Jak vyrobit bioplyn z hnoje: přehled základních principů a konstrukce výrobního zařízení

Zemědělci se každoročně potýkají s problémem likvidace hnoje.Značné finanční prostředky potřebné k organizaci jeho odstranění a pohřbu jsou promarněny. Existuje však způsob, který vám umožní nejen ušetřit peníze, ale také zajistit, aby vám tento přírodní produkt sloužil ve váš prospěch.

Šetrní majitelé již dlouho uvádějí do praxe ekotechnologii, která umožňuje získat bioplyn z hnoje a výsledek využít jako palivo.

Proto v našem materiálu budeme hovořit o technologii výroby bioplynu a také o tom, jak postavit bioenergetické zařízení.

Výhody použití biotechnologie

Technika získávání biopaliva z různých přírodních zdrojů není novinkou. Výzkum v této oblasti začal na konci 18. století a úspěšně se rozvíjel v 19. století. V Sovětském svazu byla první bioenergetická rostlina vytvořena ve čtyřicátých letech minulého století.

Biotechnologie se již dlouho používají v mnoha zemích, ale dnes nabývají zvláštního významu. Vzhledem ke zhoršující se ekologické situaci na planetě a vysokým nákladům na energie se mnozí obracejí svou pozornost k alternativním zdrojům energie a tepla.

Technologie zpracování kejdy na bioplyn umožňuje snížit množství škodlivých emisí metanu do atmosféry a získat další zdroj tepelné energie

Hnůj je samozřejmě velmi cenné hnojivo, a pokud jsou na farmě dvě krávy, pak s jeho využitím nejsou žádné problémy. Jiná věc je, pokud jde o farmy s velkými a středně velkými hospodářskými zvířaty, kde se ročně vytvoří tuny páchnoucího a hnijícího biologického materiálu.

Aby se hnůj proměnil ve vysoce kvalitní hnojivo, jsou zapotřebí oblasti s určitým teplotním režimem, což je další náklad. Mnoho farmářů ho proto skladuje, kde se dá, a pak ho vozí na pole.

V závislosti na objemu surovin generovaných za den by měly být zvoleny rozměry instalace a stupeň její automatizace

Při nedodržení skladovacích podmínek se z hnoje odpaří až 40 % dusíku a převážná část fosforu, což výrazně zhoršuje jeho kvalitativní ukazatele. Kromě toho se do atmosféry uvolňuje metan, což má negativní dopad na ekologickou situaci planety.

Moderní biotechnologie umožňují nejen neutralizovat škodlivé účinky metanu na životní prostředí, ale také sloužit ku prospěchu lidí a přitom sklízet nemalé ekonomické výhody. Jako výsledek zpracováním hnoje vzniká bioplyn, ze kterého lze následně získat tisíce kW energie a odpad z výroby představuje velmi cenné anaerobní hnojivo.

Mechanismus tvorby plynu z organických surovin

Bioplyn je těkavá látka bez barvy a zápachu, která obsahuje až 70 % metanu. Svými kvalitativními ukazateli se blíží tradičnímu druhu paliva – zemnímu plynu. Má dobrou výhřevnost, 1m³ bioplyn vyrobí tolik tepla, kolik se vyrobí spalováním jednoho a půl kilogramu uhlí.

Za vznik bioplynu vděčíme anaerobním bakteriím, které aktivně pracují na rozkladu organických surovin, mezi které patří hnůj hospodářských zvířat, ptačí trus a jakýkoli rostlinný odpad.

Při samovýrobě bioplynu lze využít ptačí trus a odpadní produkty malých i velkých hospodářských zvířat. Suroviny lze použít v čisté formě nebo ve formě směsi včetně trávy, listí, starého papíru

Pro aktivaci procesu je nutné vytvořit příznivé podmínky pro život bakterií. Měly by být podobné těm, ve kterých se mikroorganismy vyvíjejí v přirozeném rezervoáru – v žaludku zvířat, kde je teplo a není kyslík.

Ve skutečnosti jsou to dvě hlavní podmínky, které přispívají k zázračné přeměně hnijícího hnoje na ekologické palivo a cenná hnojiva.

K výrobě bioplynu potřebujete uzavřený reaktor bez přístupu vzduchu, kde bude probíhat proces fermentace hnoje a jeho rozkladu na složky:

• metan (až 70 %);
• oxid uhličitý (přibližně 30 %);
• jiné plynné látky (1-2%).

