Hogyan lehet biogázt nyerni trágyából: az alapelvek és a termelő berendezés áttekintése

A gazdaságok évente szembesülnek a trágya elhelyezésének problémájával. Jelentős összegek mennek kárba, amelyek az elszállítás és ártalmatlanítás megszervezéséhez szükségesek. Van azonban egy módszer, amely nemcsak pénzt takarít meg, hanem ezt a természetes terméket a javunkra is fordíthatjuk.

A takarékos gazdák már régóta alkalmazzák a gyakorlatban azt az ökotechnológiat, amellyel biogázt nyerhetnek a trágyából, és az eredményt tüzelőanyagként használhatják.

Cikkünkben ezért a biogáz előállításának technológiajáról lesz szó, valamint arról is beszámolunk, hogyan építhető fel egy bioenergetikai berendezés.

A biotechnológia alkalmazásának előnyei

A különböző természetes forrásokból történő biotüzelőanyag előállítása technológiája nem új. Az e területen végzett kutatások már a 18. század végén elkezdődtek, és a 19. században sikeresen fejlődtek. A Szovjetunióban az első bioenergetikai berendezést a múlt század negyvenes éveiben hozták létre.

A biotechnológiákat már régóta alkalmazzák számos országban, de éppen napjainkban válnak különösen jelentőssé. A bolygó ökológiai helyzetének romlása és az energiahordozók magas költsége miatt sokan az alternatív energia- és hőforrások felé fordítják tekintetüket.

A trágya biogázzá történő feldolgozásának technológiája lehetővé teszi a légkörbe jutó metán káros kibocsátásának csökkentését, valamint egy további hőenergia-forrás biztosítását.

A trágya kétségtelenül igen értékes trágya, és ha a gazdaságban két tehén van, akkor a felhasználásával semmilyen probléma nem merül fel. Más a helyzet a nagy és közepes állatlétszámú gazdaságok esetében, ahol évente tonnaszámra keletkezik bűzös és rothadó szerves anyag.

Ahhoz, hogy a trágyából jó minőségű trágyázószer váljon, meghatározott hőmérsékleti viszonyokkal rendelkező területekre van szükség, ami pluszköltséget jelent. Ezért sok gazda ott tárolja, ahol éri, majd később a földekre szállítja.

A naponta keletkező nyersanyag mennyiségétől függően kell megválasztani a berendezés méreteit és automatizáltsági fokát.

A tárolási feltételek be nem tartása esetén a trágyából akár 40% nitrogén és a foszfor nagy része elillan, ami jelentősen rontja minőségi mutatóit. Emellett metángáz kerül a légkörbe, amely negatív hatást gyakorol a bolygó ökológiai helyzetére.

A modern biotechnológiák lehetővé teszik, hogy ne csupán semlegesítsük a metán ökológiai helyzetre gyakorolt káros hatását, hanem az ember javára is fordítsuk, miközben jelentős gazdasági hasznot hozunk. A trágya feldolgozása során biogáz keletkezik, amelyből aztán több ezer kWh energia nyerhető, a termelési hulladék pedig igen értékes anaerob trágya.

A gázképződés mechanizmusa szerves nyersanyagból

Biogáz – színtelen és szagtalan illékony anyag, amely akár 70% metánt is tartalmazhat. Minőségi mutatói szerint közel áll a hagyományos tüzelőanyaghoz – a földgázhoz. Jó fűtőértékkel rendelkezik, 1 m³ biogáz annyi hőt bocsát kű, amennyi másfél kilogram szén elégetésekor keletkezik.

A biogáz képződését az anaerob baktériumoknak köszönhetjük, amelyek aktívan dolgoznak a szerves alanyagok lebontásán, amelyek közé tartozik a mezőgazdasági állatok trágyája, a baromfiürülék és bármely növényi hulladék.

A biogáz önálló előállításához felhasználható baromfiürülék, valamint kisebb és nagyobb háziállatok ürüléke. Az alapanyag tiszta formában vagy fűvel, levelekkel, régi papírral kevert formában is alkalmazható.

