РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

При бродінні поживні речовини субстрату майже не втрачаються. Навпаки, поживні речовини, внесені разом з субстратом, майже у повному складі потрапляють на поля в перебродженому вигляді. Фосфор, калій, магній і мікроелементи зберігаються на 100 %. Лише азот втрачається внаслідок зберігання і при розміщенні на полях.

Силосна кукурудза, що дає більшу масу, наприклад для свого зростання 300 кг азоту на гектар. Ця велика кількість разом з врожаєм з поля переїжджає до біогазової установки, де накопичується на кінцевому складі. На кінцевому складі відбувається його втрата в розмірі близько 5 % у вигляді викидів аміаку. Втрати при внесенні на рілля, незважаючи на використання шлангової техніки та миттєвої підробітки можуть становити до 20 %, зменшуючи таким чином вміст азоту (N) в наведеному прикладі на 57 кг. З решти 228 кг N, близько 62 % перебувають у легкодоступному мінеральному вигляді. Від початкових 300 кг N таким чином безпосередньо відразу придатними до споживання залишаються 143 кг. До цього ще слід додати 60 кг N з органічних сполук азоту в грунті, за вирахуванням втрат азоту внаслідок вимивання в розмірі 30 кг. При добриві соломою необхідно розраховувати внесення азоту в розмірі 25 кг. Таким чином лише 173 кг азоту (148 кг при фіксації азоту) повертаються назад. Виникає потреба в азоті в розмірі 127 кг (152 кг при фіксації азоту).

Таблиця 27.23.

Дані щодо застосування добрив

Згідно з чинним законодавством (таблиця 27.23) верхня межа кількості внесення азоту з органічних добрив для орних земель в середньому становить 170 кг / га на рік, для лугів 210 кг / га на рік. Крім того після збору основного врожаю не можна вносити більше 40 кг амонію - азоту і 80 кг загального азоту на гектар. Протягом зимових місяців з 15 листопада по 15 січня взагалі не дозволяється вносити рідкий гній і рідкої вторинної сировини. Ці верхні межі знаходяться в прямій протилежності до потреб багатьох видів культур рослин ( таблиця 27.23) і дуже сильно обговорюються в біогазовії сфері. Недолік поживних речовин доводиться покривати за допомогою покупки дорогих мінеральних добрив. Обмеження щодо розміщення перероблених субстратів можуть призвести до нестачі площ для розміщення у виробників біогазу. У будь-якому випадку вже при плануванні кількість перероблених поживних речовин необхідно порівнювати з доступними сільгоспплощами.

При використанні готових субстратів (енергетичні рослини, відходи аїропромисловості) варто обов'язково звернути увагу на можливість повернення або належної утилізації відходів бродіння. Необхідні розміри площ для вивезених відпрацьованого силосу кукурудзи, сіна, озимих сортів зернових і пшениці наводяться в таблиці 27.24.

Таблиця 27.24.

Кругообіг азоту енергетичних рослин при виробництві біогазу

Якщо наприклад рік був вдалим з точки зору вирощування кукурудзи, і з гектара вдається зібрати 550 центнерів сирої маси, то після бродіння необхідно мати 1,4 га орної землі щоб розмістити на ній поживні речовини згідно державних норм про добривах. З точки зору повернення поживних речовин ший дуже інтенсивний рівень виробництва призводить до браку площ для внесення.

Таблиця 27.25.

Потреби в азоті різних польових культур (орієнтовні дані)

V цьому зв'язку з'явилися цікаві дані досліджень університету міста Хоенхайм, присвячені виведенню так званих сортів малого внесення кукурудзи, що дають великий вихід біомаси в умовах "стресу водного режиму та поживних речовин", маються на увазі сильні коливання води і поживних речовин. Ці сорти дають можливість стабільного отримання біомаси, поглинаючи невелику кількість поживних речовин і води.

Завантаженість ферментатора і потреби в складському просторі.

Унаслідок різної концентрації енергії в одному м3 субстрату, різні субстрати вимагають різного обсягу ферментатора. Наприклад ССМ (Corn Cob Mix) в одному м3 сирої ваги близько 515 кг органічного сухої речовини. Порівняно з нею силосна кукурудза на м3, закладена в ферментатор, містить лише 216 кг органічної сухої маси, а барда взагалі лише 5 кг, все інше - це вода, яка повинна проходить через ферментатор і абсолютно не дає ніякого виходу газу.

Таблиця 27.27.

Потреби в сільськогосподарських площах для розміщення залишків бродіння при обмеженні загальної маси азоту до 170 кг / га [71]

Потреби в сільськогосподарських площах для розміщення залишків бродіння

Якщо не брати до уваги біологічної сторони процесу і його стабільності, то було - б доцільно, подавати в ферментатор лише субстрати з високою концентрацією енергії. Але якщо завантаження ферментатора понад 3 кг органічної сухої речовини /м3 то для біології процесу складаються критичні умови. Для яблучної барди буде потрібно ферментатор об'ємом 120 літрів, зерна кукурудзи займуть всього лише 5 літрів. Внаслідок розкладання органічної сухої речовини в ферментаторі зміняться також потреби в площі для зберігання. Частина щодня внесених органічних речовин розкладається і у вигляді газу вилучена з круговороту. У залежності від того, наскільки органічний субстрат може розкладатися, зменшується і його кількість, а відповідно і об'єм складу для зберігання. Цей ефект може впливати на обсяг у межах максимум 20 %, оскільки тверді речовини в сумішевому вигляді залишаються у воді.

27.4. Системи метанового зброджування.

Біогаз виникає при розкладанні органічної субстанції (надалі скорочено - органіка) бактеріями. Різні групи бактерій разлагають органічні субстрати, що складаються переважно з води, білка, жиру, вуглеводів і мінеральних речовин на ік первинні, складові - вуглекислий газ, мінерали і воду, як продукт обміну речовин, при цьому утворюється суміш газів, що одержала назву біогаз [15,80]. Пальний метан (СН4) складає від 50 до 85% і є основним компонентом біогаза, а значить і основним знергомістким компонентом. Такий процес розкладання можливий лише в анаеробних умовах, тобто тільки при відсутності проникнення кисню. Енергія, що звільняється внаслідок анаеробного процесу, не губиться як тепло при компостуванні, унаслідок життєдіяльності метанових бактерій вона перетворюється в молекули метану. Газ метан, що утримується в біогазовій суміші, має енергетичну цінність від 10 квт на м3 (стосовно до чистого метану) і є таким же газом, як і природний газ. Якщо суміш газів переводити в електричний струм за допомогою генератора, то при його ефективності напр. 35% з 10 кВт брутто утвориться 3,5 кВт електричного струму, якому можна безпосередньо подавати в мережу електричного харчування [15,80]. Фермери, що будують біогазові установки, як правило, переслідують цим самим єдину мету: виробництво енергії. Зменшення неприємного запаху при достатньому розкладанні субстрату є істотним аргументом для фермерів, чиї площі розташовані в густозаселених регіонах. Іноді будівництво біогазової установки взагалі стає початком збільшення розмірів ферми (збільшення кількості поголів'я худоби). З екологічної точки зору, великий інтерес для еко-підприємств надає можливість шляхом бродіння переробити азот на відповідну для зберігання речовину. Аргументом на користь будівництва біогазової установки може бути також створення робочого місця для майбутнього власника господарства. Для ферми наприклад може бути важливою можливість виведення своїх стічних вод в біогазову установку замість підключення дорогої каналізації [15,80]. Принципово при будівництві біогазової установки варто врахувати такі аспекти: