Метанізація, а саме перетравлення органічних речовин (розкладання речовин рослинного або тваринного походження) або побутових відходів без кисню, утворює газ, який називається біогазом.
Це суміш метану (зазвичай від 50 до 70%), вуглекислого газу, сірководню в невеликій пропорції (що відповідає за запах цього газу) і водяної пари в змінних концентраціях.
Біогаз можна виробляти природним шляхом в атмосфері, особливо в болотах і пустирях . Він також штучно синтезується в метантенках, зокрема під час обробки стічних вод і осадів. Він також зустрічається в харчовій промисловості.
Біогаз —відновлювана форма енергії, його можна спалити для виробництва електроенергії або безпосередньо для виробництва тепла.
Його також можна використовувати як паливо для певних видів транспортних засобів, а також мати широке комерційне, промислове та побутове застосування.
На думку міжнародних кліматологів, біогаз є частиною глобальної проблеми зміни клімату. Переробка біогазу цікава з точки зору екології, оскільки може бути альтернативою енергетиці з викопного палива. Таким чином, економічна діяльність, пов’язана з біогазом, знаходиться в стадії розвитку.
Переваги біогазу
Перевага використання біогазу як палива полягає в тому, що він горить набагато чистіше, ніж викопне паливо, створюючи менші рівні викидів вуглекислого газу та менше твердих частинок, які можуть спричинити проблеми з диханням серед населення.
Біогаз за складом дуже схожий на природний газ і використовується приблизно так само. Цей газ можна очистити та відфільтрувати, щоб відповідати стандартам, які очікуються від природного газу, і це означає, що обидва вони можуть бути взаємозамінними. Після того, як біогаз пройшов процес очищення, його часто називають біометаном, щоб відрізнити його від неочищеного біогазу.
Біогаз є продуктом біологічних процесів, а саме анаеробного бактеріального розкладання целюлозних або органічних речовин. У замкнутому безкисневому середовищі метаногени, мікроорганізми, що виробляють метан, розщеплюють органічні речовини та виробляють метан та інші органічні сполуки як побічні продукти. Приклад цього процесу, що відбувається у великих масштабах, можна побачити на звалищах, де комерційні, промислові та побутові відходи упаковуються в герметичні приміщення, а розкладання органічної речовини з часом прискорюється.
Гази метан, водень і оксид вуглецю (CO) можуть бути спалені або окислені киснем. Це виділення енергії дозволяє використовувати біогаз як паливо; його можна використовувати для будь-яких цілей обігріву. Його також можна використовувати в газовому двигуні для перетворення енергії газу в електрику та тепло.
Біогаз має потенціал зайняти важливе місце серед нових джерел енергії.
Хімічний склад біогазу
Вирішальне значення має склад біогазу. Найпоширенішим компонентом біогазу є метан, який зазвичай становить від 50% до 60% газу. Щоб перевірити анаеробні умови, оператори біогазу аналізують газ на вміст кисню, щоб забезпечити максимальний рівень виробництва метану для збільшення виробництва енергії. Також необхідно стежити за рівнями шкідливих газів, які можуть пошкодити обладнання заводу, таких як сірководень.
Конкретний хімічний склад біогазу може змінюватися залежно від кількох факторів, включаючи природу сировини, яка використовується для його виробництва. Ці варіації, як правило, відносно незначні, і загалом біогаз складається переважно з метану з деякою кількістю вуглекислого газу в суміші. Біогаз також містить інші сполуки та елементи в невеликих кількостях, такі як сірководень, азот, аміак і силоксани. Метан є горючим компонентом біогазу, і саме це робить його таким ефективним паливом.
Біогаз зі стічних вод
Біогаз зі стічних вод в основному складається з метану (CH4), вуглекислого газу (CO2) і слідової кількості інших газів, таких як сірководень (H2S) і азот (N2). Склад може змінюватися залежно від природи стічних вод, що очищуються, застосованого процесу очищення.
Виробництво біогазу
Виробництво біогазу є багатоетапним процесом, у якому органічні відходи, які можуть бути рідкими або твердими, перетворюються на продукти з низькою молекулярною вагою під час процесу анаеробного зброджування.
