Сельское хозяйство, как и другие отрасли, даёт не только продукт, но и отходы производства. Это отходы растениеводства и животноводства. Солома, стебли кукурузы и подсолнечника, кизяк – засохший навоз, и раньше использовали для получения тепловой энергии: топили им печи в домах. Сегодня существуют технологии, позволяющие извлечь энергию из аграрных неликвидов более технологично.
Возьмём метан, природный газ, по составу простейший предельный углерод. Это источник энергии, топливо для двигателя внутреннего сгорания, добывают газовики на месторождениях. Болотный газ (биогаз), аналогичный метану по свойствам и составу, образуется в кишечнике жвачных животных.
Из каких отходов сельского хозяйства можно получать энергию
Если в кишечнике коров образуется метан, значит газ присутствует и в навозе. Следовательно, если извлечь из навоза газ, получим энергию. Так же, как из куриного помёта. С той лишь разницей, что корова, по оценкам специалистов, при массе в 500 кг. за сутки «даёт» 40 кг. сырья. Эти два вида, как и другие, объединим в группу «отходы животноводства».
Также в дело идут растения и результаты обработки:
- солома, стебли кукурузы и подсолнечника:
- продукты обработки – шелуха, мякина;
- жмых, отходы пищевой промышленности.
Получение энергии из отходов
Процесс производства начинается с генерирования тепловой энергии, которую затем преобразуют в механическую или электрическую. Сырьё, полученное в первом агрегатном состоянии – твёрдом, перерабатывается ещё в два – жидкое и газообразное.
- Жидкое:
- биодизельное – из отходов с высоким содержанием жира;
- биоэтанол – из пшеничной, рисовой и других видов соломы.
- Твёрдое – пеллеты из разных культур: кукурузных стеблей, отрубей, шелухи, куриного помёта, навоза.
- Биогаз из куриного помёта и навоза.
Биодизель, биоэтанол и биогаз могут использоваться для двигателей внутреннего сгорания. Топливные брикеты дают энергию при горении. Теплотворная способность – 18-20 мДж/кг. Для сравнения, этот же показатель у берёзовых дров – 15 мДж/кг.
Технологии и оборудование
Сегодня предложений технологий и оборудования по получению топлива из отходов сельского хозяйства достаточно, у всех схожие принципы действия и процессы, разная производительность, цена и занимаемая площадь. Опишем одну – автономную установку «БИОЭН-1»:
- вес 12 тонн, площадь 30 квадратных метров;
- окупается за год;
- гарантированный производителем срок эксплуатации 10 лет;
- объём вырабатываемого электричества – от 4 кВт/ч до 8 кВт/ч;
- перерабатывает 500-1000 кг отходов в сутки при влажности до 85 %.
В комплект оборудования входят:
- два биореактора-метантенка на 10 кубометров;
- два газгольдера на 6 кубометров;
- оборудование для автоматизированной загрузки сырья;
- газовый котёл типа АОГВ;
- электрогенератор на биогазе;
- бытовая плита на биогазе;
- инфракрасные газовые горелки.
Рабочее сырьё: навоз, помёт, фекальные стоки, растительные остатки. Её «прокормит» ферма на 20-30 голов КРС или птицеферма на 2500-3000 несушек. Вырабатывает за сутки:
- 40 м. куб. биогаза;
- 80 кВт электроэнергии;
- тонну жидких органических удобрений.
Биогаз содержит 60 % метана и 40% углекислого газа. На собственные нужды потребляет не более 30 % вырабатываемого тепла. Выработанной электроэнергии хватит на трёхразовую электрическую дойку стада из 30 голов и бытовые потребности в электричестве средней по составу семьи.
Получение энергии из отходов сельского хозяйства
Ведущие страны-сельхозпроизводители сегодня занимаются вопросом перевода сельского хозяйства из потребителя электричества его в производителя. Или, как минимум перевода в автономный, независимый от энергетических компаний, режим.
Решение этой проблемы в эпоху, когда истощаются запасы невозобновляемых источников энергии своевременно, а главное, прибыльно для того, кому удалось её решить.
Преимущество этого топлива – в отсутствии вреда для экологии.
Например, биодизель при сгорании дает меньше вредных выбросов, чем соляра, полученная из нефти. Биодизельное топливо сгорает при меньшей, чем дизель, температуре на 15 %. Правда, расход топлива при этом выше на 5 %.
Наиболее перспективный из рассматриваемых источников – биогаз: широкое применение, разнообразие сырья, отсутствие вредных примесей при сгорании.
Производство биогаза из отходов
Биогаз образуется благодаря анаэробным бактериям, жизненная функция которых – разлагать органику. Для того, чтобы они развивались вне кишечника, создают такие же условия: температура не ниже 30 ̊С и отсутствие воздуха.
При этом в сырье происходит реакция брожения, в результате образуются:
- метан – 68-70 %;
- углекислый газ – 28-30 %;
- прочие газы – 1-2 %.
