus gibt es einen Bunker, durch den Rohstoffe verladen werden. Es ist notwendig, die Struktur mit einer Eingangsluke sowie einer Wasserdichtung auszustatten. Um jedoch überschüssige Rohstoffe entladen zu können, wird ein Rohr benötigt. Ein ähnliches Element wird benötigt, um die Möglichkeit der Biogasentnahme zu realisieren.
So sieht das Schema einer Biogasanlage aus. Es ist nicht schwer, ein solches Design mit eigenen Händen herzustellen. Um kostenlosen biologischen Kraftstoff zu erhalten, sollten Sie einen Ort auf dem Gelände auswählen, an dem Sie einen verstärkten Behälter bauen können, der auf Beton basiert. Dieses Gefäß fungiert als Bioreaktor. An seiner Basis muss ein Loch vorgesehen werden, durch das verarbeitete Rohstoffe entnommen werden. Dieses Loch muss so gemacht sein, dass es gut verschlossen werden kann. Dies liegt daran, dass das System nur unter geschlossenen Bedingungen betrieben werden kann.
Die Abmessungen des Betonfachs können unter Berücksichtigung der Menge des jeweils verwendeten organischen Abfalls bestimmt werden. Sie müssen herausfinden, wie viel Rohstoff täglich auf einem Bauernhof oder einem privaten Bauernhof anfällt. Sie sollten jedoch nicht sparen, da der volle Betrieb des Bioreaktors nur dann gewährleistet werden kann, wenn Sie den Tank zu 2/3 des verfügbaren Volumens füllen. Wenn Sie aus einem Fass eine Biogasanlage mit eigenen Händen bauen, funktioniert diese nach folgendem Prinzip: Sobald organische Abfälle in einen gut verschlossenen Bioreaktorbehälter gelangen, der sich tief im Boden befindet, beginnt er zu gären, was führt zur Freisetzung von Biogas.
Merkmale der Behälterherstellung
Unter Berücksichtigung des täglichen Verbrauchs einer kleinen Menge Abfall kann eine DIY-Biogasanlage gebaut werden. In diesem Fall ist es zulässig, den Stahlbetontank durch einen Stahlbehälter, bei dem es sich auch um ein Fass handeln kann, zu ersetzen. Wenn Sie sich für eine solche Lösung entscheiden, müssen Sie sich nach bestimmten Regeln für ein Metallgefäß entscheiden.
Zunächst müssen Sie auf die Schweißnähte achten, die stark genug und luftdicht sein müssen. Wenn Sie einen kleinen Behälter verwenden, sollten Sie nicht damit rechnen, eine nennenswerte Menge Biogas zu erhalten. Die Ausbeute hängt von der Masse des organischen Abfalls ab, der gleichzeitig im Reaktor verarbeitet wird. Um 100 m 3 Biogas zu erzeugen, muss also eine Tonne Abfall verarbeitet werden.
Reaktorheizgeräte
Eine Biogasanlage zum Selbermachen für zu Hause kann so gebaut werden, dass ihr Betrieb effizienter ist. Dies wird durch die Heizung gewährleistet. Solche Manipulationen werden den Fermentationsprozess der biologischen Masse beschleunigen. Wenn die Geräte in den südlichen Regionen installiert werden, besteht ein solcher Bedarf nicht. Die Umgebungstemperatur sorgt für eine natürliche Aktivierung der Fermentation. Wenn die Anlage jedoch in Regionen mit kaltem Klima betrieben wird, ist die Heizung im Winter eine notwendige Voraussetzung für den Betrieb der Anlagen zur Biogaserzeugung. Es ist zu beachten, dass der Fermentationsprozess bei einer Temperatur über 38 °C beginnt.
