Cómo obtener biogás a partir del estiércol: una visión general de los principios básicos y el diseño de una planta de producción
Los agricultores anualmente enfrentan el problema de la eliminación del estiércol. Los fondos considerables que se requieren para organizar su exportación y entierro no van a ninguna parte. Pero hay una manera que no solo le ahorra dinero, sino que también le hace servir este producto natural por su propio bien.
Los celosos propietarios han estado utilizando la ecotecnología en la práctica, lo que les permite obtener biogás a partir del estiércol y utilizar el resultado como combustible.
Por lo tanto, nuestro material se centrará en la tecnología de producción de biogás, también hablaremos sobre cómo construir una instalación de bioenergía.
El contenido del artículo:
Ventajas de usar biotecnología
Tecnología producción de biocombustibles de diversas fuentes naturales no es nuevo. La investigación en esta área comenzó a fines del siglo XVIII y se desarrolló con éxito en el siglo XIX. En la Unión Soviética, la primera planta de bioenergía se creó en los años cuarenta del siglo pasado.
Las biotecnologías se han utilizado durante mucho tiempo en muchos países, pero hoy están adquiriendo un significado especial. Debido al deterioro de la situación ambiental en el planeta y al alto costo de la energía, muchos están volviendo la vista hacia fuentes alternativas de energía y calor.
Por supuesto, el estiércol es un fertilizante muy valioso, y si la granja tiene dos vacas, entonces no hay problemas con su uso. Otra cosa cuando se trata de granjas con ganado grande y mediano, donde se forman toneladas de material biológico fétido y podrido por año.
Para que el estiércol se convierta en fertilizante de alta calidad, necesita áreas con un cierto régimen de temperatura, y esto es un gasto adicional. Por lo tanto, muchos agricultores lo almacenan donde es necesario y luego lo llevan a los campos.
Si no se observan las condiciones de almacenamiento, hasta el 40% del nitrógeno y la mayor parte del fósforo desaparecen del estiércol, lo que empeora significativamente sus indicadores de calidad. Además, el gas metano se libera a la atmósfera, lo que tiene un impacto negativo en la situación ecológica del planeta.
Las biotecnologías modernas hacen posible no solo neutralizar los efectos nocivos del metano en la situación ambiental, sino también hacer que sirva para el beneficio del hombre, al tiempo que extrae beneficios económicos considerables. Como resultado se forma el procesamiento de estiércol biogásde donde puede obtener miles de kW de energía, y los productos de desecho son un fertilizante anaeróbico muy valioso.
El mecanismo de formación de gas a partir de materias primas orgánicas.
El biogás es una sustancia volátil sin color ni olor, que contiene hasta un 70% de metano. Por sus indicadores de calidad, se está acercando al tipo tradicional de combustible: el gas natural. Tiene un buen poder calorífico, 1m3 El biogás emite tanto calor como se obtiene al quemar un kilo y medio de carbón.
Debemos la formación de biogás a las bacterias anaerobias, que trabajan activamente en la descomposición de las materias primas orgánicas, que se utilizan para el estiércol de animales de granja, excrementos de pájaros, desechos de cualquier planta.
Para activar el proceso, es necesario crear condiciones favorables para la vida de las bacterias. Deben ser similares a aquellos en los que los microorganismos se desarrollan en un reservorio natural, en el estómago de los animales, donde hay calor y no hay oxígeno.
En realidad, estas son las dos condiciones principales que contribuyen a la transformación milagrosa del estiércol en descomposición en combustible ecológico y valiosos fertilizantes.
Para obtener biogás, se necesita un reactor sellado sin acceso al aire, donde tendrá lugar el proceso de fermentación del estiércol y su descomposición en componentes:
- metano (hasta 70%);
- dióxido de carbono (aproximadamente 30%);
- otras sustancias gaseosas (1-2%).
Los gases resultantes se elevan en el tanque, desde donde se bombean, y el producto residual se deposita, un fertilizante orgánico de alta calidad que retiene todas las sustancias valiosas que se encuentran en el estiércol, nitrógeno y fósforo, y pierde una parte significativa de los microorganismos patógenos como resultado del procesamiento.