Герметичный сосуд, в котором это происходит, называют реактором. Газы, которые поднимаются, откачивают. На дно оседает органическое удобрение, содержащее азот и фосфор. Если температуру в реакторе увеличить, процесс пойдёт быстрее. Бактерии, которые размножаются при 30-40 ̊С – мезофильные, при 50-60 ̊С – термофильные.
Реакция, проходящая с разложением мезофильными бактериями, длится 15-30 суток, при этом на литр объёма реактора получают два литра биотоплива. Второй процесс в разы быстрее – три дня, а производительность – 5 кубометров газа. Но фермеры чаще используют первый способ. Второй, из-за необходимости высокой температуры, не настолько эффективно, насколько дороже.
В производстве используют один вид сырья или смесь из нескольких. Оптимальный состав придумал российский фермер: 1,5 тонны коровьего навоза и 3,5 растительных отходов, смешанных с водой до нужной степени влажности.
Схема установки: смесь загружается в приёмник, насосом подаётся в биореактор, где перемешивается. Котел внизу обеспечивает подогрев. В ходе реакции газ поднимается и перекачивается в газгольдер, удобрение оседает на дно и передаётся в накопитель для сушки.
В полученном топливе много воды, и гореть оно не будет. Чтобы удалить влагу, пропускают через гидрозатвор, после этого горючее готово к употреблению. Примерно так же, только с применением сложных технологий, обезвоживают природный газ на месторождениях перед транспортировкой.
Актуальность для России
Для нашей страны, лидера по добыче и продаже природного газа, актуальность темы получения энергии из отходов может показаться надуманной. Но месторождения имеют свойство истощаться.
Расположенное на Ямале Медвежье, которое запустили в работу в 1972 году, на старте имело более 5 триллионов кубометров. На тот момент добыча ямальского газа решила многие внутренние и внешние проблемы государства.
По газотранспортной системе, построенной тогда, голубое топливо идёт в Европу до сих пор. Но само Медвежье уже в процессе подготовки к консервации, запасы его истощаются. А обязательства Газпрома перед партнёрами выполняется за счёт других месторождений.
Кроме альтернативы невосполнимым источникам энергии. переработка отходов сельского хозяйства решает ещё и экологическую проблему.
Утилизация отходов сельского хозяйства становится с каждым годом всё более необходимой и глобальной.
Если же есть возможность сделать это, извлекая коммерческую прибыль и реальную пользу, то для нас этот способ актуален не меньше, чем для стран, не имеющих запасов газа. Тем более, что в огромной по площади стране есть районы, куда газопроводы протянут не скоро. Автономные источники энергии, работающие на отходах сельского хозяйства, в этом случае решают много проблем.
Данный видео материал рассказывает об одной агрофирме, на которой построен современный биогазовый комплекс, где энергию получают из навоза.
Подводные камни
Кроме положительного экономического эффекта в использовании аграрной энергетики есть и минусы:
- экологическое загрязнение остатками переработки и промывочными водами;
- для производства газа, как взрывчатого вещества, требуется лицензия и квалифицированные работники;
- высокая себестоимость топлива и отсутствие господдержки.
В США, Европе и Китае аграриев к переработке отходов сельского хозяйства мотивируют, используя государственные программы поддержки. В Поднебесной, благодаря этому, ежегодно получают 14 млрд. кубометров биогаза.
Оборудование недёшево, и не каждому аграрию по силам. Несмотря на декларируемые производителями короткий срок окупаемости, деньги сначала надо вложить. Умельцы, зная основные принципы работы реактора, делают их самостоятельно. Тогда и себестоимость ниже, и срок окупаемости короче.
Опыт получения энергии из навоза в нашей и других странах
В экспериментальном хозяйстве всероссийского института животноводства «Кленово-Чегодаево» Подольского района в 2013 году создали модульную установку по получению биогаза из коровьего навоза. Одиночный модуль из 350 кг. навоза производит 24 кубометра газа.
Тульский завод «Стройтехника» в это же время разработал модульную установку, перерабатывающую отходы 30 голов крупного скота или 300 свиней в 40 кубометров газа или 80 кВт электроэнергии.
За пределами России количество анаэробных установок сбраживания биогаза распределяется:
- Европа – 44 %;
- США – 14%;
- Китай – 12%.
Остальные 30 % неравномерно распределены по всему миру. Во всех, кроме Австрии, странах действуют государственные программы поддержки внедрения биоэнергетики. Но и в Австрии направление поддерживают финансами министерства сельского хозяйства и экологии. В России на сегодня подобные программы не разработаны, хотя насущная необходимость в этом существует.
Невосполнимые источники энергии на планете иссякают, человечество в поисках новых запасов нефти и газа осваивает пустынные и необжитые уголки планеты, такие, как Арктика. При этом буквально под ногами лежат восполняемые источники энергии – отходы сельского хозяйства. Их переработка с каждым годом всё больше набирает актуальность. Отрасль перспективная, технологии будут совершенствоваться в сторону увеличения рентабельности. Те, кто раньше освоит нишу в этом бизнесе, сможет в дальнейшем её расширить, при необходимости без проблем диверсифицирует бизнес в смежные области производства.