Methoden zur Ausrüstung einer Biogasanlage mit Heizung
Eine selbstgebaute Biogasanlage für Ihr Zuhause kann auf verschiedene Weise mit einer Heizung ausgestattet werden. Die erste besteht darin, die Anlage über einen Spulentyp an ein Heizsystem anzuschließen. Es muss unter dem Reaktor montiert werden. Bei der zweiten Methode wird am Boden des Tanks ein elektrisches Heizelement installiert. Die dritte Methode zeichnet sich durch die direkte Beheizung des Tanks durch den Einsatz elektrischer Heizsysteme und Gasgeräte aus. Die Aktivierung der Biogasproduktion zu Hause kann durch die Funktion des Mischens der Masse im Fach ergänzt werden. Dazu sollten Sie ein Gerät entwerfen, das einem Haushaltsmixer ähnelt. Der Antrieb erfolgt über eine Welle, die durch ein Loch im Deckel herausgeführt wird; alternativ kann er auch in den Wänden des Tanks angebracht werden.
Ausstattung der Anlage mit einem Ausgabesystem
Eine selbst entworfene Mini-Biogasanlage kann ohne eine Abgasanlage nicht funktionieren. Dazu muss die Installation über ein spezielles Loch verfügen, das im oberen Teil des Deckels angebracht werden muss, dieser muss den Tank gut abdecken. Um die Möglichkeit einer Gasvermischung mit Luft auszuschließen, muss sichergestellt werden, dass es durch eine Wassersperre entfernt wird.
Gas wird sowohl in der Industrie, einschließlich der Chemie (z. B. Rohstoffe für die Herstellung von Kunststoffen) als auch im täglichen Leben häufig verwendet. Im häuslichen Bereich wird Gas zum Heizen von Privat- und Mehrfamilienhäusern, zum Kochen, zum Erhitzen von Wasser, als Kraftstoff für Autos usw. verwendet.
Aus ökologischer Sicht ist Gas einer der saubersten Kraftstoffe. Im Vergleich zu anderen Kraftstoffarten weist er die geringsten Schadstoffemissionen auf.
Aber wenn wir von Gas sprechen, meinen wir automatisch Erdgas, das aus dem Erdinneren gewonnen wird.
Eines Tages stieß ich auf einen Artikel in der Zeitung, in dem es darum ging, wie ein Großvater eine einfache Anlage zusammenstellte und aus Gülle Gas gewann. Dieses Thema hat mich sehr interessiert. Und ich möchte über diese Alternative zu Erdgas sprechen – Biogas. Ich glaube, dass dieses Thema für normale Menschen und insbesondere für Landwirte sehr interessant und nützlich ist.
Auf dem Hof eines jeden Bauernhofes können Sie nicht nur die Energie von Wind, Sonne, sondern auch Biogas nutzen.
Biogas- gasförmiger Brennstoff, ein Produkt der anaeroben mikrobiologischen Zersetzung organischer Substanzen. Die Technologie zur Gaserzeugung ist eine umweltfreundliche, abfallfreie Methode zur Verarbeitung, Wiederverwertung und Desinfektion verschiedener organischer Abfälle pflanzlichen und tierischen Ursprungs.
Die Rohstoffe für die Biogaserzeugung sind gewöhnlicher Mist, Blätter, Gras und im Allgemeinen alle organischen Abfälle: Spitzen, Lebensmittelabfälle, abgefallene Blätter.
Das entstehende Gas Methan ist das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Methanbakterien. Methan, auch Sumpf- oder Grubengas genannt, macht 90-98 % des Erdgases aus, das im täglichen Leben verwendet wird.
Die Anlage zur Gaserzeugung ist sehr einfach herzustellen. Wir brauchen einen Hauptbehälter, den können Sie selbst kochen oder einen fertigen Behälter verwenden, es kann alles sein. Um das Gerät in der kalten Jahreszeit nutzen zu können, muss an den Seiten des Containers eine Wärmedämmung angebracht werden. Wir machen oben ein paar Luken. Von einem von ihnen verbinden wir Rohre zur Gasentfernung. Für einen intensiven Fermentationsprozess und eine Gasfreisetzung muss die Mischung regelmäßig gerührt werden. Daher müssen Sie ein Mischgerät installieren. Anschließend muss das Gas gesammelt und gespeichert bzw. bestimmungsgemäß verwendet werden. Um Gas zu sammeln, können Sie eine normale Autokammer verwenden und es dann, wenn Sie einen Kompressor haben, komprimieren und in Zylinder pumpen.
