Com obtenir biogàs a partir dels fems: una visió general dels principis bàsics i el disseny d’una planta de producció

Els agricultors s’enfronten anualment al problema de l’eliminació de fems. Els recursos que es requereixen per organitzar la seva exportació i l'enterrament no van enlloc. Però hi ha una manera que no només t’estalvia diners, sinó que et fa servir aquest producte natural per al teu bé.

Els propietaris zelosos fa temps que utilitzen l’ecotecnologia a la pràctica, cosa que els permet obtenir biogàs a partir de fems i utilitzar el resultat com a combustible.

Per tant, el nostre material se centrarà en la tecnologia de producció de biogàs, també parlarem de com construir una instal·lació de bioenergia.

Pros de l'ús de la biotecnologia

Tecnologia producció de biocombustibles de diverses fonts naturals no és cap novetat. La investigació en aquesta àrea va començar a finals del segle XVIII i es va desenvolupar amb èxit al segle XIX. A la Unió Soviètica es va crear la primera planta de bioenergia als anys quaranta del segle passat.

Les biotecnologies fa temps que s’utilitzen a molts països, però avui adquireixen una significació especial. A causa del deteriorament de la situació ambiental del planeta i de l’elevat cost d’energia, molts estan dirigint la mirada cap a fonts d’energia i calor alternatives.

La tecnologia de processament de fems en biogàs permet reduir la quantitat d’emissions nocives de metà a l’atmosfera i obtenir una font addicional d’energia tèrmica

Per descomptat, els fems són un fertilitzant molt valuós i, si la finca té dues vaques, no hi ha problemes amb el seu ús. Una altra cosa quan es tracta d’explotacions agrícoles amb bestiar gran i mitjà, on es formen tones de material biològic fetid i podridiu a l’any.

Per tal que els fems es converteixin en fertilitzants de gran qualitat, necessiteu zones amb un règim de temperatura determinat, i això suposa una despesa addicional. Per tant, molts pagesos l'emmagatzemen allà on és necessari, i després el porten als camps.

En funció del volum de matèries primeres generades al dia, s’han de seleccionar les dimensions de la instal·lació i el grau d’automatització d’aquest

Si no s’observen les condicions d’emmagatzematge, fins a un 40% del nitrogen i la part principal del fòsfor desapareixen dels fems, cosa que empitjora notablement els seus indicadors de qualitat. A més, el gas metà s’allibera a l’atmosfera, cosa que repercuteix negativament en la situació ecològica del planeta.

Les biotecnologies modernes fan possible no només neutralitzar els efectes nocius del metà sobre la situació ambiental, sinó que la fan servir per al benefici de l’home, alhora que n’extreuen beneficis econòmics considerables. Com a resultat Es forma biogàs per a l'elaboració de femsa partir del qual podreu obtenir milers de kW d’energia i els residus són un fertilitzant anaeròbic molt valuós.

El mecanisme de formació de gasos a partir de matèries primeres orgàniques

El biogàs és una substància volàtil sense color ni cap olor, que conté fins a un 70% de metà. Mitjançant els seus indicadors de qualitat, s’acosta al tipus tradicional de combustible: el gas natural. Té un bon valor calorífic, 1m³ el biogàs emet tanta calor com s’obté cremant un quilogram i mig de carbó.

Devem la formació de biogàs a bacteris anaerobis, que estan treballant activament en la descomposició de matèries primeres orgàniques, que s’utilitzen per al fung d’animals de granja, excrements d’aus, residus de qualsevol planta.

En la producció independent de biogàs, es poden utilitzar excrements d'aus i productes de rebuig de bestiar petit i gran. Les matèries primeres es poden utilitzar en forma pura i en forma de barreja amb la inclusió d’herba, fullatge, paper vell

Per activar el procés, és necessari crear condicions favorables per a la vida dels bacteris. Han de ser similars a les que es desenvolupen els microorganismes en un dipòsit natural, a l'estómac dels animals, on no hi ha calor i no hi ha oxigen.

Aquestes són les dues condicions principals que contribueixen a la transformació miraculosa de la femella de putrefacció en combustible ecològic i fertilitzants valuosos.

Per obtenir biogàs, es necessita un reactor segellat sense accés a l’aire, on es produirà el procés de fermentació de fems i la seva descomposició en components:

• metà (fins al 70%);
• diòxid de carboni (aproximadament un 30%);
• altres substàncies gasoses (1-2%).

