Биoгаз c выcoкoй эффективнocтью мoжет быть иcпoльзoван для пoлучения теплoвoй и электричеcкoй энергии. Биoгазoвые уcтанoвки мoгут чаcтичнo или пoлнocтью заменить небoльшие уcтаревшие кoтельные и обеcпечить электроэнергией и теплом близлежащие деревни, поcелки. Биогаз широко применяетcя как горючее топливо в Германии, Дании, Китае, США и др. развитых cтранах. Он подаетcя в газораcпределительные cети, иcпользуетcя в бытовых целях и в общеcтвенном транcпорте. В США выращивается около 8,5 млн коров. Биогаза, получаемого из их навоза, достаточно для обеспечения топливом одного миллиона автомобилей. Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. Муниципалитет Осло еще в начале 2009 г. перевел на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет 0,4–0,5 евро за 1 л в бензиновом эквиваленте.
Заместитель мэра Москвы по вопросам развития транспорта и дорожного хозяйства Николай Лямов 18 февраля 2011 г. подписал распоряжение о поэтапном переводе автобусов столицы на работу на компримированном природном газе с экологическими характеристиками не ниже экологического класса 4. Что такое биогаз и чем он отличается от природного газа: биогаз – это на 60% метан и на 40% СО2, а природный газ – это на 90% метан и на 10% СО2. Биогаз подобен природному газу. После очистки от СО2 – это его аналог. Главные преимущества биогаза в цене и неисчерпаемости. Например, цена биогаза из навоза всего 30 долл. за 1 тыс. м3. Биогазовая станция – это неисчерпаемая газовая скважина.
Лидер по биогазу – Германия. Сегодня там функционируют примерно 6 тыс. биогазовых станций. Построены они были за последние десять лет. Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 млрд кВт•ч энергии к 2030 г. Это составляет около 10% от потребляемой страной энергии. В других европейских странах биогазовых станций хоть и меньше, но тоже наблюдается настоящий бум биогаза. По прогнозу, к 2020 г. в Европе будет около 30 тыс. биогазовых станций, а совокупная доля альтернативных видов топлива составит 20%, из которых на биогаз придется примерно треть.
Биогаз – это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в процессе анаэробного сбраживания. Так как биогаз на 2/3 состоит из метана – горючего газа, составляющего основу природного газа, его энергетическая ценность (удельная теплота сгорания) составляет 60–70% энергетической ценности природного газа, или около 7 тыс. ккал на м3. 1 м3 биогаза также эквивалентен 0,7 кг мазута и 1,5 кг дров. Мощность биогазовых станций варьируется в пределах от 1 кВт (бытовые установки) до нескольких десятков МВт.
В альтернативной энергетике особое место занимает получение биогаза методом метанового брожения биомассы (органических, сельскохозяйственных и бытовых отходов). Остаток, образующийся в процессе получения биогаза, содержит значительное количество органических веществ и может быть использован в качестве удобрения. Анаэробная переработка отходов животноводства и растениеводства позволяет получать уже готовые к использованию минеральные удобрения с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей. Отметим, что при традиционном способе приготовления органических удобрений методом компостирования теряется до 30–40% азота.
Получение биогаза экономически оправдано и предпочтительно при переработке потоков отходов. В первую очередь, экономичность заключается в бесплатном исходном сырье – отходах. Сколько будет существовать человечество – столько будут отходы. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясокостной муки. Также важно, что биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов и сложной инфраструктуры. Всего в мире в настоящее время используется или разрабатывается около 60 разновидностей биогазовых технологий по переработке органических отходов.
Биогазовая станция – это строительный объект, как котельная. Для постройки требуется разработка проектной документации и прохождение разрешительной процедуры. Все точно так же, как и при любом строительстве.
Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики.
Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части: емкость гомогенизации, загрузчик твердого (жидкого) сырья, реактор, мешалки, газгольдер, система смешивания воды и отопления, газовая система, насосная станция, сепаратор, приборы контроля, КИПиА с визуализацией, система безопасности.
В 2010 г. в фермерском хозяйстве в Калужской области появилось сооружение, подобного которому не было в России: биогазовый завод – безотходное производство. По подсчетам, его строительство окупится через 3 года. Рассмотрим устройство комплекса по переработке органических отходов на примере завода в Калужской области. Емкости для биогазового завода были разработаны европейскими специалистами немецкого концерна Lipp, который работает на мировом рынке уже около 40 лет.
Монтаж емкостей требуемого размера выполнили из стальной ленты непосредственно на объекте с помощью мобильных монтажных приспособлений. Кромки ленточной стали укрепили друг с другом особым загибом – это так называемая система соединения – двойной фальцив. Соединенные таким образом стальные полосы максимально герметичны. Данная технология позволяет обеспечить высоко функциональные и быстро возводимые конструкции из металла. Эффективность этой технологии возрастает благодаря гладкой внутренней поверхности двухслойного материала. Использование комбинированного двухслойного материала из нержавеющей и оцинкованной стали надежно обеспечивает внутри емкости устойчивость к коррозии.
Утилизация навоза происходит следующим образом: биомасса поступает в подземный накопитель-гомогенизатор. Там она тщательно перемешивается и гомогенизируется, т.е. превращается в однородную массу. Из накопителя сырье поступает в ферментаторы. В двух емкостях общим объемом около 3 600 м3 при температуре 35–40°C происходит метановое брожение и накапливание биогаза. Накопитель-гомогенизатор и ферментаторы, как и другие емкости биогазового завода, построены по технологии немецкого концерна Lipp. По этой технологии было реализовано большинство заводов по всей Европе. Накопленный в ферментаторах биогаз поступает в теплоэнергетический блок, который производит до 160 кВт•ч электроэнергии и 240 кВт•ч тепловой энергии, или в общей сложности 5 500 кВт в сутки. Этой энергий хватает на то, чтобы поддерживать тепло в зимний период в помещениях всего животноводческого комплекса.
Далее биомасса из ферментаторов поступает в резервуары для хранения органики. Отсюда это ценнейшее удобрение попадает на поля хозяйства. Удобрения, полученные на биохимическом заводе, превосходят по качественным характеристикам такие традиционные органические удобрения как перегной, помет, торф. Среди преимуществ – отсутствие патогенной микрофлоры, семян сорняков, наличие активной микрофлоры, отсутствие адаптационного периода, максимальное сохранение и накопление азота, а также 100%-е усвоение растениями.
Другой пример российского опыта – Волгоградская область, где в 2009 г. активно стали внедрять технологии, использующие три основных вида возобновляемых источников энергии: солнце, ветер и биогаз. Проект стал реализовываться за счет внебюджетных средств, выделяемых советом по энергосбережению в администрации области. Биогазовая установка была приобретена во Всероссийском институте электрификации сельского хозяйства.
Широкого внедрения биогазовых технологий по переработке органических отходов в России, странах СНГ и Прибалтики пока не произошло. В России количество функционирующих биогазовых станций измеряется несколькими десятками. Для сравнения – в Китае уже 10 лет назад действовали более 10 млн малых биогазовых установок, которые обеспечивали топливом примерно 60 млн крестьян.
Россия ежегодно накапливает до 300 млн т в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде бытового мусора. Эти отходы могут быть сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м³.
Екатерина Борисова
