Πώς να φτιάξετε βιοκαύσιμα με τα χέρια σας από κοπριά σε οικιακές συνθήκες

Οι σύγχρονες τεχνολογίες επεξεργασίας κάθε είδους πρώτων υλών ανοίγουν την προοπτική μιας επιτυχημένης λύσης για την παραγωγή βιοκαυσίμου από κοπριά απευθείας στο σπίτι. Επιπλέον, φτιάχνοντας βιοκαύσιμο μόνοι σας στο σπίτι χάρη στις νέες αρχές επεξεργασίας αποβλήτων, μπορείτε παράλληλα να παράγετε λιπάσματα για γεωργικές καλλιέργειες.

Και τι χρειάζεται για αυτό και πώς να κατασκευάσετε σωστά έναν βιοαντιδραστήρα – αυτά τα ερωτήματα θα εξετάσουμε λεπτομερώς στο άρθρο μας. Θα δώσουμε συστάσεις για την επιλογή της καλύτερης πρώτης ύλης για την παραγωγή βιοαερίου, θα αναλύσουμε τις ιδιαιτερότητες της χρήσης του παραγόμενου καυσίμου για οικιακές ανάγκες.

Φυσικά, ο ευκολότερος δρόμος είναι η αγορά έτοιμων βιομηχανικών εγκαταστάσεων. Ωστόσο, το υψηλό τους κόστος αναγκάζει να εξετάσουμε επιλογές κατασκευής παραγωγικών συστημάτων με τα χέρια μας.

Σύντομα για τον ορισμό του βιοαερίου

Σύμφωνα με τους επιστημονικούς ορισμούς, το βιοαέριο είναι ένα προϊόν που προκύπτει από τη διαδικασία ζύμωσης μάζας βιολογικών αποβλήτων. Στην περίπτωση αυτή, το προϊόν της ζύμωσης είναι το μεθάνιο ή το υδρογόνο.

Ο σχηματισμός μεθανίου (ή υδρογόνου) είναι αποτέλεσμα της δραστηριότητας τριών ειδών βακτηρίων:

• υδρολυτικών·
• οξινογόνων·
• μεθανογόνων.

Ως ποιοτικό προϊόν ζύμωσης θεωρείται η σύνθεση του αερίου μείγματος, η περιεκτικότητα του οποίου κατανέμεται ως εξής: 50-85% μεθάνιο, 15-50% διοξείδιο του άνθρακα και λιγότερο από 5% υδρόθειο.

Περίπου έτσι μοιάζει το δομικό διάγραμμα εξόρυξης εναλλακτικής ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται παραδοσιακές για την καθημερινή ζωή πηγές πρώτων υλών, που είναι κατάλληλες για την παραγωγή εναλλακτικής ενέργειας – βιοκαυσίμου

Αυτό το αέριο μείγμα διέρχεται μέσω φίλτρων με σκοπό τον καθαρισμό από την παρουσία CO² και H²S, μετά τον οποίο παραμένει καθαρό βιολογικό μεθάνιο. Αυτό το αέριο δεν διαφέρει σε τίποτα από το φυσικό αέριο που χρησιμοποιείται στον οικιακό και βιομηχανικό τομέα.

Ως πρώτες ύλες για την παραγωγή ποιοτικού βιολογικού αερίου μείγματος συνήθως χρησιμοποιούνται:

• κοπριά και πουλερικά απορρίμματα·
• απόβλητα παραγωγής αλκοόλ (βινάσα)·
• πλεονάσματα ζυθοποιίας (ζυθοβύνη)·
• κοπρανώδεις μάζες και απόβλητα ιχθυοπαραγωγής·
• πολτός τεύτλων, οικιακά απορρίμματα, χορτάρι και άλλα.

Αυτό είναι μόνο ένα μέρος από όλες τις επιτρεπόμενες προς χρήση πρώτες ύλες. Αλλά ακόμη και αυτός ο κατάλογος δείχνει πόσο ποικίλος είναι ο κατάλογος των πρώτων υλών, ώστε να υπάρχει η δυνατότητα να οργανωθεί η παραγωγή βιοαερίου σε μόνιμη βάση.