Els gasos formats s’eleven fins al dipòsit, des d’on es bombegen i s’instal·la el producte residual, un fertilitzant orgànic de gran qualitat que conservava totes les substàncies valuoses que es troben en els fems — nitrogen i fòsfor, i va perdre una part important dels microorganismes patògens com a resultat del processament.

El reactor de biogàs ha de tenir una estructura totalment tancada en la qual no hi hagi oxigen, en cas contrari, el procés de descomposició de fems serà extremadament lent

La segona condició important per a la descomposició efectiva de fems i la formació de biogàs és el compliment del règim de temperatura. Els bacteris implicats en el procés s’activen a una temperatura de +30 º.

A més, en els fems hi ha dos tipus de bacteris:

• mesòfila. La seva activitat vital es produeix a una temperatura de +30 - +40 º;
• termòfila. Per a la seva reproducció, cal observar el règim de temperatura de +50 (+60) graus.

El temps de processament de les matèries primeres en plantes de primer tipus depèn de la composició de la mescla i oscil·la entre els 12 i els 30 dies. Al mateix temps, 1 litre d'àrea útil del reactor proporciona 2 litres de biocombustible. Quan s’utilitzen plantes del segon tipus, el temps de producció del producte final es redueix a tres dies i la quantitat de biogàs augmenta fins als 4,5 litres.

L’eficiència de les plantes termòfiles és visible a simple vista, però, el cost del seu manteniment és molt elevat, per la qual cosa, abans de triar aquest o aquell mètode de producció de biogàs, cal calcular-ho amb cura.

Tot i que l’eficiència de les plantes termòfiles és deu vegades superior, s’utilitzen molt menys sovint, ja que mantenir temperatures elevades al reactor s’associa a costos elevats.

El manteniment i manteniment de plantes de tipus mesòfil és més barat, per la qual cosa la majoria de les explotacions les utilitzen per produir biogàs.

Segons els criteris del potencial energètic, el biogàs és lleugerament inferior al combustible convencional de gas. Tot i això, conté fums de sulfat, la presència dels quals s’ha de tenir en compte a l’hora d’escollir materials per a la construcció de la instal·lació

Càlculs d'eficiència del biogàs

Per avaluar tots els avantatges d’utilitzar biocombustibles alternatius, els càlculs senzills us ajudaran. Una vaca que pesa 500 kg produeix uns 35-40 kg de fems al dia. Aquesta quantitat és suficient per obtenir uns 1,5 m³ biogàs, a partir del qual és possible generar 3 kW / h d’electricitat.

Mitjançant les dades de la taula, es pot calcular quants m³ El biogàs es pot obtenir a la sortida d’acord amb el bestiar disponible a la granja

Per obtenir biocombustibles, podeu utilitzar un tipus de matèria primera orgànica o una barreja de diversos components amb un contingut d’humitat del 85-90%. És important que no continguin impureses químiques alienes que afectin negativament el procés de processament.

La recepta més senzilla de la barreja va ser inventada el 2000 per un camperol rus de la regió de Lipetsk, que va construir les seves mans la planta més senzilla per a la producció de biogàs. Va barrejar 1.500 kg de fem de vaca amb 3.500 kg de residus de diverses plantes, va afegir aigua (aproximadament el 65% del pes de tots els ingredients) i va escalfar la mescla a 35 graus.

Dues setmanes després, el combustible gratuït està a punt. Aquesta petita instal·lació va produir 40 m³ gas al dia, que era suficient per escalfar durant sis mesos la casa i els edificis de la llar.

Opcions per a plantes de biocombustible

Després de realitzar els càlculs, cal determinar com fer la planta per obtenir biogàs d’acord amb les necessitats de la seva economia. Si el nombre de bestiar és reduït, l’opció més senzilla és adequada, que és fàcil de fer a partir de mitjans improvisats amb les vostres pròpies mans.

És convenient que les grans explotacions que tinguin una font constant de gran quantitat de matèries primeres puguin construir un sistema automatitzat de biogàs industrial. En aquest cas, difícilment es pot fer sense implicar especialistes que desenvolupin el projecte i montin la instal·lació a nivell professional.