Vzniklé plyny stoupají do horní části nádoby, odkud jsou následně odčerpávány a dochází k usazování zbytkového produktu - kvalitního organického hnojiva, které si díky zpracování zachovalo všechny cenné látky přítomné v hnoji - dusík a fosfor a ztratila významnou část patogenních mikroorganismů.

Reaktor na výrobu bioplynu musí mít zcela utěsněnou konstrukci, ve které není žádný kyslík, jinak bude proces rozkladu hnoje extrémně pomalý.

Druhou důležitou podmínkou pro efektivní rozklad kejdy a tvorbu bioplynu je dodržování teplotního režimu. Bakterie účastnící se procesu se aktivují při teplotách od +30 stupňů.

Kromě toho obsahuje hnůj dva typy bakterií:

• mezofilní. Jejich životní aktivita nastává při teplotě +30 – +40 stupňů;
• teplomilné. Pro jejich reprodukci je nutné udržovat teplotní režim +50 (+60) stupňů.

Doba zpracování surovin v zařízeních prvního typu závisí na složení směsi a pohybuje se od 12 do 30 dnů. Přitom 1 litr užitečné plochy reaktoru vyprodukuje 2 litry biopaliva. Při použití zařízení druhého typu se doba výroby konečného produktu zkrátí na tři dny a množství bioplynu se zvýší na 4,5 litru.

Účinnost teplomilných rostlin je viditelná pouhým okem, ale náklady na jejich údržbu jsou velmi vysoké, takže před výběrem jednoho nebo druhého způsobu výroby bioplynu musíte vše velmi pečlivě spočítat

Navzdory skutečnosti, že účinnost termofilních rostlin je desítkykrát vyšší, jsou používány mnohem méně často, protože udržování vysokých teplot v reaktoru je spojeno s vysokými náklady.

Údržba a údržba rostlin mezofilního typu je levnější, proto je většina farem používá k výrobě bioplynu.

Z hlediska energetického potenciálu je bioplyn mírně horší než konvenční plynové palivo. Obsahuje však výpary kyseliny sírové, jejíž přítomnost je třeba vzít v úvahu při výběru materiálů pro stavbu instalace

Výpočty účinnosti využití bioplynu

Jednoduché výpočty vám pomohou vyhodnotit všechny výhody používání alternativních biopaliv. Jedna kráva o hmotnosti 500 kg vyprodukuje denně přibližně 35-40 kg hnoje. Toto množství stačí na získání asi 1,5 m³ bioplyn, ze kterého lze vyrobit 3 kW/h elektřiny.

Pomocí údajů z tabulky lze snadno vypočítat, kolik m³ bioplyn lze získat na výstupu v souladu s počtem hospodářských zvířat dostupných na farmě

K výrobě biopaliva lze použít buď jeden druh organické suroviny nebo směsi více složek s vlhkostí 85-90%. Je důležité, aby neobsahovaly cizí chemické nečistoty, které negativně ovlivňují proces zpracování.

Nejjednodušší recept na směs vynalezl již v roce 2000 Rus z Lipecké oblasti, který vlastníma rukama postavil jednoduché zařízení na výrobu bioplynu.Smíchal 1500 kg kravského hnoje s 3500 kg různého rostlinného odpadu, přidal vodu (asi 65 % hmotnosti všech přísad) a směs zahřál na 35 stupňů.

Za dva týdny je palivo zdarma připraveno. Tato malá instalace vyrobila 40 m³ plynu za den, což stačilo na vytápění domu a hospodářských budov po dobu šesti měsíců.

Možnosti zařízení na výrobu biopaliv

Po provedení výpočtů se musíte rozhodnout, jak provést instalaci, abyste získali bioplyn v souladu s potřebami vaší farmy. Pokud je počet hospodářských zvířat malý, je vhodná nejjednodušší možnost, kterou lze snadno vyrobit vlastními rukama z dostupných materiálů.

Pro velké farmy, které mají stálý zdroj velkého množství surovin, je vhodné vybudovat průmyslový automatizovaný bioplynový systém. V tomto případě je nepravděpodobné, že bude možné obejít se bez zapojení specialistů, kteří vyvinou projekt a nainstalují instalaci na profesionální úrovni.

Diagram jasně ukazuje, jak funguje průmyslový automatizovaný komplex na výrobu bioplynu. Výstavba takového rozsahu může být organizována pro několik farem umístěných v blízkosti

Dnes existují desítky společností, které mohou nabídnout mnoho možností: od hotových řešení až po vývoj individuálního projektu. Chcete-li snížit náklady na výstavbu, můžete spolupracovat se sousedními farmami (jsou-li poblíž) a postavit pro všechny jedno zařízení na výrobu bioplynu.