Εγκατάσταση παραγωγής βιοκαυσίμου, κατασκευασμένη για τις ανάγκες μιας από τις πολλές ενεργές αγροτικές εκμεταλλεύσεις. Πρόκειται για έναν μικρό σε όγκο σταθμό, ο οποίος όμως ικανοποιεί πλήρως τις ανάγκες μιας ιδιωτικής αγροτικής εκμετάλλευσης

Οι ποσοτικοί δείκτες απόδοσης του αερίου μείγματος εξαρτώνται άμεσα από το είδος της χρησιμοποιούμενης πρώτης ύλης και την περιεκτικότητά της σε ξηρές ουσίες. Έτσι, εάν χρησιμοποιηθεί κοπριά βοοειδών, είναι εφικτό από έναν τόνο κοπριάς να παραχθούν 50-60 m³ βιοκαυσίμου, που περιέχει έως και 60% μεθάνιο.

Θεωρείται ότι οι καλύτερες πρώτες ύλες είναι τα απόβλητα με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπος. Η επεξεργασία ενός τόνου λιπαρών αποβλήτων μέσω μιας κλασικής εγκατάστασης παραγωγής βιοκαυσίμου μπορεί να αποδώσει έως και 1300 m³ αερίου μείγματος, όπου η περιεκτικότητα σε μεθάνιο φτάνει το 90%.

Πώς να φτιάξετε μια μονάδα επεξεργασίας για αγροκτήματα;

Για να κατασκευάσετε ένα σύστημα επεξεργασίας αποβλήτων σε βιοκαύσιμο, απαιτείται τουλάχιστον να γνωρίζετε την αρχή λειτουργίας αυτών των συσκευών, καθώς και να έχετε μια ιδέα για τη σχεδίαση κυκλωμάτων.

Διάγραμμα εγκατάστασης βιοαντιδραστήρα: 1 – βιοαντιδραστήρας; 2 – αναδευτήρας; 3 – θερμαντήρας; 4 – αντλία; 5 – στοιχείο φιλτραρίσματος; 6 – αεροσυμπιεστής; 7 – αεριοφυλάκιο; 8 – συλλέκτης κοπριάς; 9 – έξοδος λιπασμάτων (ιλύος); 10 – πίνακας ελέγχου θέρμανσης

Ας εξετάσουμε και τα δύο, αλλά πρέπει να σημειωθεί: η κατασκευή μιας πλήρους εγκατάστασης είναι μια αρκετά επίπονη και δαπανηρή υπόθεση. Σε οικιακές συνθήκες, συνήθως καταφέρνουμε να φτιάξουμε μόνο κάτι παρόμοιο με μονάδες επεξεργασίας. Παρ' όλα αυτά, ορισμένες προσπάθειες είναι επιτυχημένες.

Αρχή λειτουργίας της βιοεγκατάστασης

Η τεχνολογία παραγωγής βιοκαυσίμων, κατά κανόνα, υποστηρίζει την εξής συστημική προσέγγιση:

1. Ο βιοαντιδραστήρας (δεξαμενή) φορτώνεται με κοπριά.
2. Για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, εντός του αντιδραστήρα λαμβάνει χώρα η διαδικασία ζύμωσης.
3. Σχηματίζεται ένα αέριο περιβάλλον.
4. Πραγματοποιείται η εξαγωγή των αερίων από τον αντιδραστήρα.
5. Το αέριο μείγμα καθαρίζεται και κατευθύνεται για χρήση ως καύσιμο.

Η σύνθεση του λαμβανόμενου αερίου μείγματος στην έξοδο χαρακτηρίζεται από αρκετά υψηλό κορεσμό με διάφορες ουσίες. Σε ποσοστό, το μεγαλύτερο μέρος αποτελείται από μεθάνιο (60%), διοξείδιο του άνθρακα (35%) και άλλες ουσίες, συμπεριλαμβανομένου του υδρόθειου (5%).