Das Funktionsprinzip ist ganz einfach: Der Mist wird durch eine Luke geladen. Im Inneren wird diese Biomasse durch spezielle Methanbakterien zersetzt. Um den Prozess zu intensivieren, muss der Inhalt gerührt und vorzugsweise erhitzt werden. Zum Heizen können Sie im Inneren Rohre installieren, durch die heißes Wasser zirkulieren soll. Das durch die lebenswichtige Aktivität von Bakterien freigesetzte Methan gelangt über Schläuche in die Fahrzeugkammern und wird bei ausreichender Ansammlung mit einem Kompressor komprimiert und in Zylinder gepumpt.
Bei warmem Wetter oder bei Verwendung künstlicher Heizung kann die Anlage eine ziemlich große Menge Gas produzieren, etwa 8 m 3 /Tag.
Es ist auch möglich, Gas aus Hausmüll auf Mülldeponien zu gewinnen, das Problem sind jedoch die im Alltag verwendeten Chemikalien.
Methanbakterien kommen im Darm von Tieren und damit auch im Mist vor. Damit sie jedoch ihre Arbeit aufnehmen können, ist es notwendig, ihre Interaktion mit Sauerstoff einzuschränken, da dieser ihre lebenswichtigen Funktionen hemmt. Deshalb ist es notwendig, spezielle Anlagen zu schaffen, damit Bakterien nicht mit der Luft in Kontakt kommen.
Im entstehenden Biogas ist die Methankonzentration etwas geringer als im Erdgas und erzeugt daher bei der Verbrennung etwas weniger Wärme. Bei der Verbrennung von 1 m 3 Erdgas werden 7–7,5 Gcal freigesetzt, bei der Verbrennung von Biogas 6–6,5 Gcal.
Dieses Gas eignet sich sowohl zum Heizen (wir haben auch allgemeine Informationen zum Heizen) als auch für den Einsatz in Haushaltsöfen. Die Kosten für Biogas sind gering und liegen in manchen Fällen praktisch bei Null, wenn alles aus Abfallmaterialien hergestellt wird und man beispielsweise eine Kuh hält.
Der Abfall aus der Gasproduktion ist Wurmkompost – ein organischer Dünger, in dem während des Zersetzungsprozesses ohne Zugang zu Sauerstoff alles, von den Unkrautsamen, verrottet und nur nützliche Mikroelemente übrig bleiben, die für Pflanzen notwendig sind.
Es gibt sogar Methoden zur Schaffung künstlicher Gasvorkommen im Ausland. Es sieht aus wie das. Denn ein großer Teil des weggeworfenen Hausmülls besteht aus organischem Material, das verrotten und Biogas produzieren kann. Damit das Gas freigesetzt werden kann, ist es notwendig, den organischen Stoffen die Wechselwirkung mit der Luft zu entziehen. Daher wird der Abfall schichtweise aufgerollt und die oberste Schicht besteht aus einem gasdichten Material, beispielsweise Ton. Dann bohren sie Brunnen und fördern Gas wie aus natürlichen Lagerstätten. Und gleichzeitig werden mehrere Probleme gelöst, etwa die Abfallentsorgung und die Energieerzeugung.
Unter welchen Bedingungen entsteht Biogas?
Bedingungen für die Gewinnung und Energiewert von Biogas
Um eine kleine Anlage aufzubauen, müssen Sie wissen, aus welchen Rohstoffen und mit welcher Technologie Biogas gewonnen werden kann.
