Jak samodzielnie wytworzyć biopaliwo z obornika w warunkach domowych

Nowoczesne technologie przetwarzania różnego rodzaju surowców otwierają perspektywę skutecznego rozwiązania problemu pozyskiwania biopaliwa z obornika bezpośrednio w warunkach domowych. Co więcej, wytwarzając biopaliwo własnoręcznie w domu, dzięki nowym zasadom przetwarzania odpadów, można równocześnie produkować nawozy dla upraw rolnych.

A co jest do tego potrzebne i jak prawidłowo zbudować bioreaktor – te kwestie szczegółowo omówimy w naszym artykule. Przedstawimy zalecenia dotyczące wyboru najlepszego surowca do pozyskiwania biogazu, przeanalizujemy specyfikę wykorzystania uzyskanego paliwa w gospodarstwie domowym.

Oczywiście najłatwiejszą drogą jest zakup gotowych instalacji przemysłowych. Jednak ich wysoki koszt skłania do rozważenia opcji samodzielnego wykonania systemów produkcyjnych.

Krótko o definicji biogazu

Zgodnie z definicjami naukowymi biogaz to produkt otrzymywany w wyniku procesu fermentacji masy odpadów biologicznych. Produktem fermentacji jest metan lub wodór.

Powstawanie metanu (lub wodoru) zachodzi w wyniku aktywności życiowej bakterii trzech rodzajów:

• hydrolizujących;
• kwasotwórczych;
• metanogennych.

Za produkt fermentacji wysokiej jakości uważa się mieszankę gazową, której skład rozkłada się w proporcji: 50–85% metanu, 15–50% dwutlenku węgla i mniej niż 5% siarkowodoru.

Tak mniej więcej wygląda schemat strukturalny pozyskiwania energii alternatywnej. Wykorzystuje się przy tym tradycyjne, domowe źródła surowców, które doskonale nadają się do otrzymywania energii alternatywnej – biopaliwa

Ta mieszanka gazowa jest przepuszczana przez filtry w celu oczyszczenia z obecności CO² i H²S, po czym pozostaje czysty biologiczny metan. Taki gaz niczym nie różni się od gazu ziemnego stosowanego w sektorze komunalnym i przemysłowym.

Surowcem do otrzymywania wysokiej jakości biologicznej mieszanki gazowej są zazwyczaj:

• obornik i ptasie odchody;
• odpady z produkcji alkoholu (wywar gorzelniany);
• nadwyżki z produkcji piwowarskiej (młóto piwne);
• masy fekalne i odpady z przetwórstwa rybnego;
• wysłodki buraczane, odpady komunalne, trawa i tym podobne.

To jedynie część całego dopuszczonego do użycia surowca. Ale nawet ta lista pokazuje, jak różnorodny jest wykaz surowców, aby móc uruchomić produkcję biogazu na stałe.

Instalacja do produkcji biopaliwa, wykonana na potrzeby jednego z wielu działających gospodarstw rolnych. Niewielka objętościowo stacja, ale w pełni zaspokajająca potrzeby prywatnego gospodarstwa rolnego

Wskaźniki objętościowe uzysku mieszanki gazowej zależą bezpośrednio od rodzaju stosowanego surowca i zawartości w nim suchej masy. I tak, jeśli użyje się obornika bydlęcego, z jednej tony obornika można realnie uzyskać 50–60 m³ biopaliwa zawierającego do 60% metanu.

Uważa się, że najlepszym surowcem są odpady o wysokiej zawartości tłuszczu. Przetworzenie jednej tony odpadów tłuszczowych w klasycznej instalacji do otrzymywania biopaliwa może dać do 1300 m³ mieszanki gazowej, w której zawartość metanu dochodzi do 90%.

Jak zbudować moduł przetwórczy dla gospodarstwa?

Aby stworzyć system przetwarzania odpadów w biopaliwo, należy przynajmniej znać zasadę działania takich urządzeń, a także mieć pojęcie o technice schematowej.