Je třeba poznamenat, že k vybudování i malé instalace je nutné vypracovat příslušné dokumenty, zpracovat technologické schéma, plán umístění zařízení a větrání (pokud je zařízení instalováno uvnitř) a projít schvalovacím řízením. s SES, požární a plynové inspekce.

Mini-závod na výrobu plynu pro pokrytí potřeb malé soukromé domácnosti lze vyrobit vlastníma rukama se zaměřením na design a konkrétní design zařízení vyráběných v průmyslovém měřítku.

Návrhy zařízení na zpracování hnoje a rostlinné organické hmoty na bioplyn nejsou složité. Originál vyráběný průmyslem je docela vhodný jako šablona pro stavbu vlastní mini-továrny

Nezávislí řemeslníci, kteří se rozhodnou postavit si vlastní instalaci, se potřebují zásobit nádobou na vodu, vodovodním nebo kanalizačním plastovým potrubím, rohovými oblouky, těsněním a tlakovou lahví pro skladování plynu vyrobeného v instalaci.

Vlastnosti bioplynového systému

Kompletní bioplynová stanice je komplexní systém skládající se z:

1. Bioreaktor, kde probíhá proces rozkladu hnoje;
2. Automatizovaný systém dodávky organického odpadu;
3. Zařízení na míchání biomasy;
4. Zařízení pro udržení optimálních teplotních podmínek;
5. Plynojemy – zásobníky plynu;
6. Přijímač na odpad pevného odpadu.

Všechny výše uvedené prvky jsou instalovány v průmyslových instalacích pracujících v automatickém režimu. Reaktory pro domácnost mají zpravidla jednodušší konstrukci.

Diagram ukazuje hlavní součásti automatizovaného bioplynového systému.Objem reaktoru závisí na denním příjmu organických surovin. Aby zařízení plně fungovalo, musí být reaktor naplněn do dvou třetin svého objemu.

Princip fungování instalace

Hlavním prvkem systému je bioreaktor. Existuje několik možností pro jeho realizaci, hlavní věcí je zajistit těsnost konstrukce a zabránit pronikání kyslíku. Může být vyroben ve formě kovové nádoby různých tvarů (obvykle válcové), umístěné na povrchu. Často se pro tyto účely používají prázdné palivové nádrže o objemu 50 ccm.

Můžete si zakoupit hotové skládací nádoby. Jejich výhodou je schopnost rychle demontovat a v případě potřeby převézt na jiné místo. Je vhodné používat průmyslové povrchové instalace na velkých farmách, kde je neustálý příliv velkého množství organických surovin.

Pro malé zemědělské usedlosti je vhodnější varianta podzemního umístění nádrže. Podzemní bunkr je postaven z cihel nebo betonu. Do země můžete zakopat hotové nádoby, například sudy z kovu, nerezu nebo PVC. Je také možné je umístit povrchně na ulici nebo ve speciálně určené místnosti s dobrým větráním.

Chcete-li vyrobit zařízení na výrobu bioplynu, můžete si zakoupit hotové nádoby z PVC a nainstalovat je do místnosti vybavené ventilačním systémem

Bez ohledu na to, kde a jak je reaktor umístěn, je vybaven bunkrem pro nakládání hnoje. Před naložením suroviny musí projít předběžnou přípravou: rozdrtí se na frakce ne větší než 0,7 mm a zředí se vodou. Ideálně by vlhkost podkladu měla být asi 90 %.

Automatizované instalace průmyslového typu jsou vybaveny systémem zásobování surovinami, včetně přijímače, ve kterém je směs přivedena na požadovanou úroveň vlhkosti, vodovodním potrubím a čerpací jednotkou pro čerpání hmoty do bioreaktoru.

V domácích instalacích pro přípravu substrátu se používají samostatné nádoby, kde se odpad drtí a mísí s vodou. Poté se hmota vloží do přijímacího prostoru. V reaktorech umístěných pod zemí je násypka pro příjem substrátu vyvedena a připravená směs proudí gravitačně potrubím do fermentační komory.

Pokud je reaktor umístěn na zemi nebo v interiéru, může být vstupní potrubí s přijímacím zařízením umístěno na spodní straně nádrže. Trubku je také možné vyvést nahoru a na hrdlo nasadit hrdlo. V tomto případě bude muset být biomasa dodávána pomocí čerpadla.