Gas entsteht bei der Zersetzung (Fermentation) organischer Stoffe ohne Zugang zur Luft (anaerober Prozess): Kot von Haustieren, Stroh, Laub, abgefallene Blätter und andere organische Abfälle, die in einzelnen Haushalten anfallen. Daraus folgt, dass Biogas aus jedem Hausmüll gewonnen werden kann, der sich in flüssigem oder nassem Zustand zersetzen und vergären lässt.
Der Zersetzungsprozess (Fermentation) erfolgt in zwei Phasen:
- Abbau von Biomasse (Hydratation);
- Vergasung (Biogasfreisetzung).
Diese Prozesse finden in einem Fermenter (anaerobe Biogasanlage) statt.
Der nach der Zersetzung in Biogasanlagen anfallende Schlamm erhöht die Bodenfruchtbarkeit und die Produktivität steigt um 10-50 %. Dadurch wird der wertvollste Dünger gewonnen.
Biogas besteht aus einem Gasgemisch:
- Methan – 55–75 %;
- Kohlendioxid – 23–33 %;
- Schwefelwasserstoff-7%.
Die Methanfermentation ist ein komplexer Prozess der Fermentation organischer Substanzen – ein bakterieller Prozess. Die Hauptvoraussetzung dafür, dass dieser Prozess ablaufen kann, ist die Anwesenheit von Wärme.
Bei der Zersetzung von Biomasse entsteht Wärme, die für den Ablauf des Prozesses ausreicht; um diese Wärme zu speichern, muss der Fermenter thermisch isoliert werden. Wenn die Temperatur im Fermenter sinkt, nimmt die Intensität der Gasentwicklung ab, da mikrobiologische Prozesse in der organischen Masse verlangsamt werden. Daher ist eine zuverlässige Wärmedämmung einer Biogasanlage (Biofermenter) eine der wichtigsten Voraussetzungen für ihren normalen Betrieb. Wenn Gülle in den Fermenter geladen wird, muss diese mit heißem Wasser mit einer Temperatur von 35–40 °C vermischt werden. Dies trägt dazu bei, die erforderliche Betriebsweise sicherzustellen.
Bei der Nachladung muss der Wärmeverlust minimiert werden. Technische Unterstützung für Biogas
Zur besseren Erwärmung des Fermenters können Sie den „Treibhauseffekt“ nutzen. Dazu wird über der Kuppel ein Holz- oder Leichtmetallrahmen montiert und mit Kunststofffolie abgedeckt. Die besten Ergebnisse werden bei einer Temperatur des vergorenen Rohmaterials von 30–32°C und einer Luftfeuchtigkeit von 90–95 % erzielt. In den Regionen der Mittel- und Nordzone muss in der kalten Jahreszeit ein Teil des erzeugten Gases für die zusätzliche Erwärmung der vergorenen Masse aufgewendet werden, was die Auslegung von Biogasanlagen erschwert.
Anlagen in Form von speziellen Fermentern zur Vergärung von Biomasse lassen sich auf einzelnen Höfen leicht aufbauen. Der wichtigste organische Rohstoff für die Beladung des Fermenters ist Gülle.
Bei der erstmaligen Verladung von Rindermist muss der Gärprozess mindestens 20 Tage, bei Schweinemist mindestens 30 Tage dauern. Beim Laden einer Mischung aus verschiedenen Komponenten können Sie mehr Gas erhalten als beispielsweise beim Laden von Rindermist.
Beispielsweise erzeugt eine Mischung aus Rindermist und Geflügelmist bei der Verarbeitung bis zu 70 % Methan im Biogas.
Nachdem sich der Fermentationsprozess stabilisiert hat, müssen Sie jeden Tag Rohstoffe mit maximal 10 % der im Fermenter verarbeiteten Masse einfüllen.
Bei der Gärung werden neben der Gasbildung auch organische Stoffe desinfiziert. Organische Abfälle beseitigen pathogene Mikroflora und desodorieren unangenehme Gerüche.