A folyamat aktiválásához kedvező feltételeket kell teremteni a baktériumok élettevékenységéhez. Ezeknek hasonlítaniuk kell azokhoz, amelyekben a mikroorganizmusok a természetes tárolóban – az állatok gyomrában – fejlődnek, ahol meleg van és nincs oxigén.

Tulajdonképpen ez a két alapvető feltétel, amelyek hozzájárulnak a rothadó trágyatömeg csodálatos átalakulásához környezetbarát üzemanyaggá és értékes műtrágyává.

A biogáz előállításához légmentesen záródó reaktorra van szükség, levegő hozzáférés nélkül, ahol a trágya erjedési és bomlási folyamata zajlik az alkotóelemekre:

• metán (akár 70%);
• szén-dioxid (körülbelül 30%);
• egyéb gáznemű anyagok (1-2%).

A keletkező gázok felemelkednek a tartály tetejére, ahonnan később kiszivattyúzzák őket, alul pedig leülepszik a maradék termék – kiváló minőségű szerves trágya, amely a feldolgozás során megtartotta a trágyában lévő összes értékes anyagot – a nitrogént és a foszfort –, és elvesztette a kórokozó mikroorganizmusok jelentős részét.

A biogáz előállításához használt reaktornak teljesen légmentes szerkezettel kell rendelkeznie, amelyből hiányzik az oxigén, ellenkező esetben a trágya lebomlási folyamata rendkívül lassan megy végbe.

A második fontos feltétel a trágya hatékony lebontásához és a biogáz képződéséhez a hőmérsékleti feltételek betartása. A folyamatban részt vevő baktériumok +30 foktól aktiválódnak.

A trágyában ráadásul kétféle baktérium található:

• mezofilek. Élettevékenységük +30 – +40 fokos hőmérsékleten zajlik;
• termofilek. Szaporodásukhoz +50 (+60) fokos hőmérsékleti rendszert kell biztosítani.

Az első típusú berendezésekben a nyersanyag feldolgozási ideje a keverék összetételétől függ, és 12–30 napot tesz ki. Ezzel együtt a reaktor hasznos téfogatának 1 literje 2 liter bioüzemanyagot ad. A második típusú berendezések használatakor a végetmék előállítási ideje három napra csökken, a biogáz mennyisége pedg 4,5 literre nő.

A termofil berendezések hatékonyága szabad szemmel is látható, aonban karbantartásuk ára nagyon masgas, ezér mélőtt kiválasztjuk a biogáz-előállítás egyik vagy másik módját, mindent nagyon aláposan ki kell számolni.

Annak ellenére, hog a termofil berendezések hatékonyága tízsere masgabb, sokkal ritkábban alkalmazzák őket, mivel a magas hőmérséklet fentartása a reaktorban nagy költségekkel jár.

A mezofil típusú berendezések karbantartása és fentartása olcsóbb, ezér a legtöbb gazdaság pontosan ezeket használja biogáz elıállításához.

A biogáz energiapoteciálját tekintve kevéssel marad el a megszokott gáztásóanyagtól. Azonban összetétele kénsavas gőzöket tatalmaz, ameyek meglétét figyelembe kell venni az anyagok kiváasztásakor a berendezés építéséhez.

A biogáz felhasználásának haték onysági számításai

Az alternatív bioüemanyag hasznátának minden elényét egszerű számítások segíteik felmérni. Egy 500 kg súlyú teén naponta hozzávetőleg 35-40 kg trágyát termel. E mennyiség elég kb. 1.5 m³ biogáz elıállításához, ameyből viszont 3 kWh villamos enegiát leht előállítani.

A táblát adatait hasznáva k nyen kiszámítható, hg a gazdaságban rendlkezésre lló állatállománnyak megelelően mennyi m³ biogáz nyerhető a kimeneten.

A bioüemanyag előállításáho használhat egféle szerves nyersanyag, illetve több omponensből álló kevérk is, ameyek nedvességtartalma 85-90%. Fontos, hgy ne tatalmazzank idegn kémia szenyeződéseket, ameyek negatívan beolyásolják a felolgzási folyamatot.