Έτσι φαίνεται το διάγραμμα κατανομής των αερίων του μείγματος: 1 – περιεκτικότητα σε μεθάνιο περίπου 63-65%, 2 – περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα περίπου 30-33%, 3 – περιεκτικότητα σε υδρόθειο περίπου 2%, 4 – περιεκτικότητα σε αμμωνία περίπου 1%, 5 – περιεκτικότητα σε υδρογόνο περίπου 1%

Εν τω μεταξύ, για την αποτελεσματική λειτουργία μιας οικιακής μονάδας παραγωγής αερίου, απαιτούνται σημαντικές ποσότητες αποβλήτων από ζωική δραστηριότητα.

Επομένως, το πρώτο πράγμα στο οποίο πρέπει να δοθεί προσοχή για την επίλυση του προβλήματος της παραγωγής βιοκαυσίμων σε οικιακές (εξοχικές) συνθήκες είναι η ύπαρξη πηγών πρώτης ύλης για τη μονάδα επεξεργασίας.

Κατασκευή βιοαντιδραστήρα μόνοι σας

Αφού καθορίσετε τις πηγές πρώτης ύλης, στη συνέχεια πρέπει να αποφασίσετε για το σημείο εγκατάστασης του οικιακού (ή εξοχικού) βιοαντιδραστήρα. Ο ίδιος ο αντιδραστήρας είναι ένα σφραγισμένο δοχείο, αρκετά ανθεκτικό, με όγκο ανάλογο της ημερήσιας εισροής κοπριάς για επεξεργασία (για πληροφορία: για την παραγωγή 100 m³ αερίου μείγματος απαιτείται περίπου 1 τόνος κοπριάς).

Πίνακας αναλογίας είδους κοπριάς και ποσότητας παραγόμενου βιοαερίου

Πίνακας που δείχνει την αποτελεσματικότητα κάθε είδους βιολογικών αποβλήτων, από την άποψη του λαμβανόμενου όγκου αερίου. Όπως φαίνεται από τον πίνακα, η πιο αποτελεσματική είναι η κοπριά χοίρων, η οποία μπορεί να αποδώσει τη μεγαλύτερη ποσότητα βιοκαυσίμου.

Μια τέτοια δεξαμενή θα πρέπει να εγκατασταθεί σε ισχυρή βάση, να εξοπλιστεί με βαλβίδες διακοπής και άλλα τεχνικά εξαρτήματα σύμφωνα με το κλασικό σχέδιο. Το πάνω μέρος του δοχείου είναι προτιμότερο να είναι αφαιρούμενο, με βιδωτές συνδέσεις καί στεγανοποιητικό παρέμβυσμα.

Για να εξασφαλιστεί η συνέχεια του κύκλου, η δεξαμενή συλλογής πρέπει να εξοπλιστεί με μονάδα τεχνητής θέρμανσης. Αν κατά τη θερή περίοδο η αποτελεσματικότητα της ζύμωσης της κοπριάς καί ο ρυθμός παραγωγής αερίου εξασφαλίζονται πλήρως από τίς εξωτερικές θερμοκρασιακές συνθήκες, το χειμώνα η κατάσταση αλλάζει.

Για τη χειμερινή λειτουργία του βιοαντιδραστήρα απαιτείται υποχρεωτικά τεχνητή θέρμανση, δεδομένης της διακοπής της δραστηριότητας των βακτηρίων ζύμωσης ήδη στους 4-10 °C πάνω από το μηδέν. Αντίστοιχα, η δεξαμενή πρέπει να έχει ποιοτική θερμομόνωση. Γι' αυτό είναι κατάλληλος ο κλασικός τρόπος μόνωσης με ορυκτοβάμβακα.

Ένα παραστατικό παράδειγμα μόνωσης βιοαντιδραστήρα για χειμερινή χρήση. Ως μονωτικό υλικό χρησιμοποιήθηκε εδώ ορυκτοβάμβακας. Από πάνω, το στρώμα βαμβακιού καλύπτεται με φύλλο αλουμινίου.

Υπάρχουν αρκετές επιλογές για την οργάνωση της θέρμανσης. Για παράδειγμα, η χρήση ηλεκτρικών θερμαντικών ή συστήματος θέρμανσης με υδατικό μέσο (υδάτινο μανδύα).