Der entstehende Schlamm muss regelmäßig aus dem Fermenter entladen werden; er wird als Dünger verwendet.
Wenn die Biogasanlage zum ersten Mal befüllt wird, verbrennt das abgesaugte Gas nicht. Dies liegt daran, dass das erste erzeugte Gas eine große Menge Kohlendioxid enthält, etwa 60 %. Daher muss es in die Atmosphäre abgegeben werden und nach 1-3 Tagen stabilisiert sich der Betrieb der Biogasanlage.
Tabelle Nr. 1 – die Gasmenge, die pro Tag bei der Vergärung der Exkremente eines Tieres entsteht
Bezogen auf die freigesetzte Energiemenge entspricht 1 m 3 Biogas:
- 1,5 kg Kohle;
- 0,6 kg Kerosin;
- 2 kW/h Strom;
- 3,5 kg Brennholz;
- 12 kg Mistbriketts.
Planung kleiner Biogasanlagen
Abbildung 1 – Schema der einfachsten Biogasanlage mit Pyramidenkuppel: 1 – Grube für Gülle; 2 - Nut - Wasserdichtung; 3 – Glocke zum Sammeln von Gas; 4, 5 - Gasauslassrohr; 6 - Manometer.
Gemäß den in Abbildung 1 dargestellten Abmessungen werden Grube 1 und Kuppel 3 ausgestattet. Die Grube wird mit 10 cm dicken Stahlbetonplatten ausgekleidet, die mit Zementmörtel verputzt und zur Dichtheit mit Harz beschichtet werden. Aus Dachblech ist eine 3 m hohe Glocke geschweißt, in deren oberem Teil sich Biogas ansammelt. Um sie vor Korrosion zu schützen, wird die Glocke regelmäßig mit zwei Schichten Ölfarbe gestrichen. Noch besser ist es, die Glocke zunächst innen mit Bleimennige zu bestreichen. Im oberen Teil der Glocke ist ein Rohr 4 zur Biogasentnahme und ein Manometer 5 zur Druckmessung eingebaut. Das Gasaustrittsrohr 6 kann aus einem Gummischlauch, Kunststoff- oder Metallrohr bestehen.
Um die Fermentergrube herum ist eine Betonnut angebracht – eine mit Wasser gefüllte Wassersperre 2., in die die Unterseite der Glocke 0,5 m eintaucht.
Abbildung 2 – Gerät zur Kondensatentfernung: 1 – Rohrleitung zur Gasentfernung; 2 - U-förmiges Rohr für Kondensat; 3 - Kondensat.
Gas kann beispielsweise über Metall-, Kunststoff- oder Gummischläuche einem Küchenherd zugeführt werden. Um ein Einfrieren der Rohre durch das Gefrieren von Kondenswasser im Winter zu verhindern, verwenden Sie eine einfache Vorrichtung wie in Abbildung 2: Ein U-förmiges Rohr 2 wird am tiefsten Punkt an die Rohrleitung 1 angeschlossen. Die Höhe seines freien Teils muss größer sein als der Biogasdruck (in mm Wassersäule). Das Kondensat 3 wird durch das freie Ende des Rohrs abgelassen, es kommt zu keinem Gasaustritt.
Abbildung 3 – Schema der einfachsten Biogasanlage mit konischer Kuppel: 1 – Grube für Gülle; 2 – Kuppel (Glocke); 3 – erweiterter Teil des Rohrs; 4 - Rohr zur Gasentfernung; 5 - Nut - Wasserdichtung.