A kevérk legyerűbb rceptjét még 2000-ben egy oros férfi talát ki a Lipecki területről, aki saját keével építette meg a legegyszerűbb biogáz-előállító berendézst. Ő 1500 kg tehéntrgyát kevert 3500 kg különböző növényi huladékkal, vizt ahhoz (az összes összetvő síyának körülbelül 65%-át), és a kevérkét 35 fokra melegítette.

Két hét múlva kész az ingyenes üzemanyag. Ez a kis berendezés napi 40 m³ gázt termelt, ami teljesen elegendő volt a ház és a melléképületek fél éven át tartó fütéséhez.

Bioüzemanyag előállítására szolgáló berendezések változatai

A szamítások elvégzése után meg kell határozni, hogan kell elkészíteni a berendezést ahhoz, hoz a biogáz a saját gazdaság szükségleteinek megfelelően kerüljön előállításra. Ha az állatállomány kicsi, akkor a legegyszerűbb verzió is megfelel, amelyet könnyn el lehet készíteni házi eszközökkel, saját kezűleg.

A nagy gazdaságok számára, amelek állandó nagy mennyiségű nyersanyagforrással rendelkeznek, cészerű ipari automatikus biogázrendszert építeni. Ebben az esetben aligha lehet sel nélkvülözni a szakemberek bevonását, akik megtervezik a projektet és professzionális szinten szerelik össze a berendezést.

Az ábrán szemléleeteen látható, hogan műközik az ipari automatikus komplexum a biogáz előállításához. Iyen méretű építkezés egyszerre több közelben lévő gazdaság számára szervezhető.

Ma tucatnyi vállalat létezik, amelek számos lehetőséget kínálhatnak: a kész megolásoktól az egyedi projekt kidolozásáig. Az építkezés ocsóbbá tétele érdekében össz lehet fogni a szomszédos gazdaságokkal (ha vannak a közelben), és egy közös berendezést építeni a biogáz előállítására.

Figyelembe kell venni, hoz egy még kis berendezés építéséhez is szüksés a megfelelő dokkumentumok elkészítése, a technológiai séma, a berendezés és a szellőztetés elheyezésének terve (ha a berendezést beltérben szerelik fel), valamint az egyeztetési eljárások lefolytatása a Népegészségügyi Szolgálattal, a tűzoltósággal és a gázinspekcióval.

Egy kis magángazdaság szükségleteinek fedezésére szolgáló mini-gázgyárat saját kezűleg is el lehet készíteni, az ipari méretben gyártott berendezések konstrukciójára és sajátosságaira támaszkodva.

A trágyát és növényi szerves anyagot biogázzá dolgozó berendezések konstrukciói nem bonolultak. Az ipar által gyártott eredeti tökéletesen megfelelő sablonként szolgálhat egy saját mini-gázgyár felépítéséhez.

Azoknat a barkácsoknat, akik elhatározták, hoz saját berendezést építenek, be kell szerezniük egy víztartályt, vízvezeték vagy csatorna múanyag csöveket, könyökidomokat, tömítéseket és egy palackot a berendezésben termelt gáz tárolására.

A biogázrendszer jellemzői

A teljes értékű biogázberendezés egy összetett rendszer, amely a következőkből áll:

1. Bioreaktorból, ahol a trágya bomlási folyamata lezajlik;
2. Automatizált szerves hulladék adagolórendszerből;
3. A biomassza keverésére szolgáló eszközből;
4. Az optimális hőmérséklet fenntartásához szükséges berendezésből;
5. Gáztartályból – a gáz tárolására szolgáló tartályból;
6. A feldolgozott szilárd hulladék fogadóegységéből.

A fent felsorolt elemek mindegyike az automatikus üzemmódban működő ipari berendezésekbe épül be. A háztartási reaktorok általában egyszerűbb szerkezettel rendelkeznek.

Az ábra az automatizált biogázrendszer fő összetevőit mutatja. A reaktor térfogata a napi beérkező szerves anyag mennyiségétől függ. A berendezés teljes körű működéséhez a reaktort a térfogat kétharmadáig kell feltölteni.