La segunda condición importante para la descomposición efectiva del estiércol y la formación de biogás es el cumplimiento del régimen de temperatura. Las bacterias involucradas en el proceso se activan a una temperatura de +30 grados.
Además, en el estiércol contiene dos tipos de bacterias:
- mesofílica Su actividad vital ocurre a una temperatura de +30 - +40 grados;
- termofílica Para su reproducción, es necesario observar el régimen de temperatura de +50 (+60) grados.
El tiempo de procesamiento de las materias primas en plantas del primer tipo depende de la composición de la mezcla y varía de 12 a 30 días. Al mismo tiempo, 1 litro de área útil del reactor da 2 litros de biocombustible. Cuando se usan plantas del segundo tipo, el tiempo de producción del producto final se reduce a tres días, y la cantidad de biogás aumenta a 4.5 litros.
A pesar de que la eficiencia de las plantas termofílicas es diez veces mayor, se usan con mucha menos frecuencia, ya que mantener altas temperaturas en el reactor está asociado con altos costos.
El mantenimiento y mantenimiento de las plantas de tipo mesofílico es más barato, por lo que la mayoría de las granjas las utilizan para producir biogás.
Cálculos de la eficiencia del biogás.
Para evaluar todos los beneficios del uso de biocombustibles alternativos, los cálculos simples ayudarán. Una vaca que pesa 500 kg produce alrededor de 35-40 kg de estiércol por día. Esta cantidad es suficiente para llegar a unos 1,5 m.3 biogás, a partir del cual es posible generar 3 kW / h de electricidad.
Para obtener biocombustibles, puede usar un tipo de materia prima orgánica o una mezcla de varios componentes con un contenido de humedad del 85-90%. Es importante que no contengan impurezas químicas extrañas que afecten negativamente el proceso de procesamiento.
La receta más simple para la mezcla fue inventada en 2000 por un campesino ruso de la región de Lipetsk, quien construyó con sus propias manos la planta más simple para la producción de biogás. Mezcló 1,500 kg de estiércol de vaca con 3,500 kg de desechos de varias plantas, agregó agua (aproximadamente el 65% del peso de todos los ingredientes) y calentó la mezcla a 35 grados.
Dos semanas después, el combustible gratis está listo. Esta pequeña instalación produjo 40 m.3 gas por día, que fue suficiente para calentar la casa y los edificios del hogar durante seis meses.
Opciones para plantas de biocombustibles
Después de realizar los cálculos, es necesario determinar cómo hacer la planta para obtener biogás de acuerdo con las necesidades de su economía. Si la cantidad de ganado es pequeña, entonces la opción más simple es adecuada, que es fácil de hacer con medios improvisados con sus propias manos.
Es aconsejable para grandes granjas que tienen una fuente constante de una gran cantidad de materias primas para construir un sistema industrial automatizado de biogás. En este caso, es casi imposible hacerlo sin involucrar a especialistas que desarrollarán el proyecto y montarán la instalación a nivel profesional.
Hoy en día, hay docenas de compañías que pueden ofrecer muchas opciones: desde soluciones preparadas hasta el desarrollo de un proyecto individual.Para reducir el costo de construcción, puede cooperar con las granjas vecinas (si están disponibles cerca) y construir una unidad para toda la producción de biogás.
Cabe señalar que incluso para la construcción de una instalación pequeña, es necesario elaborar los documentos relevantes, hacer un diagrama de flujo, planificar la colocación del equipo y la ventilación (si el equipo está instalado en la sala), someterse a procedimientos de aprobación con el SES, inspección de incendios y gases.
Se puede hacer una mini-planta para la producción de gas para satisfacer las necesidades de una pequeña economía privada con la propia mano, centrándose en el diseño y los detalles de las instalaciones del dispositivo, fabricadas a escala industrial.
Los artesanos independientes que deciden comenzar a construir su propia instalación deben abastecerse de un tanque de agua, tuberías de plástico de agua o alcantarillado, curvas de esquina, juntas y un cilindro para almacenar el gas recibido en la instalación.
Características del sistema de biogás.
Una planta de biogás de pleno derecho es un sistema complejo que consiste en:
- Biorreactor, donde el proceso de descomposición del estiércol;
- Sistema automatizado de alimentación de residuos orgánicos;
- Dispositivos para mezclar biomasa;
- Equipo para mantener condiciones óptimas de temperatura;
- Tanque de gas - tanques de almacenamiento de gas;
- Receptor de residuos sólidos.