Bei der in Abbildung 3 dargestellten Installation ist die Grube 1 mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Tiefe von 2 m innen mit Dachblechen ausgekleidet, deren Bleche dicht verschweißt sind. Die Innenfläche des geschweißten Tanks ist zum Korrosionsschutz mit Harz beschichtet. An der Außenseite der Oberkante des Betonbehälters ist eine 5 bis 1 m tiefe kreisförmige Rinne angebracht, die mit Wasser gefüllt ist. Der vertikale Teil der Kuppel 2, der den Tank abdeckt, ist darin frei eingebaut. Somit dient die Rille mit eingegossenem Wasser als Wasserdichtung. Das Biogas wird im oberen Teil der Kuppel gesammelt und von dort über das Auslassrohr 3 und dann über die Rohrleitung 4 (oder Schlauch) dem Verwendungsort zugeführt.
Etwa 12 Kubikmeter organische Masse (vorzugsweise frischer Mist) werden in den Rundtank 1 geladen, der mit der flüssigen Fraktion des Mists (Urin) ohne Zugabe von Wasser gefüllt ist. Eine Woche nach dem Befüllen beginnt der Fermenter mit der Arbeit. Bei dieser Anlage beträgt die Fermenterkapazität 12 Kubikmeter, was den Bau für 2-3 Familien ermöglicht, deren Häuser in der Nähe liegen. Eine solche Anlage kann auf einem Bauernhof errichtet werden, wenn die Familie beispielsweise Bullen züchtet oder mehrere Kühe hält.
Abbildung 4 – Schemata der Varianten der einfachsten Anlagen: 1 – Versorgung mit organischen Abfällen; 2 - Behälter für organische Abfälle; 3 – Gassammelbereich unter der Kuppel; 4 - Gasauslassrohr; 5 - Schlammentwässerung; 6 – Manometer; 7 – Kuppel aus Polyethylenfolie; 8 - Wasserdichtung und; 9 – Fracht; 10 – einteiliger, geklebter Polyethylenbeutel.
Die Konstruktions- und Technologiediagramme der einfachsten Kleinanlagen sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Pfeile zeigen die technologischen Bewegungen der anfänglichen organischen Masse, des Gases und des Schlamms an. Strukturell kann die Kuppel starr sein oder aus Polyethylenfolie bestehen. Eine starre Kuppel kann mit einem langen zylindrischen Teil zum tiefen Eintauchen in die verarbeitete Masse hergestellt werden, schwimmend, Abbildung 4, d, oder in eine hydraulische Dichtung eingesetzt werden, Abbildung 4, e. Eine Filmkuppel kann in eine hydraulische Dichtung eingesetzt werden, Abbildung 4, e, oder in Form einer nahtlos geklebten großen Tasche hergestellt, Abbildung 4 , und. Bei letzterer Variante wird ein Gewicht 9 auf den Folienbeutel gelegt, damit dieser nicht zu stark aufquillt und außerdem ausreichend Druck unter der Folie entsteht.
Das unter der Kuppel oder Folie gesammelte Gas wird über eine Gasleitung dem Einsatzort zugeführt. Um eine Gasexplosion zu vermeiden, kann am Auslassrohr ein auf einen bestimmten Druck eingestelltes Ventil installiert werden. Die Gefahr einer Gasexplosion ist jedoch unwahrscheinlich, da bei einem deutlichen Anstieg des Gasdrucks unter der Kuppel diese in der hydraulischen Dichtung auf eine kritische Höhe angehoben wird, umkippt und das Gas freisetzt.
Die Biogasproduktion kann dadurch reduziert werden, dass sich während der Fermentation eine Kruste auf der Oberfläche des organischen Rohstoffs im Fermenter bildet. Damit es den Gasaustritt nicht behindert, wird es durch Mischen der Masse im Fermenter aufgebrochen. Sie können nicht von Hand mischen, sondern indem Sie eine Metallgabel von unten an der Kuppel befestigen. Die Kuppel in der hydraulischen Dichtung steigt bei Gasansammlung bis zu einer bestimmten Höhe an und senkt sich bei der Verwendung ab.
Dank der systematischen Bewegung der Kuppel von oben nach unten zerstören die mit der Kuppel verbundenen Gabeln die Kruste.
