Інтенсивний розвиток сільського господарства неминуче призводить до нарощування обсягів органічних відходів. Технології утилізації залишків часто базуються на процесах анаеробного зброджування, що відбуваються в біогазових станціях.
З метою підвищення ефективності експлуатації біогазових установок в якості субстратів використовуються рослини із високим вмістом органічної речовини. Для цього вирощують цільові енергетичні культури – переважно кукурудзу і трави, з яких виробляють силос. Відходи тваринного походження та харчові відходи також застосовуються в якості сировини для реалізації процесів біогазового виробництва.
Продуктом роботи біогазової станції є біогаз, який класифікується, як джерело відновлюваної енергії, оскільки містить метан. Одержуваний газ – біогаз, є енергоносієм, що легко перетворюється в електричну та теплову енергію.
Процес анаеробного зброджування є одним з найбільш адекватних і перспективних методів утилізації органічних відходів, і джерелом біопалива. Однак процес повинен бути стабільним і економічно привабливим.
Основними факторами, що впливають на ефективність біогазових станцій, є фізико-хімічний склад субстратів, кислотність, температура процесу, реалізація процесу ефективного перемішування, сухий залишок, вміст органічних речовин в субстраті, рівень завантаження метантенка, концентрація інгібіторів. Дані параметри контролюються, як на промислових, так і на малопотужних й домашніх біогазових станціях.
Навіть незначні зміни умов анаеробної ферментації здатні у значній мірі порушити процес біогазового виробництва або повністю зупинити його. Температурний режим зброджування – один із чинників, що впливає на перебіг процесу біогазового виробництва. Незначні зміни температури і часу експозиції впливають на активність метаногенних бактерій. Як наслідок, виробництво біогазу може суттєво скоротитися.
Так, в Європі, превалює мезофільний температурний режим зброджування при температурі близько 39 градусів Цельсію, але застосовується і термофільний режим зброджування, при якому для підтримки виробничого процесу використовується більше теплової енергії.
Ще одним важливим показником, що впливає на ефективність біогазового виробництва, є кислотне число сировини, яка зброджується. Кислотність середовища повинна знаходитися в межах 6,8-7,5, оскільки такі умови є гарантією оптимальних умов для підтримки бактеріального життя і розмноження метаногенних бактерій на усіх чотирьох етапах процесу ферментації. Вихід біогазу падає, як у випадку, якщо кислотність вище 7,5, так і, якщо показник нижче 6,8.
Коли біомаса потрапляє до метантенку з високо протеїновою сировиною, утворюються великі обсяги аміачного азоту. Надлишок аміаку уповільнює вироблення біогазу. При підвищенні температури зброджування, дія аміаку посилюється, пригнічуючи метанову ферментацію.
Деякі види органічної сировини багаті сіркою і при зброджуванні її концентрація у суміші швидко зростає, що є проблемою. Підвищення температури анаеробної ферментації збільшує розчинність сірководню, що призводить до його більш високої концентрації в рідкій фракції збродженого субстрату.
У період запуску біогазової станції дуже важливо подавати субстрат невеликими порціями з однорідним складом. Даний підхід дозволяє досягти нормальної ферментації на кожному етапі виробничого процесу.
Також, під час зброджування субстратів рослинного походження, важливо дотримуватися відповідного строку перебування їх у метантенку. Робиться це з метою досягнення необхідного рівня розщеплення органічної складової.
Вище озвучені показники є найбільш частими причинами проблем в експлуатації біогазових станцій, оскільки безпосередньо впливають на фактичне виробництво біогазу.