Todos los elementos anteriores se instalan en plantas industriales que funcionan en modo automático. Los reactores domésticos, por regla general, tienen un diseño más simplificado.
El principio de funcionamiento de la instalación.
El elemento principal del sistema es un biorreactor.Hay varias opciones para su ejecución, lo principal es garantizar la estanqueidad de la estructura y eliminar la entrada de oxígeno. Se puede hacer en forma de un recipiente de metal de varias formas (generalmente cilíndrico) ubicado en la superficie. A menudo, para estos fines, se utilizan tanques de combustible vacíos de 50 cc.
Puede comprar contenedores confeccionados de diseño plegable. Su ventaja es la capacidad de desmontar rápidamente y, si es necesario, transportar a otro lugar. Es aconsejable utilizar instalaciones de superficie industrial en granjas grandes donde hay una afluencia constante de una gran cantidad de materias primas orgánicas.
Para granjas más pequeñas, la opción de colocación de tanques subterráneos es más adecuada. El búnker subterráneo está construido de ladrillo u hormigón. Puede excavar contenedores prefabricados, por ejemplo, barriles de metal, acero inoxidable o PVC, en el suelo. También es posible colocarlos en la calle o en una habitación especialmente designada con buena ventilación.
No importa dónde y cómo esté ubicado el reactor, está equipado con una tolva para cargar estiércol. Antes de cargar la materia prima, debe someterse a una preparación preliminar: se tritura en fracciones de no más de 0,7 mm y se diluye con agua. Idealmente, el contenido de humedad del sustrato debe ser aproximadamente del 90%.
Las plantas automatizadas de tipo industrial están equipadas con un sistema de alimentación, que incluye un receptor, en el que la mezcla se lleva a la humedad necesaria, una tubería para el suministro de agua y una unidad de bombeo para bombear la masa al biorreactor.
En las instalaciones domésticas, se utilizan contenedores separados para preparar el sustrato, donde los desechos se trituran y se mezclan con agua. Luego la masa se carga en el compartimento receptor. En los reactores ubicados bajo tierra, se saca la tolva para recibir el sustrato, la mezcla preparada por gravedad fluye a través de la tubería hacia la cámara para la fermentación.
Si el reactor está ubicado en el suelo o en el interior, la tubería de entrada con el dispositivo receptor puede ubicarse en el lado inferior del tanque. También es posible llevar la tubería a la parte superior y poner una campana en su cuello. En este caso, la biomasa tendrá que ser bombeada.
En el biorreactor, también es necesario proporcionar una salida, que se realiza casi en el fondo del tanque en el lado opuesto de la tolva de entrada. En la colocación subterránea, el tubo de salida se instala oblicuamente hacia arriba y conduce a un receptáculo de desechos, con forma de caja rectangular. Su borde superior debe estar por debajo del nivel de la entrada.
El proceso se desarrolla de la siguiente manera: la tolva de entrada recibe un nuevo lote de sustrato, que fluye hacia el reactor, al mismo tiempo que la misma cantidad de masa gastada se eleva a través de la tubería hacia el receptor de desechos, desde donde luego se recoge y se utiliza como biofertilizante de alta calidad.
El almacenamiento de biogás se lleva a cabo en un tanque de gas. Muy a menudo, se encuentra directamente en el techo del reactor y tiene la forma de una cúpula o cono. Está hecho de hierro para techos y luego, para evitar procesos corrosivos, se pinta con varias capas de pintura al óleo.
En las plantas industriales, diseñadas para recibir una gran cantidad de gas, el tanque de gas a menudo se hace en forma de un tanque separado conectado al reactor por una tubería.
El gas obtenido como resultado de la fermentación no es adecuado para su uso, ya que contiene una gran cantidad de vapor de agua, y de esta forma no se quemará. Para limpiarlo de fracciones de agua, se pasa gas a través de un sello de agua.Para hacer esto, se retira una tubería del tanque de gas, a través de la cual el biogás ingresa al tanque con agua, y desde allí se suministra a los consumidores a través de una tubería de plástico o metal.