El diagrama mostra clarament com funciona el complex automatitzat industrial per a la producció de biogàs. Diverses granges situades a prop poden organitzar la construcció d'una escala així

Avui hi ha desenes d’empreses que poden oferir moltes opcions: des de solucions preparades fins al desenvolupament d’un projecte individual.Per reduir el cost de la construcció, podeu cooperar amb les granges veïnes (si hi ha disponibles a prop) i crear una unitat per a tota la producció de biogàs.

Cal destacar que per a la construcció d’una petita instal·lació, cal elaborar els documents rellevants, fer un diagrama de flux, planificar la col·locació d’equips i ventilació (si l’equip està instal·lat a la sala), sotmetre’s a procediments d’aprovació amb el SES, inspecció d’incendis i gas.

Es pot fer amb mini màquina una central per a la producció de gas per satisfer les necessitats d’una petita economia privada, centrada en el disseny i les especificitats de les instal·lacions del dispositiu fabricades a escala industrial.

El disseny de plantes per al processament de fems i orgànics vegetals en biogàs no difereix en la complexitat. L’original emès per la indústria és força adequat com a plantilla per a la construcció de la seva pròpia mini-fàbrica

Els artesans independents que decideixen començar a construir la seva pròpia instal·lació s’han d’emmagatzemar en un dipòsit d’aigua, canonades de plàstic d’aigua o clavegueram, corbes de cantonada, juntes i un cilindre per emmagatzemar el gas rebut a la instal·lació.

Característiques del sistema de biogàs

Una planta de biogàs de ple rendiment és un sistema complex que consta de:

1. Bioreactor, on es produeix el procés de descomposició de fems;
2. Sistema automatitzat d’alimentació de residus orgànics;
3. Dispositius per barrejar biomassa;
4. Equips per mantenir condicions de temperatura òptimes;
5. Dipòsit de gas: tancs d’emmagatzematge de gas;
6. Receptor de residus sòlids.

Tots els articles anteriors estan instal·lats en plantes industrials que funcionen en mode automàtic. Els reactors domèstics, per regla general, tenen un disseny més simplificat.

El diagrama mostra els components principals d’un sistema automatitzat de biogàs. El volum del reactor depèn de la ingesta diària de matèries primeres orgàniques. Per al funcionament complet de la instal·lació, el reactor ha d’omplir-se en dos terços del volum

El principi de funcionament de la instal·lació

L’element principal del sistema és un bioreactor.Hi ha diverses opcions per a la seva execució, el principal és assegurar la estanquitat de l’estructura i eliminar l’entrada d’oxigen. Es pot fer en forma d’un recipient metàl·lic de diverses formes (generalment cilíndriques) situat a la superfície. Sovint, per a aquests propòsits, s’utilitzen dipòsits de combustible buits de 50 cc.

Podeu comprar envasos preparats de disseny plegable. El seu avantatge és la capacitat de desmuntar ràpidament i, si cal, transportar a un altre lloc. És recomanable utilitzar instal·lacions de superfície industrial en grans explotacions on hi ha una afluència constant de gran quantitat de matèries primeres orgàniques.

Per a explotacions agrícoles més petites, l'opció de col·locar tanc soterrat és més adequada. El búnquer subterrani està construït amb maó o formigó. Podeu cavar contenidors ja preparats, per exemple, bótes de metall, acer inoxidable o PVC, a terra. També és possible sucar-les al carrer o en una habitació especialment dissenyada i amb bona ventilació.

Per a la fabricació d'una planta de biogàs, es poden comprar i instal·lar contenidors de PVC preparats en una habitació equipada amb un sistema de ventilació

Independentment d’on i com es trobi el reactor, està equipat amb una tremuja per carregar fems. Abans de carregar la matèria primera, s’ha de sotmetre a una preparació prèvia: es tritura en fraccions no superiors a 0,7 mm i es dilueix amb aigua. L’ideal seria que el contingut d’humitat del substrat hauria de ser d’uns 90%.

Les plantes automatitzades de tipus industrial estan equipades amb un sistema d’alimentació, incloent-hi un receptor, en el qual la barreja és portada a la humitat necessària, un gasoducte per a subministrament d’aigua i una unitat de bombeig per bombejar la massa al biorreactor.

A les instal·lacions domèstiques s’utilitzen envasos separats per preparar el substrat, on els residus es trituren i es barregen amb aigua. A continuació, la massa es carrega al compartiment receptor. En els reactors situats sota terra, es produeix la tremuja per rebre el substrat, la barreja preparada per gravetat flueix a través de la canonada cap a la cambra per a la fermentació.

