Біомаса та її підготовка до біогазового виробництва - AgroBiogas

Виробництво біогазу традиційно здійснюють при зброджуванні відходів тварин, таких як гноївка чи гній. Ці виділення можна перемішувати з іншими господарськими відходами або відходами переробки сировини харчової промисловості. В залежності від складу сировини, що переробляється, можна очікувати різного рівня та енергетичної цінності виходу біогазу.

Кількість утворених відходів залежить від віку та виду тварин, яких розводять, а також від пори року. Середня кількість біогазу, яку можна отримати з 1 м3 відходів життєдіяльності тварин, оцінюється у 20-25 м3, хоча рентабельною кількістю у техніко-економічному відношенні вважається 30-35 м3. Таку кількість газу можна отримати шляхом змішування відходів тваринництва та господарських відходів з іншою сировиною, що відрізняється високим вмістом сухої органічної маси, а саме відходами з підприємств харчової промисловості або рослинної маси.

Зброджувану сировину можна поділити на три категорії:

  • Сільськогосподарську: гноївка, гній, енергетичні культури, залишки біомаси тощо;
  • Промислову: крохмаль, відходи боєнь, молочних та цукрових заводів, фармацевтичної, косметичної та паперової промисловості тощо;
  • Господарську: органічні відходи, комунальні стоки, обрізки саду тощо.

Ферментаційний матеріал також можна розділити на основний (зброджування якого може відбуватись самостійно, без додавання інших видів сировини) та допоміжний. Основним ферментаційним матеріалом вважають гній, гноївку, гнійну рідоту, молоду траву, а допоміжним – рослинні відходи від фруктів, органічні відходи, залишки їжі, жири, мелясу, органічні продукти, що розщеплюються природно – біологічним шляхом, господарські стоки тощо.

Завдяки додаванню допоміжного матеріалу з високим вмістом сухої органічної маси, виробництво біогазу може значно зрости, особливо при використанні жирів, додавання яких призводить до збільшення виробництва газу у декілька разів. Змішана ферментація, тобто одночасне зброджування різних типів та видів сировини, затягує процес накопичення та потребує спорудження резервуарів великого об’єму, проте цей захід окупається завдяки збільшенню виробництва біогазу. Надто велике завантаження органічних речовин, при цьому. Може порушити співвідношення та, в результаті, призвести до раптового зниження виробництва біогазу та навіть до загибелі колоній бактерій, що відповідають за процес ферментації.

Підготовка зброджуваної сировини вимагає виконання певних умов. Умовою застосування органічного матеріалу в процесі зброджування є відсутність у ньому токсичних сполук, а також відповідна ступінь подрібнення матеріалу, що може дозволити збільшити продуктивність виробництва біогазу навіть до 20%. Використання гомогенної сировини істотно сприяє ефективному протіканню процесу ферментації. Небажаними компонентами процесу є інгібітори, які важко піддаються розщепленню біологічним шляхом, такі як: дезінфікуючі засоби, детергенти, антибіотики та пестициди, що використовуються у сільському господарстві.

В процесі збору основного врожаю, велика кількість побічної біомаси залишається невикористаною або спалюється на полях, утворюючи, таким чином, додаткові викиди вуглекислого газу в атмосферу. Ця біомаса може бути ефективно використана для отримання біогазу. Біогазовий потенціал залишкової біомаси складає в Україні 2,13 млн. т у.п.

На прикладі озимої пшениці та кукурудзи на зерно можна оцінити енергетичний потенціал побічних продуктів сільськогосподарського виробництва, що реалізується за допомогою біогазової установки (див. рис.).

Рис. Щорічний енергетичний потенціал комплексної переробки основних і побічних сільськогосподарських продуктів з 1 гектару посівної площі

Даний приклад свідчить, що при використанні таких побічних продуктів агропромислового комплексу як солома та барда, можна отримати додатково до основного продукту (спирт з енергетичним потенціалом 23 МВт*год/га*рік) майже у двічі більше енергії – 45 МВт*год/га*рік із побічних продуктів. При цьому підготовка біомаси, зокрема соломи, до анаеробної ферментації є важливим фактором для можливості її повного та ефективного використання.

У процесі збору відбувається первинна підготовка біомаси до анаеробного зброджування. Біомаса подрібнюється або збирається у тюки. Барда зернових після переробки зерна в спирт може бути в рідкому стані використана для отримання біогазу або для зрошення соломи при силосуванні. Спосіб та якість підготовки біомаси впливає на подальший процес ферментації з отриманням біогазу. Встановлено, що підготовка біомаси здійснюється як для отримання необхідної консистенції, яка дозволяє автоматичну подачу субстратів до метантенку, так і для зміни структури біомаси, що впливає на кількість метану при анаеробному зброджуванні.

Підготовка біомаси включає відділення сторонніх речовин та субстанцій, подрібнення, гомогенізацію та встановлення потрібного для зброджування складу субстрату. Подрібнення біомаси дозволяє покращити змішування субстрату із вмістом ємності зброджування та поліпшує доступ бактеріям до поживних речовин сировини. За рахунок цього процес зброджування протікає швидше і у більш повному обсязі.