En algunos casos, se usan bolsas de gas especiales hechas de cloruro de polivinilo para almacenar gas. Las bolsas se colocan al lado de la unidad y se llenan gradualmente de gas. A medida que se llena, el material elástico se infla y aumenta el volumen de las bolsas, lo que le permite ahorrar temporalmente una mayor cantidad del producto final.
Condiciones para el funcionamiento efectivo del biorreactor
Para la operación eficiente de la instalación y la separación intensiva de biogás, es necesaria una fermentación uniforme del sustrato orgánico. La mezcla debe estar en constante movimiento. De lo contrario, se forma una corteza, el proceso de descomposición se ralentiza, lo que resulta en menos gas que el calculado originalmente.
Para garantizar una mezcla activa de biomasa, se instalan agitadores sumergibles o inclinados equipados con un accionamiento eléctrico en la parte superior o lateral de un reactor típico. En instalaciones artesanales, la mezcla se realiza mecánicamente utilizando un dispositivo que se asemeja a un mezclador doméstico. Puede ser controlado manualmente o equipado con un accionamiento eléctrico.
Una de las condiciones más importantes para la producción de biogás es mantener la temperatura requerida en el reactor. El calentamiento se puede hacer de varias maneras. En instalaciones estacionarias, se utilizan sistemas de calefacción automatizados que se encienden cuando la temperatura cae por debajo de un nivel predeterminado y se apagan cuando se establece la temperatura requerida.
Para calentar, puedes usar calderas de gas, realice el calentamiento directo con calentadores eléctricos o integre un elemento calefactor en la base del tanque.
Para reducir la pérdida de calor, se recomienda construir un marco pequeño alrededor del reactor con una capa de lana de vidrio o cubrir la instalación con aislamiento térmico. Tiene buenas propiedades de aislamiento térmico. espuma de poliestireno y sus otras variedades.
Determinación del volumen requerido.
El volumen del reactor se determina en función de la cantidad diaria de estiércol producido en la granja. También es necesario considerar el tipo de materia prima, temperatura y tiempo de fermentación. Para que la instalación funcione por completo, el tanque se llena al 85-90% del volumen, al menos el 10% debe permanecer libre para que escape el gas.
El proceso de descomposición de los compuestos orgánicos en una instalación mesofílica a una temperatura promedio de 35 grados dura 12 días, después de lo cual se eliminan los residuos fermentados y el reactor se llena con una nueva porción del sustrato. Dado que los desechos se diluyen con agua hasta un 90% antes de ser enviados al reactor, la cantidad de líquido también debe tenerse en cuenta al determinar la carga diaria.
Según los indicadores anteriores, el volumen del reactor será igual a la cantidad diaria del sustrato preparado (estiércol con agua) multiplicado por 12 (el tiempo requerido para la descomposición de la biomasa) y aumentado en un 10% (volumen del tanque libre).
Construcción subterránea
Ahora hablemos de la instalación más simple que le permite obtener biogás en casa al menor costo Considere la construcción de un sistema subterráneo.Para hacerlo, debe cavar un agujero, su base y paredes se vierten con hormigón armado expandido.
En los lados opuestos de la cámara, se insertan las aberturas de entrada y salida, donde se montan tuberías inclinadas para suministrar el sustrato y bombear la masa gastada.
El tubo de salida con un diámetro de aproximadamente 7 cm debe estar casi en la parte inferior de la tolva, su otro extremo está montado en un recipiente compensador de forma rectangular, en el que se bombearán los desechos. La tubería para suministrar el sustrato se encuentra aproximadamente a 50 cm del fondo y tiene un diámetro de 25-35 cm. La parte superior de la tubería ingresa al compartimento para recibir las materias primas.
La parte superior de la tolva es un soporte de gas con una cúpula o forma cónica. Está hecho de láminas de metal o hierro para techos. También es posible completar la construcción con mampostería, que luego se cubre con malla de acero y enlucida. En la parte superior del tanque de gas, debe hacer una escotilla sellada, quitar la tubería de gas que pasa a través del sello de agua e instalar una válvula para aliviar la presión del gas.