Si el reactor es troba a terra o a l’interior, la canonada d’entrada amb el dispositiu receptor es pot situar a la part inferior del dipòsit. També és possible portar la canonada a la part superior i posar-hi una campana al coll. En aquest cas, caldrà bombejar la biomassa.

En el bioreactor, també cal proporcionar una sortida, que es fa gairebé a la part inferior del dipòsit del costat oposat a la tremuja d’entrada. A la col·locació subterrània, la canonada de sortida s’instal·la oblicament cap amunt i condueix a un receptacle de residus, amb forma de caixa de forma rectangular. La seva vora superior ha d’estar per sota del nivell d’entrada.

Les canonades d’entrada i sortida estan situades obliqüament cap amunt a diferents costats del dipòsit, mentre que el dipòsit de compensació per on entren els residus ha de ser inferior al de la tremuja receptora

El procés continua de la manera següent: la tremuja d’entrada rep un nou lot de substrat, que flueix al reactor, alhora que s’enfila la mateixa quantitat de massa gastada fins al receptor de residus, des d’on posteriorment es recopila i s’utilitza com a biofertilitzador d’alta qualitat.

L’emmagatzematge de biogàs es realitza en un dipòsit de gas. Molt sovint es troba directament al terrat del reactor i té la forma de cúpula o con. Està fabricat amb ferro de sostre i, després, per evitar processos corrosius, es pinta amb diverses capes de pintura a l’oli.

A les plantes industrials, dissenyades per rebre una gran quantitat de gas, el dipòsit de gas es fa sovint en forma de tanc separat connectat al reactor per una canonada.

El gas obtingut com a resultat de la fermentació no és adequat per al seu ús, ja que conté una gran quantitat de vapor d’aigua i, d’aquesta forma, no cremarà. Per netejar-lo de fraccions d’aigua, el gas passa a través d’un segell d’aigua.Per fer-ho, s’elimina una canonada del dipòsit de gas, a través del qual el biogàs entra al dipòsit amb aigua, i des d’allà es subministra als consumidors a través d’una canonada de plàstic o metall.

Esquema de la instal·lació situada sota terra. L'entrada i la sortida han d'estar situades als costats oposats del dipòsit. Es localitza un obturador d’aigua per sobre del reactor pel qual es passa el desguàs del gas produït

En alguns casos, s’utilitzen bosses especials de gas fetes de clorur de polivinil per emmagatzemar gas. Les bosses es col·loquen al costat de la unitat i es van omplint gradualment amb gas. A mesura que s'omple, el material elàstic s'infla i augmenta el volum de les bosses, cosa que permet estalviar temporalment una quantitat més gran del producte final.

Condicions per al funcionament efectiu del bioreactor

Per al funcionament eficient de la instal·lació i la separació intensiva del biogàs, és necessària una fermentació uniforme del substrat orgànic. La barreja ha d’estar en moviment constant. En cas contrari, s’hi forma una escorça, el procés de descomposició s’alenteix, resultant en menys gas del calculat inicialment.

Per garantir la barreja activa de biomassa, s’instal·len agitadors de tipus submergible o inclinats equipats amb accionament elèctric a la part superior o lateral d’un reactor típic. En instal·lacions artesanals, la barreja es realitza mecànicament mitjançant un dispositiu que s’assembla a un mesclador domèstic. Es pot controlar manualment o equipar-se amb un accionament elèctric.

Amb una disposició vertical del reactor, es mostra la nansa de la batedora a la part superior de la instal·lació. Si el contenidor s’instal·la horitzontalment, l’agullador també es troba en un pla horitzontal i el mànec està situat al costat del bioreactor

Una de les condicions més importants per a la producció de biogàs és mantenir la temperatura necessària al reactor. La calefacció es pot fer de diverses maneres. A les instal·lacions estacionàries s’utilitzen sistemes de calefacció automatitzats que s’encenen quan la temperatura baixa per sota d’un nivell predeterminat i s’apaga quan s’estableix la temperatura requerida.

Per a la calefacció, podeu utilitzar calderes de gas, realitzeu calefacció directa amb escalfadors elèctrics o integreu un element de calefacció a la base del dipòsit.

Per reduir la pèrdua de calor, es recomana construir un petit marc al voltant del reactor amb una capa de llana de vidre o cobrir la instal·lació amb aïllament tèrmic. Té bones propietats d’aïllament tèrmic. escuma de poliestirè i altres varietats.