A berendezés működési elve

A rendszer fő eleme a bioreaktor. Többféle kivitel létezik, a lényeg a szerkezet tömítettségének biztosítása és az oxigén bejutásának megakadályozása. Készülhet különböző formájú (többnyire hengeres) felszíni fémtartályként. Gyakran használnak erre a célra 50 köbméteres üres üzemanyagtartályokat.

Vásárolhatók szétszerelhető szerkezetű kész tartályok. Előnyük a gyors szétszerelhetőség, és szükség esetén más helyre szállíthatóság. Az ipari felszíni berendezéseket célszerű nagy gazdaságokban alkalmazni, ahol folyamatosan nagy mennyiségű szerves nyersanyag áll rendelkezésre.

Kis gazdaságok számára a tartály föld alatti elhelyezése jobban megfelel. A föld alatti bunker téglából vagy betonból készül. A földbe temethetők kész tartályok, például fémből, rozsdamentes acélból vagy PVC-ből készült hordók. Lehetőség van azok felszíni elhelyezésére is a szabadban vagy egy kijelölt, jól szellőző helyiségben.

A biogáztermelő berendezés elkészítéséhez vásárolhatók kész PVC-tartályok, amelyeket egy szellőzőrendszerrel felszerelt helyiségben kell elhelyezni.

Függetlenül attól, hogy hol és hogyan helyezik el a reaktort, az trágya betöltésére szolgáló bunkerrel van ellátva. A nyersanyag betöltése előtt azt elő kell készíteni: legfeljebb 0,7 mm-es frakciókra aprítják, és vízzel hígítják. Ideális esetben a szubsztrátum nedvességtartalmának körülbelül 90%-nak kell lennie.

Az ipari típusú automatizált berendezések nyersanyag-betápláló rendszerrel vannak felszerelve, amely magában foglal egy vevőt, ahol a keveréket a szükséges nedvességtartalomra hozzák, egy vízvezetéket és egy szivattyútelepet a massza bioreaktorba történő átpumpálásához.

Az otthoni berendezésekben a szubsztrátum előkészítéséhez külön tartályokat használnak, ahol a hulladékot aprítják és vízzel keverik. Ezután a masszát a fogadórekeszbe töltik. A föld alatt elhelyezett reaktorokban a szubsztrátum fogadására szolgáló bunkert kivezetik a szabadba, az előkészített keverék gravitációs úton a csővezetéken keresztül jut az erjesztőkamrába.

Ha a reaktor a földön vagy egy helyiségben van elhelyezve, a bemeneti cső a vevőberendezéssel a tartály alsó oldalsó részén helyezkedhet el. Lehetséges a csövet a felső részbe kivezetni, és a nyakára egy tölcsért illeszteni. Ebben az esetben a biomasszát szivattyú segítségével kell adagolni.

A bioreaktorban ki kell alakítani egy kivezető nyílást is, amelyet gyakorlatilag a tartály alján, a bemeneti bunkerrel ellentétes oldalon készítenek. Föld alatti elhelyezés esetén a kivezető csövet ferdén felfelé szerelik, és egy téglalap alakú dobozra emlékeztető hulladékfogadóba vezeti. Ennek felső szélének a bemeneti nyílás szintje alatt kell lennie.

A bemeneti és kivezető csövek ferdén felfelé helyezkednek el a tartály különböző oldalain, miközben a hulladékot fogadó kiegyenlítő tartálynak a bemeneti bunker alatt kell lennie.

A folyamat a következőképpen zajlik: a bemeneti garat új adag szubsztrátumot vesz fel, ami a reaktorba folyik, ugyanakkor ugyanennyi elhasznált massza csövön keresztül a hulladékfogadóba emelkedik, ahonnan később kimerik és kiváló minőségű bio-műtrágyaként hasznosítják.

A biogáz tárolása gáztartályban történik. Leggyakrabban közvetlenül a reaktor tetején található, és kupola vagy kúp alakú. Tetőlemezből készül, majd a korróziós folyamatok megelőzése érdekében több réteg olajfestékkel vonják be.