Para mezclar el sustrato, es posible equipar la instalación con un sistema de drenaje que funcione según el principio de rociado. Para hacer esto, fije verticalmente los tubos de plástico dentro de la estructura de modo que su borde superior sea más alto que la capa de sustrato. Haz muchos agujeros en ellos. El gas bajo presión caerá y, al elevarse, las burbujas de gas mezclarán la biomasa en el tanque.
Si no desea construir un búnker de concreto, puede comprar un contenedor de PVC listo para usar. Para mantener el calor, debe estar rodeado por una capa de aislamiento térmico: espuma de poliestireno. El fondo del pozo se vierte con hormigón armado con una capa de 10 cm. Se pueden usar tanques de cloruro de polivinilo si el volumen del reactor no excede los 3 m3.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Cómo hacer la instalación más simple desde un barril ordinario, aprenderá si mira el video:
¿Cómo es la construcción de un reactor subterráneo? Puedes verlo en el video:
En el siguiente video se muestra cómo se carga el estiércol en la instalación subterránea:
Una planta para producir biogás a partir de estiércol ahorrará significativamente en el pago de calor y electricidad, y pondrá en buen funcionamiento el material orgánico, que es abundante en cada granja. Antes de comenzar la construcción, es necesario calcular y preparar todo cuidadosamente.
El reactor más simple se puede hacer en pocos días con sus propias manos, utilizando herramientas improvisadas. Si la granja es grande, es mejor comprar una instalación preparada o consultar a un especialista.
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La agricultura ecológica en nuestro país apenas comienza a ganar impulso. Cada vez más granjas están abandonando los fertilizantes químicos en favor de los biofertilizantes.Pero en muchas granjas, el estiércol no es rentable porque es difícil proporcionarle las condiciones adecuadas para la maduración. En este caso, puede tener sentido que las granjas grandes cambien a usar estiércol como biocombustible.
Hola En 1940, comenzó la difusión generalizada de la agricultura orgánica. Y en Rusia desde la antigüedad, el estiércol se usaba en campos y huertos. Para los biocombustibles, también puedo decir que esto no es una novedad, pero hasta ahora no es del todo rentable. Leí en alguna parte, incluso cuando mi padre se dedicaba a la agricultura, que se encuentra en una granja de 50 mil cerdos, comprar una planta de biogás dará sus frutos en unos 7 años.
¿Y cuánto costó un cubo de gas en 1940?
Saludos! Mi humilde opinión: actualmente la obtención de biocombustibles a partir de estiércol no es rentable, costoso e incluso perjudica el medio ambiente. Mi opinión se basa en visitar y estudiar el trabajo de BS "Luchki" en la región de Belgorod. El costo principal de 1 kW / h es de 7 rublos. Esto es 2 veces más que el promedio de Rusia. Entonces, cuanto más BS (bioestaciones), mayores serán las pérdidas. Los cálculos muestran que el ambicioso proyecto Luchki dará sus frutos en 7 años, incluso teniendo en cuenta el 85% de los subsidios estatales. No hay nada que hablar sobre la recuperación de los proyectos totalmente comerciales.
Además de este aspecto puramente económico, existen otras desventajas que no permiten poner en marcha la producción de biogás:
- el biogás es explosivo; su componente principal es el metano;
- la producción requiere la participación de trabajadores altamente calificados; en las zonas rurales es muy difícil encontrarlos;
- después de recibir biogás, se requiere la eliminación del estiércol usado; esto es costoso.
Estos son solo los principales problemas que enfrentan los productores de biocombustibles.
Saludos, comentaré tu humilde opinión, de lo contrario, de repente alguien realmente creerá lo que escribiste.
Yo mismo participo en la gasificación autónoma (tanques de gas) y quiero señalar que cuando una persona tiene la opción de pagar el equipo en 7? años, pero mañana presione un botón y llegue a casa agua caliente, agua caliente, una estufa de gas, pague por ello, o continúe comprando carbón, leña, picar, usar, calentar, calentar por la noche y congelar por la mañana, elegirá el primero, teniendo un presupuesto menos que conectarse a la tubería de gas en la mayoría de los casos.
En cuanto a su "estudio" y visita ... Costo de 1 kW-7 rublos ... kW de qué? Según tengo entendido, electricidad (??), ¿quiere decir que hay un generador de gas industrial? Entonces, cuesta 4 millones de rublos (Kamaz), ¿o confunde a una persona jurídica y a un individuo?