Schemat instalacji bioreaktorowej: 1 – bioreaktor; 2 – mieszadło; 3 – podgrzewacz; 4 – pompa; 5 – element filtrujący; 6 – sprężarka gazu; 7 – zbiornik gazu (gazholder); 8 – zbiornik obornika; 9 – wylot nawozu (szlamu); 10 – pulpit sterowania ogrzewaniem

Rozważmy obie opcje, ale należy zaznaczyć: budowa pełnowartościowej instalacji to sprawa dość kłopotliwa i kosztowna. W warunkach domowych z reguły udaje się wykonać jedynie coś w rodzaju stacji przetwarzających. Niemniej jednak niektóre próby bywają udane.

Zasada działania biogazowni

Technologia produkcji biopaliwa z reguły opiera się na następującym podejściu systemowym:

1. Bioreaktor (zbiornik) jest napełniany obornikiem.
2. Przez określony czas wewnątrz reaktora zachodzi proces fermentacji.
3. Powstaje środowisko gazowe.
4. Przeprowadza się odprowadzanie gazów z reaktora.
5. Mieszanka gazowa jest oczyszczana i kierowana do wykorzystania jako paliwo.

Skład uzyskanej na wyjściu mieszanki gazowej charakteryzuje się dość wysokim nasyceniem różnymi substancjami. Najwięcej w składzie procentowym znajduje się metanu (60%), dwutlenku węgla (35%) oraz innych substancji, w tym siarkowodoru (5%).

Tak wygląda diagram rozkładu gazów w mieszance: 1 – zawartość metanu ok. 63-65%; 2 – zawartość dwutlenku węgla ok. 30-33%; 3 – zawartość siarkowodoru ok. 2%; 4 – zawartość amoniaku ok. 1%; 5 – zawartość wodoru ok. 1%

Tymczasem do efektywnej pracy domowej stacji wytwarzającej gaz niezbędne są znaczne zapasy odchodów zwierzęcych.

Dlatego pierwszym, na co należy zwrócić uwagę w kwestii pozyskiwania biopaliwa w warunkach domowych (działkowych), jest dostępność źródeł surowca dla instalacji przetwarzającej.

Samodzielna budowa bioreaktora

Po ustaleniu źródeł surowca należy zdecydować o miejscu umieszczenia domowego (lub działkowego) bioreaktora. Sam reaktor to szczelny, dość wytrzymały zbiornik o objętości obliczonej na podstawie dobowego dopływu obornika do przerobu (dla porównania: do uzyskania 100 m³ mieszanki gazowej potrzeba około 1 tony obornika).

Tabela zależności rodzaju obornika od ilości uzyskiwanego biogazu

Tabela przedstawiająca efektywność poszczególnych rodzajów odpadów biologicznych z punktu widzenia uzyskiwanej objętości gazu. Jak widać z tabeli, najbardziej efektywny jest obornik świński, zdolny do wyprodukowania największej ilości biopaliwa.

Taki zbiornik trzeba będzie zainstalować na solidnym fundamencie, wyposażyć w armaturę odcinającą i inne atrybuty techniczne zgodnie z klasycznym schematem. Górną część zbiornika zaleca się wykonać jako zdejmowaną, z mocowaniami śrubowymi i uszczelką.

Aby zapewnić ciągłość cyklu, zbiornik akumulacyjny należy wyposażyć w moduł sztucznego podgrzewania. O ile w okresie letnim efektywność fermentacji obornika i szybkość tworzenia gazu są w pełni zapewnione przez zewnętrzne warunki temperaturowe, zimą sytuacja się zmienia.

Do zimowej eksploatacji bioreaktora konieczne jest sztuczne ogrzewanie, biorąc pod uwagę, że bakterie fermentacji przestają działać już przy 4-10 °C powyżej zera. W związku z tym zbiornik musi mieć wysokiej jakości izolację termiczną. Klasycznym sposobem izolacji jest zastosowanie wełny mineralnej.

Przykładowa ilustracja izolacji bioreaktora do eksploatacji zimowej. Jako materiał izolacyjny zastosowano wełnę mineralną. Na wierzchu warstwa wełny jest przykryta materiałem foliowym.

Istnieje kilka wariantów organizacji ogrzewania. Na przykład zastosowanie grzejników elektrycznych lub systemu grzewczego z wodnym nośnikiem ciepła (płaszcz wodny).