Η ισχύς του κυκλώματος θέρμανσης πρέπει να υπολογίζεται με βάση τη βέλτιστη θερμοκρασία εντός του αντιδραστήρα 25-40 °C, η οποία είνα απαραίτητη για την επίτευξη αποτελεσματικής ζύμωσης της βιομάζας.

Εκτός από τους θερμαντήρες, η δραστηριότητα της ζύμωσης της βιομάζας επηρεάζεται από τον βαθμό στασιμότητάς της. Ουσιατικά, μέσα στη δεξαμενή η κοπρίτικη πρώτη ύλη πρέπει να βρίσκεται συνεχώς σε κίνηση. Η κίνηση της βιομάζας ενισχύει τη διαδικασία ζύμωσης και μειώνει τον χρόνο λήψης της αέριας συνιστώσας.

Μια καλοκαιρινή εγκατάσταση για την επεξεργασία κοπριάς και την παραγωγή βιοκαυσίμου. Σε αυτήν την περίπτωση, η θέρμανση γίνεται με τη μορφή τσιμεντένιας υδάτινης δεξαμενής, στην οποία είναι βυθισμένη η δεξαμενή του αντιδραστήρα. Ωστόσο, αυτή η εγκατάσταση δεν μπορεί να λειτουργήσει κατά τη χειμερινή περίοδο.

Το πρόβλημα της οργάνωσης της κίνησης λύνεται με την ενσωμάτωση στη δομή του βιοαντιδραστήρα μίας ειδικής μηχανικής αναδευτήρα. Ο άξονας αυτής της συσκευής συνδέεται με τον άξονα ενός κινητήρα χαμηλών στροφών, ο οποίος παρέχει την περιστροφική κίνηση. Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση της διαδικασίας ανάδευσης μπορεί να γίνει χειροκίνητα ή αυτόματα.

Στον ιστότοπό μας υπάρχει ένα άλλο άρθρο, το οποίο περιέχει οδηγίες για την κατασκευή μιας εγκατάστασης για την παραγωγή βιοαερίου για τις ανάγκες μιας ιδιωτικής κατοικίας.

Διαδικασία παραγωγής βιοαερίου και λιπασμάτων

Η κατασκευή του συστήματος παραγωγής βιοκαυσίμου σε οικιακές συνθήκες προβλέπει τεχνολογικά τη φόρτωση του δοχείου με κοπριά περίπου στο 1/3 της χωρητικότητάς του. Για τη φόρτωση της κοπριάς δημιουργείται μια θύρα φόρτωσης με ερμητικά κλειστή πόρτα. Η υπόλοιπη ελεύθερη άνω περιοχή του βιοαντιδραστήρα χρησιμοποιείται για τη συσσώρευση των εκλυόμενων αερίων.

Ένας αυτοσχέδιος μικροσκοπικός βιοαντιδραστήρας, κατασκευασμένος από ένα συνηθισμένο βαρέλι 200 λίτρων. Κατ' αρχήν, για την κάλυψη των μετρίων αναγκών σε βιολογικό καύσιμο, είναι αρκετά κατάλληλος για χρήση σε ιδιωτική εκμετάλλευση. Αυτή είναι ακριβώς η κατασκευή που μπορεί πραγματικά να γίνει στο σπίτι για την παραγωγή βιοκαυσίμου.

Στα πάνω και κάτω επίπεδα του δοχείου πρέπει να γίνουν ανοίγματα εξόδου. Στο πάνω μέρος – έξοδος αερίου, στο κάτω μέρος έξοδος για την αποστράγγιση της επεξεργασμένης κοπριάς (λιπασμάτων). Επίσης, στην περιοχή του άνω τμήματος του δοχείου είναι επιθυμητή η τοποθέτηση ενός παραθύρου παρατήρησης για την παρακολούθηση της διαδικασίας.

Ο σωλήνας εξόδου του μείγματος αερίου συνδέεται με στεγανό σωλήνα με μια διάταξη που εκτελεί ταυτόχρονα τις λειτουργίες διαχωριστή και υδραυλικής βαλβίδας. Για τη σύνδεση χρησιμοποιείται ένας σωλήνας (μεταλλικός ή πολυαιθυλενίου) μικρής διαμέτρου (25-32 mm).