Per equipar un sistema de calefacció de biomassa, és possible extreure un gasoducte de la calefacció de la casa, alimentat per un reactor

Determinació del volum requerit

El volum del reactor es determina en funció de la quantitat diària de fems produïda a la granja. També cal tenir en compte el tipus de matèria primera, la temperatura i el temps de fermentació. Perquè la instal·lació funcioni completament, el dipòsit s’omple fins al 85-90% del volum, com a mínim un 10% ha de romandre lliure per a què es pugui escapar el gas.

El procés de descomposició d’orgànics en una instal·lació mesòfila a una temperatura mitjana de 35 graus té una durada de 12 dies, després dels quals s’eliminen els residus fermentats i s’omple el reactor amb una nova porció del substrat. Com que els residus es dilueixen amb aigua fins a un 90% abans de ser enviats al reactor, també cal tenir en compte la quantitat de líquid a l’hora de determinar la càrrega diària.

A partir dels indicadors anteriors, el volum del reactor serà igual a la quantitat diària del substrat preparat (fems amb aigua) multiplicat per 12 (el temps necessari per a la descomposició de la biomassa) i augmentat en un 10% (volum lliure del dipòsit).

Construcció subterrània

Ara parlem de la instal·lació més senzilla que et permet obtenir biogàs a casa al mínim cost. Penseu en la construcció d’un sistema subterrani.Per fer-lo, heu d’excavar un forat, s’aboca la seva base i les parets amb formigó d’argila expandida reforçada.

Als costats oposats de la cambra, s’insereixen les obertures d’entrada i sortida, on es munten canonades inclinades per subministrar el substrat i bombar la massa gastada.

La canonada de sortida amb un diàmetre d’uns 7 cm hauria d’estar gairebé a la part inferior de la tremuja, el seu altre extrem es troba muntat en un recipient de compensació de forma rectangular, en el qual es podran bombar els residus. La canonada per al subministrament del substrat es troba a aproximadament 50 cm de la part inferior i té un diàmetre de 25 a 35 cm. La part superior de la canonada entra al compartiment per rebre matèries primeres.

El reactor ha d'estar completament segellat. Per excloure la possibilitat d’entrada d’aire, el contenidor s’ha de cobrir amb una capa d’impermeabilització de betum

La part superior de la tremuja és un porta-gas amb cúpula o forma cònica. Està fet de làmines metàl·liques o de teulada. També és possible completar la construcció amb maçoneria, que després es cobreix amb malla d’acer i arrebossada. A la part superior del dipòsit de gas, heu de fer una escotilla tancada, traieu el tub de gas que passa pel segell d’aigua i instal·leu una vàlvula per alleujar la pressió del gas.

Per barrejar el substrat, és possible dotar la instal·lació d’un sistema de drenatge que funcioni amb el principi d’escampat. Per fer-ho, fixeu les canonades de plàstic verticalment dins de l'estructura de manera que la seva vora superior sigui superior a la capa del substrat. Feu-hi molts forats. El gas sota pressió baixarà i, a l’alça, les bombolles de gas barrejaran la biomassa al dipòsit.

Si no voleu construir un búnquer de formigó, podeu comprar un envàs de PVC ja fet. Per mantenir la calor, s’ha d’envoltar al voltant d’una capa d’aïllament tèrmic: escuma de poliestirè. El fons de la fossa s’aboca amb formigó armat amb una capa de 10 cm. Es poden fer servir tancs de clorur de polivinil si el volum del reactor no supera els 3 m3.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Com fer la instal·lació més senzilla des d'un barril normal, aprendreu si veieu el vídeo:

Com es pot veure la construcció d’un reactor subterrani, al vídeo:

Com es mostra el vídeo que es carrega a la instal·lació subterrània al vídeo següent:

Una planta per produir biogàs a partir de fems estalviarà significativament el pagament de la calor i l’electricitat, i aportarà material orgànic de bon treball, abundant a totes les explotacions. Abans d’iniciar la construcció, cal calcular-ho i preparar-ho tot.

El reactor més senzill es pot fer en pocs dies amb les teves pròpies mans, utilitzant eines improvisades. Si la finca és gran, el millor és comprar una instal·lació a punt o consultar un especialista.

Si teniu cap pregunta quan us familiaritzeu amb la informació presentada o voleu compartir suggeriments amb els visitants del lloc, deixeu els comentaris al quadre següent.