Az ipari berendezésekben, amelyeket nagy mennyiségű gáz előállítására terveztek, a gáztartály gyakran különálló tartályként van kialakítva, amelyet csővezeték köt össze a reaktorral.

Az erjesztés során nyert gáz nem alkalmas felhasználásra, mivel nagy mennyiségű vízgőzt tartalmaz, és ilyen formában nem ég el. A vízfrakcióktól való tisztítás érdekében a gázt vízzáron vezetik át. Ehhez a gáztartályból egy cső vezet ki, amelyen keresztül a biogáz egy víztartályba jut, onnan pedig műanyag vagy fém csövön keresztül jut el a fogyasztókhoz.

A föld alatt elhelyezkedő berendezés sémája. A bemeneti és kimeneti nyílásoknak a tartály ellentétes oldalain kell lenniük. A reaktor felett egy vízzár található, amelyen keresztül a nyert gázt szárítás céljából átvezetik.

Bizonyos esetekben a gáz tárolására polivinil-kloridból készült speciális gáztároló zsákokat használnak. A zsákokat a berendezés mellé helyezik, és fokozatosan töltik meg gázzal. Ahogy telnek, a rugalmas anyag kitágul, és a zsákok térfogata megnő, lehetővé téve, hogy szükség esetén ideiglenesen nagyobb mennyiségű végterméket tároljanak.

A bioreaktor hatékony működésének feltételei

A berendezés hatékony működéséhez és a biogáz intenzív kibocsátásához a szerves szubsztrátum egyenletes erjesztése szükséges. A keveréknek folyamatos mozgásban kell lennie. Ellenkező esetben kéreg képződik rajta, a bomlási folyamat lelassul, és ennek eredményeként kevesebb gáz keletkezik, mint amennyit eredetileg számítottak.

A biomassza aktív keverésének biztosítása érdekében a tipikus reaktor felső vagy oldalsó részébe merülő vagy ferde típusú, elektromos hajtással felszerelt keverőket szerelnek. A kézműves jellegű berendezésekben a keverést mechanikai úton, házi mixerhez hasonló eszközzel végzik. Ezt kézzel is lehet irányítani, vagy ellátható elektromos hajtással.

Függőleges elrendezésű reaktor esetén a keverő fogantyúja a berendezés felső részébe kerül ki. Ha a tartály vízszintesen van elhelyezve, a csiga is vízszintes síkban helyezkedik el, és a fogantyú a bioreaktor oldalán található.

Az egyik legfontosabb feltétele a biogáz előállításának a reaktorban szükséges hőmérsékleti rend fenntartása. A fűtés többféleképpen történhet. Állandó berendezésekben automata fűtőrendszereket alkalmaznak, amelyek a hőmérséklet egy adott szint alá csökkenésekor bekapcsolnak, és a kívánt hőmérséklet elérésekor kikapcsolnak.

A fűtéshez gázkazánokat lehet használni, közvetlen elektromos fűtőberendezésekkel melegíteni, vagy a tartály aljába fűtőelemet beépíteni.

A hőveszteség csökkentése érdekében a reaktor körül egy kis vázat ajánlott építeni üveggyapot réteggel, vagy hőszigeteléssel befedezni a berendezést. Jó hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkezik a polisztirolhab és más változatai.

A biomassza fűtési rendszerének kialakításához vezetéket lehet húzni a házi fűtéstől, amely a reaktorból kapja az energiát.

A szükséges térfogat megatározása

A reaktor térfogatát a gazdaságban termelt napi trágya mennyiség e alapján határozzák meg. Figyelembe kell venni a nyersanyag típusát, a hőmérsékleti rendet és az erjesztés időt is. A berendezés teljes müködéséhez a tartályt 85-90%-ig kell feltölteni, legalább 10%-ának szabadon kell maradnia a gáz távozásához.

A szerves anyag leblomása egy mezofil berendezésben 35 fokos átlaghőmérsékleten 12 napig tart, ezután a fermentált maradványokat eltávolítják, és a reaktort új szubsztrátummal tőltik fel. Mivel a hulladékot a reaktorba küldés előtt 90%-osra hígítják vízzel, a napi betöltés meghatározáskor a folyadék mennyiségét is figyelembe kell venni.