Ο ίδιος ο διαχωριστής είναι ένα δοχείο σχετικά μικρής χωρητικότητας, γεμάτο με νερό. Το αέριο που διέρχεται μέσα από τη μάζα του νερού καθαρίζεται, οδηγείται σε έναν αεριοφυλάκιο και στη συνέχεια παρέχεται στους καταναλωτές.

Παράδειγμα διάταξης διαχωριστή δύο σταδίων – υδραυλικής βαλβίδας για την παροχή του μείγματος αερίου που προέρχεται από τον βιοαντιδραστήρα. Αυτή η επιλογή φιλτραρίσματος επιτρέπει την απόκτηση ενός ποιοτικά καθαρισμένου προϊόντος.

Ο κάτω σωλήνας στον αντιδραστήρα (για την έξοδο της επεξεργασμένης κοπριάς – λάσπης) είναι επιθυμητό να γίνεται όσο το δυνατόν μεγαλύτερης διαμέτρου. Σε αυτόν συνδέεται μια βαλβίνα διακοπής (συρταρωτή βαλβίδα) και γίνεται μια παράκαμψη προς ένα δοχείο συλλογής λάσπης. Η επεξεργασμένη μάζα στην εκμετάλλευση μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία ως λίπασμα.

Λεπτομερείς πληροφορίες για τον προσδιορισμό του απαιτούμενου όγκου του δοχείου, καθώς και για τους υπολογισμούς της αποδοτικότητας λειτουργίας του βιοαντιδραστήρα και της σκοπιμότητας χρήσης βιοαερίου, εξετάσαμε στο επόμενο άρθρο.

Ποια πρέπει να είναι η σύνθεση της μάζας κοπριάς;

Η προς φόρτωση μάζα κοπριάς στο εσωτερικό του βιοαντιδραστήρα δεν πρέπει να θεωρείται απλώς ως πρώτη ύλη κατάλληλη σε οποιαδήποτε ποιότητα. Η σύσταση της ουσίας έχει θεμελιώδη σημασία για τη διαδικασία ζύμωσης. Στην πράξη έχει παρατηρηθεί ότι η μείωση των σωματιδίων του υποστρώματος συνοδεύεται από καλύτερη απόδοση της διαδικασίας.

Η έντονη ινώδης υφή του υποστρώματος και η αύξηση της επιφάνειας αλληλεπίδρασης των βακτηρίων – αυτά είναι τα κύρια κριτήρια που συμβάλλουν στην ταχεία αποσύνθεση της μάζας κοπριάς. Σε αυτή την κατάσταση, η πρώτη ύλη κοπριάς, όταν θερμαίνεται και αναμειγνύεται, δεν σχηματίζει ίζημα ή επιφανειακή μεμβράνη, γεγονός που απλοποιεί σημαντικά τη διήθηση του μείγματος αερίου.

Προετοιμασία της μάζας κοπριάς για φόρτωση στον αντιδραστήρα. Σε αυτή τη διαδικασία δίνεται εξίσου μεγάλη προσοχή με όλα τα υπόλοιπα, αν υπάρχει επιθυμία να ληφθεί σημαντικός όγκος βιοκαυσίμου σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ο βαθμός άλεσης της πρώτης ύλης καθορίζει τη διάρκεια της ζύμωσης, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει τον όγκο του παραγόμενου αερίου. Έτσι, για τη μείωση του χρόνου ζύμωσης είναι απαραίτητο να αλέθεται καλά η πρώτη ύλη: όσο καλύτερη είναι η ποιότητα άλεσης, τόσο μικρότερη είναι η περίοδος ζύμωσης.

Ιδιαιτερότητες χρήσης του βιοαερίου για οικιακές ανάγκες

Το πεδίο εφαρμογής αυτού του τύπου ενεργειακού πόρου είναι αρκετά εκτεταμένο. Μέσω της χρήσης βιοαερίου ως καυσίμου, παράγεται ηλεκτρική ενέργεια, λαμβάνεται ζεστό νερό ή ατμός. Υπάρχουν πολυάριθμα παραδείγματα από την πρακτική, όπου τα οχήματα τροφοδοτούνται με βιοκαύσιμο.