Moc obwodu grzewczego należy obliczyć, biorąc pod uwagę optymalną temperaturę wewnątrz reaktora wynoszącą 25-40 °C, niezbędną do osiągnięcia efektywnego procesu fermentacji biomasy.

Oprócz grzejników, na aktywność fermentacji biomasy wpływa stopień jej stagnacji. Zasadniczo wewnątrz zbiornika surowiec obornikowy musi być stale w ruchu. Ruch biomasy wzmaga proces fermentacji i skraca czas uzyskania składnika gazowego.

Wariant letniej instalacji do przeróbki obornika i produkcji biopaliwa. W tym przypadku ogrzewanie wykonano w postaci betonowej wanny wodnej, w której zanurzony jest zbiornik reaktora. Jednak instalacja ta nie może być eksploatowana w okresie zimowym.

Zadanie organizacji ruchu rozwiązuje się poprzez wprowadzenie do konstrukcji bioreaktora specjalnego mechanicznego mieszadła. Wał tego urządzenia jest połączony z wałem silnika wolnoobrotowego, który realizuje ruch obrotowy. Włączanie i wyłączanie procesu mieszania może być wykonane ręcznie lub automatycznie.

Na naszej stronie internetowej znajduje się inny artykuł, w którym podana jest instrukcja urządzenia instalacji do uzyskiwania biogazu dla potrzeb domu prywatnego.

Proces pozyskiwania biogazu i nawozów

Konstrukcja systemu do produkcji biopaliwa w warunkach domowych przewiduje załadunek zbiornika obornikiem do około 1/3 pojemności. Do załadunku obornika wykonuje się właz załadunkowy z hermetycznie zamykanymi drzwiami. Pozostała wolna górna część bioreaktora służy do gromadzenia wydzielanych gazów.

Domowy miniaturowy bioreaktor wykonany z typowej 200-litrowej beczki. W zasadzie, do zaspokojenia skromnych potrzeb w zakresie biopaliwa, nadaje się do użytku w gospodarstwie prywatnym. To jest ta właśnie konstrukcja, którą rzeczywiście można wykonać w warunkach domowych do uzyskiwania biopaliwa.

Na górnym i dolnym poziomie zbiornika należy wykonać otwory wylotowe. U góry – wylot gazu, na dole wylot do spuszczania przetworzonego obornika (nawozów). Również w okolicy górnej części zbiornika zaleca się zamontować okno obserwacyjne do monitorowania procesu.

Króciec do wyprowadzania mieszaniny gazowej łączy się szczelną rurą z urządzeniem pełniącym jednocześnie funkcje separatora i zamknięcia hydraulicznego. Do połączenia stosuje się rurę (metalową lub polietylenową) o małej średnicy (25-32 mm).

Sam separator to zbiornik o stosunkowo małej pojemności, wypełniony wodą. Gaz przechodzący przez warstwę wody jest oczyszczany, odprowadzany do gazometru i dalej podawany odbiorcom.

Przykład urządzenia dwustopniowego separatora – zamknięcia hydraulicznego do doprowadzania mieszaniny gazowej pochodzącej z bioreaktora. Taki wariant filtracji pozwala uzyskać jakościowo oczyszczony produkt.

Dolny króciec na reaktorze (do wyprowadzania przetworzonego obornika – szlamu) zaleca się wykonać o jak największej średnicy. Do niego podłącza się armaturę odcinającą (zawór) i wykonuje się odgałęzienie do zbiornika do zbierania szlamu. Przetworzona masa w gospodarstwie może być z powodzeniem stosowana jako nawóz.

Szczegółowe informacje na temat określenia wymaganej objętości zbiornika, a także obliczeń wydajności pracy bioreaktora i celowości stosowania biogazu omówiliśmy w następnym artykule.

Jaki powinien być skład masy nawozowej?

Wsypywanej masy obornika do bioreaktora nie należy traktować po prostu jako surowca nadającego się w każdej postaci. Skład substancji ma zasadnicze znaczenie dla procesu fermentacji. W praktyce zauważono, że zmniejszenie cząstek substratu wiąże się z lepszą wydajnością procesu.