A megadott mutatók alapján a reaktor térfogata megegyezik az elkészített szubsztrátum (trágya vízzel) napi mennyiségének 12-vel (a biomassza lebontásához szükséges idő) megszorozva, és 10%-kal (a tartály szabad térfogata) megnövelve.

Földalatti létesítmény építése

Most beszéljünk a legegyszerübb berendezésről, a mellyel otthoni biogázt lehet előállítani a legkisebb költséggel. Tekintsük át egy föld alattti rendszer építését. Elkészítéséhez egy gödröt kell ásni, amellynek alját és falait vasalt duzzasztott agyagbetonnal öntik ki.

A kamra ellentétes oldalain be- és kivezető nyllásokat alalkítanak ki, amellyekbe ferde csöveket szerelnek a szubsztrátum adagolásához és a fáradt massza kiszivattyúzásához.

A körülbelül 7 cm átmérőjű kivezető csőnek a bunker aljához közel kell lennie, másik vége egy téglalap alakú kiegyenlítő tartályba van szerelve, amellybe a hulladékot szivattyúzzák. A szubsztrátum adagolására szolgáló csővezeték körülbelül 50 cm-re van a fenéktől, átmérője 25-35 cm. A cső felső része a nyersanyag fogadására szolgáló rekeszbe vezet.

A reaktornak teljesen légmentesnek kell lennie. A levegő bejutásának megakadályozása érdekében a tartályt bitumenes vízszigetelő réteggel kell bevonni.

A bunker felső része a gáztartály, amely kupola vagy kúp alakú. Fémlemezekből vagy tetőfedő vasból készül. A szerkezetet téglafallal is be lehet fejezni, amelyet aztán acélhálóval borítanak és bevakolnak. A gáztartály tetején légmentes ajtót kell készíteni, ki kell vezetni a vízzárón áthaladó gázcsövet, és nyomáscsökkentő szelepet kell felszerelni.

A szubsztrát keveréséhez a berendezést buborékoltatás elvén működő vízelvezető rendszerrel lehet felszerelni. Ehhez rögzítsen függőlegesen műanyag csöveket a szerkezeten belül úgy, hogy a felső szélük a szubsztrát réteg felett legyen. Készítsen bennük sok lyukat. A gáz nyomás alatt lefelé áramlik, majd felfelé emelkedve a gázbuborékok keverik a tartályban lévő biomasszát.

Ha nem szeretne betonbunkert építeni, vásárolhat kész PVC-tartályt. A hőmegőrzés érdekében körül kell rakni egy réteg hőszigetelő anyaggal – polisztirolhabbal. A gödör alját 10 cm vastag vasbetonnal öntik ki. A polivinil-klorid tartályok használata akkor megengedett, ha a reaktor térfogata nem haladja meg a 3 m³-t.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Ha megnézi a videót, megtudhatja, hogyan készítheti el a legegyszerűbb berendezést egy közönséges hordóból:

A föld alatti reaktor építésének folyamatát megtekintheti a videóriportban:

A trágya föld alatti létesítménybe való betöltésének folyamata a következő videóban látható:

A trágyából történő biogáz előállítására szolgáló berendezés jelentős megtakarítást tesz lehetővé a fűtési és villamosenergia-költségeken, és lehetővé teszi a szerves anyag jó célra történő felhasználását, amely minden gazdaságban bőségesen rendelkezésre áll. Az építkezés megkezdése előtt mindent alaposan ki kell számolni és elő kell készíteni.

A legegyszerűbb reaktor néhány nap alatt elkészíthető házilag, kéznél lévő eszközökkel. Ha a gazdaság nagy, akkor a legjobb kész berendezést vásárolni, vagy szakemberekhez fordulni.

Ha a bemutatott információval kapcsolatban kérdései merültek fel, vagy olyan javaslatai vannak, amelyeket meg szeretne osztani a webhely látogatóival, kérjük, hagyjon megjegyzéseket az alábbi blokkban.