Entonces, para las personas jurídicas, el kW de electricidad en promedio es de 9 rublos, y para las personas de 4 en las regiones.
¿Cuáles son estos cálculos? ¿Dar la capacidad de la instalación, su costo, el costo de la calefacción, la entrega y otras cosas, la producción de gas?
Los llamados contras:
-Biogas es explosivo, este es el mayor descubrimiento desde los días de la bicicleta, no voy a comentar, por lo que está claro para todos.
- No lo crean, "especialistas altamente calificados", pero de hecho, los trabajadores de gas ordinarios con tolerancias en los campos una moneda de diez centavos por docena, solo dan el trabajo como una persona en el tema.
-Disposición? De hecho, el gran punto no es ni siquiera el gas, sino la venta de fertilizantes de alta calidad, que por alguna razón llaman estiércol residual.
Es solo en unas pocas palabras que describí los principales problemas que encontrará una persona pensante que ha leído su comentario.
Cuando estaba en un intercambio en los Países Bajos, donde la agricultura y la ganadería están muy desarrolladas, en particular, vi muchas plantas mesofílicas. Allí son megapopulares y disfrutan de subsidios del estado.
Dado que los Países Bajos, como toda Europa, están obsesionados ecológicamente, el 99% de los agricultores, tanto propietarios privados como granjas individuales, empresas y compañías, han tenido plantas mesofílicas y termofílicas (dependiendo del tamaño de la granja). También sería bueno que prestáramos atención a esto, pero creo que hasta ahora solo los propietarios privados podrán darse cuenta de esto, además con un negocio rentable y que funcione bien, ya que no tendremos subsidios en el futuro cercano, como en Europa.
Leí sobre ejemplos de uso de plantas de biogás en Rusia.Además, ambos son totalmente artesanales, que funcionan solo en la estación cálida, y de pleno derecho, produciendo gas durante todo el año. Pero debes entender que todos estos son entusiastas. No tenemos subsidios para este negocio y no lo estaremos en el futuro previsible. Y las granjas grandes que tienen su propio dinero operan de acuerdo con un esquema bien establecido y categóricamente no les gustan las innovaciones.
Estoy de acuerdo contigo En Rusia, con un sistema de biogás claramente depurado, hay alrededor de 5 hogares en total, que yo sepa (podría estar equivocado). Todo por qué ... entonces un hombre decidió ir a la agricultura. Se fue, le asignó tierras AKKOR (esto es real), el banco dio apoyo a las pequeñas empresas. La primera siembra es apenas suficiente para el equipo (es más rentable que el ganado cultive su propio grano) y, por supuesto, una pequeña población. Mientras el negocio se desarrolla, los préstamos pagan ... en su mayor parte, las granjas ahora están trabajando en una pequeña recuperación.
Observé un generador de metano de bajo rendimiento basado en un barril regular (!), Clara y claramente, pero surgieron varias preguntas.
Como se muestra, alrededor del invierno, el barril está aislado térmicamente desde el exterior (cubierto con un abrigo de piel). ¿Hay suficiente calor natural para mantener la temperatura dentro del barril a 30-35 grados Celsius? ¿Se puede requerir calefacción a veces? Se puede automatizar.
Luego, otro momento: al cargar materia orgánica y descargar desechos (fertilizantes), ¡el aire (oxígeno) puede ingresar al barril! ¡El gas puede ser explosivo! Existe un límite explosivo superior para la mezcla de gases (metano casi puro y algo de oxígeno), así como un límite explosivo inferior (aire y algo de metano). Por lo tanto, creo que en la parte superior del barril es necesario proporcionar una válvula de seguridad que alivie el exceso de presión ocasional de metano.
Me interesa estudiar, pero comenzaré en la primavera. Si hay alguien, entonces ayuda con consejos.
¡En el pequeño barril que se muestra, la tubería de desagüe y la tubería reciclada están casi cerca y a la misma altura! Y en las explicaciones de instalación, se indica claramente que estas dos tuberías deben ubicarse opuestas, además, ¡la tubería con las materias primas gastadas debe salir casi en la parte inferior! Boot db ¡Al menos 50 cm más alto que el anterior! Pregunta: ¿funcionará la opción propuesta?