Органічними відходами можуть бути будь-які речі: від тваринного гною до залишків їжі, жирів і масел, промислових органічних залишків і навіть осаду стічних вод. Під час процесу анаеробного зброджування бактерії починають розщеплювати відходи без кисню.
Відходи, які використовуються, повинні бути належним чином підготовлені, треба переконатися, що вони повністю органічні, що може передбачати видалення таких речей, як пластикова упаковка. Мікробактеріям потрібно добре харчувати, щоб вони могли ефективно виконувати свої завдання, тому іноді можна додавати такі інгредієнти, як гній. Це допомагає максимізувати відновлену енергію.
Анаеробне зброджування (розщеплення)
Анаеробне розщеплення завжди було частиною природи, але тепер ми починаємо ефективно використовувати. Це біологічна реакція, яка поєднує бактерії з біотвердими речовинами стічної води, тваринним гноєм і харчовими відходами, і процес відбувається, коли кисень видаляється з реакційного середовища.
Анаеробне зброджування — це процес, за допомогою якого органічні речовини рештки розщеплюються для отримання біогазу та біодобрив. Цей процес відбувається за відсутності кисню в герметичному безкисневому резервуарі, який називається анаеробним реактором. Біогаз – це в першу чергу метан (CH4) і вуглекислий газ (CO2) і сірководень (H2S), волога і силоксани.
Процес зазвичай відбувається в спеціальних реакторах або варочних котлах, які розроблені навколо вихідної сировини, яку вони мають намір використовувати.
Після того, як сировину було зібрано, її необхідно перевірити на наявність забруднювачів і неперетравлюваних матеріалів перед тим, як додавати її до варочного котла. Сировиною може бути зерно, патока, тваринний жир, гній, побутові харчові відходи та осад стічних вод. Він нагрівається приблизно до 37°C і поєднується зі складними мікробними спільнотами, які розщеплюють речовину та виділяють біогаз.
Коли процес розкладання починається, утворюється біогаз, а також матеріал, схожий на мул, який називається дигестатом, який опускається на дно метантенку. Дигестат можна використовувати як багате поживними речовинами добриво, тому він дуже популярний у сільському господарстві.
Для того, щоб процес працював, потрібен ретельний моніторинг, а також потрібно знайти правильне поєднання їжі та бактерій. Бактерії мають добре харчуватися, тому до вихідної сировини може знадобитися додати деякі поживні речовини, наприклад гній або інші мікроелементи, щоб отримати правильний баланс для них.
Заводи, які виробляють біогаз з метою збору та переробки його для продажу як палива, штучно прискорять процес розкладання, використовуючи щось, що називається метантенком, як частину проекту анаеробного зброджування. Якщо метантенк працює при 37 градусах за Цельсієм і змішує відходи, процес може тривати лише 30 днів. У менш контрольованому середовищі, такому як звалище, виробництво біогазу може тривати набагато довше.
У сміттєзвалищах важче створити безкисневе середовище, тому перед тим, як почнеться виробництво метану, аеробні бактерії повинні використати весь доступний кисень у відходах. Загалом, для завершення цього етапу потрібно близько року, і після його завершення можна почати виробництво метану. Звичайно, звалища, як правило, розташовані на відкритому повітрі, тому умови навколишнього середовища можуть впливати на швидкість завершення деоксигенації та початку виробництва метану. Більш теплі та вологі умови призведуть до швидшого розкладання, тоді як холодні та сухі умови сповільнять його.
Анаеробне зброджування стає все більш популярним рішенням багатьох проблем, оскільки воно має здатність виробляти чудову відновлювану альтернативну енергію, яка є водночас чистою та дешевою. Під час процесу не відбувається горіння, тому не утворюються парникові гази, а оскільки вихідна сировина складається з відходів, весь процес максимально екологічний.
Біогазові технології
Хоча основна теорія створення біогазу однакова, процес може змінюватися залежно від технології, що використовується. Існують автономні варильні котли, які працюють як підприємства з переробки органічних відходів у місцевих громадах, або фермерські варильні котли, які допомагають фермерам керувати поживними речовинами, зменшувати запахи та отримувати додатковий прибуток. На об’єктах відновлення водних ресурсів також є метантенки, які використовуються для очищення води та відновлення поживних речовин.