Hohe Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff (bis zu 0,5 %) tragen zu einer erhöhten Korrosion von Metallteilen von Biogasanlagen bei. Daher wird der Zustand aller Metallelemente des Fermenters regelmäßig überwacht und beschädigte Stellen sorgfältig geschützt, vorzugsweise mit Blei in einer oder zwei Schichten, und anschließend in zwei Schichten mit einer beliebigen Ölfarbe gestrichen.
Abbildung 5. Schema einer beheizten Biogasanlage: 1 - Fermenter; 2 – Holzschild; 3 - Einfüllstutzen; 4 – Methantank; 5 - Rührer; 6 – Abzweigrohr zur Biogasauswahl; 7 - Wärmedämmschicht; 8 - Rost; 9 - Ablassventil für verarbeitete Masse; 10 – Kanal für Luftzufuhr; 11 - Gebläse.
Biogasanlage mit Erhitzung der vergorenen Masse mit Wärme , Das bei der Zersetzung von Gülle in einem aeroben Fermenter freigesetzte Gas ist in Abbildung 5 dargestellt. Es umfasst einen Faulbehälter – einen zylindrischen Metallbehälter mit einem Einfüllstutzen 3, einem Ablassventil 9, einem mechanischen Rührer 5 und einer Düse 6 zur Biogasauswahl.
Fermenter 1 kann rechteckig und 3 aus Holzmaterialien hergestellt werden. Zum Entladen von verarbeitetem Mist sind die Saftwände abnehmbar. Der Boden des Fermenters besteht aus einem Gitterwerk, Luft wird von einem Gebläse 11 durch den technologischen Kanal 10 geblasen. Die Oberseite des Fermenters ist mit Holzplatten 2 bedeckt. Um den Wärmeverlust zu reduzieren, sind die Wände und der Boden mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen 7.
Die Installation funktioniert so. Vorbereitete Gülle mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 88-92 % wird durch den Kopf 3 in den Methantank 4 eingefüllt, der Flüssigkeitsstand wird durch den unteren Teil des Einfüllstutzens bestimmt. Der aerobe Fermenter 1 wird durch den oberen Öffnungsteil mit Einstreumist oder einer Mischung aus Mist mit losem trockenem organischem Füllstoff (Stroh, Sägemehl) mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 65-69 % gefüllt. Wenn Luft durch den technologischen Kanal im Fermenter zugeführt wird, beginnt sich die organische Masse zu zersetzen und es wird Wärme freigesetzt. Es reicht aus, den Inhalt des Methantanks zu erhitzen. Dadurch wird Biogas freigesetzt. Es sammelt sich im oberen Teil des Faulbehälters. Über Leitung 6 wird es für den häuslichen Bedarf genutzt. Während des Fermentationsprozesses wird der Mist im Fermenter mit einem Mischer 5 gemischt.
Allein durch die Müllentsorgung im Privathaushalt amortisiert sich eine solche Anlage innerhalb eines Jahres. Ungefähre Werte für den Biogasverbrauch sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle Nr. 2 – Richtwerte für den Biogasverbrauch
Hinweis: Die Anlage kann in jeder Klimazone betrieben werden.
Abbildung 6 - Schema der einzelnen Biogasanlage IBGU-1: 1 - Einfüllstutzen; 2 - Rührer; 3 - Rohr zur Gasentnahme; 4 - Wärmedämmschicht; 5 – Rohr mit Hahn zum Entladen der verarbeiteten Masse; 6 - Thermometer.
Individuelle Biogasanlage (IBGU-1) für eine Familie mit 2 bis 6 Kühen oder 20-60 Schweinen oder 100-300 Geflügel (Abbildung 6). Die Anlage kann täglich 100 bis 300 kg Gülle verarbeiten und produziert 100 bis 300 kg umweltfreundliche organische Düngemittel und 3 bis 12 m 3 Biogas.