Wyraźna włóknistość substratu oraz zwiększenie powierzchni kontaktu bakterii – oto główne kryteria sprzyjające szybkiemu rozkładowi masy obornikowej. W takim stanie surowiec obornikowy przy podgrzewaniu i mieszaniu nie tworzy osadu ani warstwy na powierzchni, co znacznie upraszcza filtrację mieszaniny gazowej.

Przygotowanie masy obornikowej do załadunku do reaktora. Tej procedurze poświęca się nie mniej uwagi niż wszystkiemu innemu, jeśli chce się uzyskać znaczną objętość biopaliwa w krótkim czasie.

Stopień rozdrobnienia surowca determinuje czas fermentacji, co z kolei wpływa na objętość pozyskiwanego gazu. Zatem, aby skrócić czas fermentacji, należy dobrze rozdrobnić surowiec: im lepsza jakość rozdrabniania, tym krótszy okres fermentacji.

Specyfika wykorzystania biogazu na potrzeby gospodarstwa domowego

Zakres zastosowania tego rodzaju źródła energii jest dość szeroki. Dzięki wykorzystaniu biogazu jako paliwa wytwarza się energię elektryczną, uzyskuje ciepłą wodę lub parę. Istnieje wiele praktycznych przykładów, w których biopaliwem tankuje się transport samochodowy.

Aby jednak w gospodarstwie nie pojawiały się problemy przy korzystaniu z takiego paliwa, niezwykle ważne jest zorganizowanie magazynu dla uzyskanego biogazu, wyznaczając odpowiednie miejsce na gazgolder na działce.

Instalacje biogazowe tego typu są urządzeniami, które otwierają możliwości tworzenia produkcji bezodpadowej. Dobry przykład w tym zakresie demonstrują poszczególne kraje Europy Zachodniej.

Na przykład w Danii produkcja tego rodzaju paliwa osiągnęła poziom prawie 20% całkowitej masy nośników energii kraju. W dużych regionach świata – Indiach i Chinach – liczba instalacji biogazowych idzie w setki tysięcy.

Potężne przemysłowe instalacje do pozyskiwania biopaliwa. Takie konstrukcje są w stanie w pełni zaopatrzyć w biopaliwo duże struktury rolnicze. Na całym świecie wykorzystuje się ogromną liczbę takich systemów. I ilościowy wzrost aktywnie trwa.

Nie bez powodu obserwuje się znaczny wzrost zainteresowania na całym świecie procesami produkcji biogazu.

To jeden z tych wariantów energetyki, który zalicza się do źródeł alternatywnych i za którym widzi się przyszłość, dlatego rolnicy i kierownicy gospodarki komunalnej, właściciele prywatnych gospodarstw i małych przedsiębiorstw uważnie śledzą rozwój technologii.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przegląd agregatu do produkcji biogazu, do wykonania którego użyto plastikowego zbiornika 127 l. Cechy urządzenia i porady dotyczące eksploatacji.

Szczególne zainteresowanie zastosowaniem instalacji wykazują właściciele sektora restauracyjnego i gastronomicznego, gdzie aktualna pozostaje tematyka przetwarzania odpadów spożywczych. Na tej podstawie istnieje dobra możliwość stworzenia taniej utylizacji odpadów organicznych z korzyścią dla gospodarstw. Wreszcie technologia produkcji biopaliwa to realna ochrona środowiska, czego nie można powiedzieć o produkcji innych nośników energii.

Interesuje się Pan/Pani wytwarzaniem biopaliwa i chciałby/chciałaby wyjaśnić pewne kwestie? Proszę zadawać kontrowersyjne pytania w komentarzach – nasi eksperci postarają się wyjaśnić takie kwestie.

A może zna Pan/Pani z własnego doświadczenia wytwarzanie bioreaktora i proces uzyskiwania biogazu? Proszę podzielić się praktyczną wiedzą i swoją opinią na ten temat pod naszym artykułem – wielu gospodarzy będzie zainteresowanych Pańskim/Panią doświadczeniem i zaleceniami.