Як і будь-які інші, біогазові установки будь-якого розміру потребуватимуть регулярного технічного обслуговування, щоб підтримувати їх ефективну роботу, оскільки потрібно буде замінити масло та видалити сміття з органічних речовин.
Використання біогазу
Біогаз використовується для палива теплоелектростанції, а будь-який надлишок біогазу потім очищається від домішок для створення біометану, який можна використовувати для постачання домогосподарств через національну газову мережу.
Якщо біогаз стиснути, його можна використовувати як ефективне паливо для транспортних засобів.
Виробництво біогазу також вирішує постійно зростаючу проблему відходів, з якою ми стикаємося, використовуючи харчові та інші органічні відходи, які зазвичай потрапляють на звалище та створюють нові проблеми забруднення.
Під час процесу анаеробного зброджування частина матеріалу, відомого як дигестат, залишається. Ця волога суміш, як правило, багата поживними речовинами, і тому була визнана надзвичайно ефективною як органічне добриво, яке можна використовувати в садах або в сільському господарстві.
Майбутнє біогазу
Використання біогазу – це дуже ефективний спосіб генерації як тепла, так і електрики, який можна використовувати в надзвичайно масштабних роботах, які можуть замінити традиційні електростанції, зменшуючи викиди вуглецю на цілих 30%.
Майбутнє біогазу виглядає величезним, оскільки він забезпечує комбіновані рішення багатьох найбільших світових проблем. Біогаз має величезний потенціал для зростання, оскільки його можна широко використовувати як місцеве джерело відновлюваної енергії та тепла майже в будь-якій точці світу, допомагаючи задовольняти попит на енергію навіть у найбідніших країнах завдяки тому факту, що сировина є легкодоступний і дешевий.
Вплив біогазу на здоров’я
Оскільки біогаз в основному складається з метану, він є горючим газом , але він також є токсичним газом, оскільки в ньому присутній сірководень, а також корозійний газ. Процес травлення включає дію бактерій і частинок, які можуть мати різні наслідки для людини.
Подразнення очей (кон’юнктивіт) і носа (застуда), а також нудота є симптомами впливу високого рівня протягом короткого періоду часу. Хронічний вплив призводить не до смерті, а до ураження органів , таких як мозок (головний біль і хронічна втома) або травна система (болі в животі і нудота). Якщо вжити всіх основних запобіжних заходів, пов’язаних із діяльністю навколо цього газу, ризики для людей майже відсутні.
Засоби профілактики та захисту від біогазу
- Оскільки біогаз є вибухонебезпечним, 4-газові монітори, такі як портативний газовий детектор X-am 2500, дозволяють контролювати концентрацію біогазу
- Щоб отримати точний аналіз коливань концентрації біогазу, слід віддавати перевагу використанню спеціального обладнання, аналізатора біогазу , наприклад Biogas 5000, а не традиційним детекторам газу (стаціонарним або портативним), які не зможуть контролювати такі важливі концентрації
- Оскільки біогаз містить дуже високі концентрації H2S (іноді до 10 000 частин на мільйон) і задушливі гази (такі як CH4 або CO2), захисна маска для очищення повітря не підходить, і необхідно буде створити атмосферу, яка забезпечує засоби захисту органів дихання ( автономні дихальний апарат або повітряна система )
Аналізатор біогазу (стаціонарний або переносний)
Біогаз підходить для когенерації, що означає комбіноване виробництво тепла та електроенергії. Оскільки їхні властивості можуть змінюватися, газові турбіни повинні будуть адаптуватися до складу біогазу. Аналізатор біогазу (стаціонарний або портативний) вимірює та контролює якість цього газу для досягнення оптимальної продуктивності.
Детектори біогазу
Детектор біогазу та зональний газовий монітор Через різні гази, що входять до складу біогазу, найбільш часто використовуваними засобами індивідуального захисту (ЗІЗ) є детектор із 4 газами (CH4, O2, CO та H2S). Тим не менш, використання мультигазового детектора з датчиками CH4, O2, CO, CO2 і H2S є більш актуальним. Крім портативних газових детекторів, зональні газові монітори забезпечать моніторинг усієї виробничої зони.