Αλλά, για να μην προκύψουν προβλήματα στο νοικοκυριό κατά τη χρήση αυτού του καυσίμου, είναι εξαιρετικά σημαντικό να διαμορφωθεί μια αποθήκη για το παραγόμενο βιοαέριο, ορίζοντας τη σωστή θέση για έναν αεριοφυλάκιο στο οικόπεδο.

Οι μονάδες βιοαερίου αυτού του τύπου αποτελούν εξοπλισμό που ανοίγει δυνατότητες για τη δημιουργία παραγωγών μηδενικών αποβλήτων. Από αυτή την άποψη, ορισμένες χώρες της Δυτικής Ευρώπης αποτελούν επιτυχημένο παράδειγμα.

Για παράδειγμα, στη Δανία η παραγωγή αυτού του τύπου καυσίμου έχει φτάσει σχεδόν το 20% του συνόλου των ενεργειακών πόρων της χώρας. Σε μεγάλες περιοχές του κόσμου – την Ινδία και την Κίνα – οι μονάδες βιοαερίου μετρώνται σε εκατοντάδες χιλιάδες.

Ισχυρές βιομηχανικές μονάδες εξόρυξης βιοκαυσίμων. Τέτοιες κατασκευές είναι σε θέση να τροφοδοτούν πλήρως με βιοκαύσιμο μεγάλες γεωργικές επιχειρήσεις. Ένας τεράστιος αριθμός τέτοιων συστημάτων χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο. Και η ποσοτική ανάπτυξη συνεχίζεται ενεργά.

Δεν είναι τυχαίο ότι παρατηρείται σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος σε όλο τον κόσμο για τις διαδικασίες παραγωγής βιοαερίου.

Αυτή είναι μία από εκείνες τις επιλογές ενέργειας που κατατάσσεται ως εναλλακτική πηγή και θεωρείται το μέλλον, γι' αυτό οι αγρότες και οι διευθυντές υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, οι ιδιοκτήτες ιδιωτικών αγροκτημάτων και μικρών επιχειρήσεων παρακολουθούν στενά την ανάπτυξη της τεχνολογίας.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Ανασκόπηση μιας μονάδας παραγωγής βιοαερίου, για την κατασκευή της οποίας χρησιμοποιήθηκε πλαστική δεξαμενή 127 λίτρων. Χαρακτηριστικά της συσκευής και συμβουλές λειτουργίας.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την εφαρμογή των μονάδων εκδηλώνεται από τους ιδιοκτήτες του τομέα εστιατορίων και γαστρονομίας, όπου το θέμα της επεξεργασίας των απορριμμάτων τροφίμων παραμένει επίκαιρο. Σε αυτή τη βάση, υπάρχει μια καλή ευκαιρία να δημιουργηθεί μια φθηνή διάθεση οργανικών αποβλήτων με όφελος για τις γεωργικές εκμεταλλεύσεις. Τέλος, η τεχνολογία παραγωγής βιοκαυσίμων είναι μια πραγματική προστασία του περιβάλλοντος, κάτι που δεν μπορεί να ειπωθεί για την παραγωγή άλλων ενεργειακών πόρων.

Ενδιαφέρεστε για την κατασκευή βιοκαυσίμων και θέλετε να διευκρινίσετε ορισμένα σημεία; Υποβάλετε τα αμφιλεγόμενα ερωτήματά σας στα σχόλια – οι ειδικοί μας θα προσπαθήσουν να διευκρινίσουν αυτά τα σημεία.

Ή μήπως δεν είστε άγνωστοι με την κατασκευή ενός βιοαντιδραστήρα και τη διαδικασία λήψης βιοαερίου; Μοιραστείτε τις πρακτικές γνώσεις και τη γνώμη σας για αυτό το θέμα κάτω από το άρθρο μας – πολλοί διαχειριστές αγροκτημάτων θα ενδιαφερθούν για την εμπειρία και τις συστάσεις σας.