Dále je nutné zajistit výstupní otvor v bioreaktoru, který je vytvořen téměř u dna nádoby na opačné straně než je vstupní násypka. Při umístění pod zemí je výstupní potrubí instalováno šikmo nahoru a vede do odpadní nádoby ve tvaru obdélníkové krabice. Jeho horní okraj by měl být pod úrovní vtoku.

Vstupní a výstupní potrubí jsou umístěny šikmo nahoru na různých stranách nádrže, zatímco vyrovnávací nádrž, do které odpad vstupuje, musí být pod přijímací násypkou

Proces probíhá následovně: vstupní násypka přijímá novou dávku substrátu, která proudí do reaktoru, současně stejné množství odpadní hmoty stoupá potrubím do sběrače odpadu, odkud je následně nabírána a využívána jako vysoce kvalitní biohnojivo.

Bioplyn je skladován v plynové nádrži. Nejčastěji se nachází přímo na střeše reaktoru a má tvar kopule nebo kužele. Vyrábí se ze střešního železa a poté, aby se zabránilo korozi, je natřeno několika vrstvami olejové barvy.

V průmyslových zařízeních určených k výrobě velkého množství plynu je plynová nádrž často konstruována ve formě samostatné nádrže spojené s reaktorem potrubím.

Plyn produkovaný fermentací není vhodný k použití, protože obsahuje velké množství vodní páry a v této formě se nespálí. Pro jeho čištění od vodních frakcí se plyn vede přes vodní uzávěr. K tomu je z plynové nádrže odstraněno potrubí, kterým bioplyn vstupuje do nádoby s vodou, a odtud je dodáván spotřebitelům plastovou nebo kovovou trubkou.

Schéma instalace umístěné pod zemí. Vstupní a výstupní otvory by měly být umístěny na opačných stranách nádoby. Nad reaktorem je vodní uzávěr, kterým prochází výsledný plyn k sušení.

V některých případech se pro skladování plynu používají speciální vaky pro držáky plynu vyrobené z polyvinylchloridu. Vaky jsou umístěny vedle instalace a postupně naplněny plynem.Při jejich plnění se elastický materiál nafoukne a objem sáčků se zvětší, což vám v případě potřeby umožní dočasně uskladnit větší množství finálního produktu.

Podmínky pro efektivní provoz bioreaktoru

Pro efektivní provoz zařízení a intenzivní uvolňování bioplynu je nutná rovnoměrná fermentace organického substrátu. Směs musí být v neustálém pohybu. V opačném případě se na něm vytvoří kůra, proces rozkladu se zpomalí a v důsledku toho se vytvoří méně plynu, než se původně počítalo.

Pro zajištění aktivního promíchávání biomasy jsou v horní nebo boční části typického reaktoru instalována ponorná nebo šikmá míchadla vybavená elektrickým pohonem. V domácích instalacích se míchání provádí mechanicky pomocí zařízení připomínajícího domácí mixér. Lze jej ovládat ručně nebo vybavit elektrickým pohonem.

Když je reaktor umístěn svisle, je rukojeť míchadla umístěna v horní části instalace. Pokud je kontejner instalován vodorovně, šnek je také umístěn ve vodorovné rovině a rukojeť je umístěna na straně bioreaktoru

Jednou z nejdůležitějších podmínek pro výrobu bioplynu je udržování požadované teploty v reaktoru. Zahřívání lze provést několika způsoby. Ve stacionárních instalacích se používají automatizované topné systémy, které se zapnou při poklesu teploty pod předem stanovenou úroveň a vypnou při dosažení požadované teploty.

Lze použít pro vytápění plynové kotle, provést přímý ohřev elektrickými topnými tělesy nebo zabudovat topné těleso do dna nádoby.

Pro snížení tepelných ztrát se doporučuje postavit kolem reaktoru malý rám s vrstvou skelné vaty nebo zakrýt instalaci tepelnou izolací. Má dobré tepelně izolační vlastnosti pěnový polystyren a jeho další odrůdy.

Chcete-li nastavit systém vytápění na biomasu, můžete spustit potrubí z domácího topného systému, který je napájen z reaktoru

Stanovení požadovaného objemu

Objem reaktoru je stanoven na základě denního množství kejdy vyprodukované na farmě. Dále je nutné vzít v úvahu druh suroviny, teplotu a dobu kvašení. Pro plnou funkčnost instalace je nádoba naplněna na 85-90 % objemu, minimálně 10 % musí zůstat volných pro únik plynu.

Proces rozkladu organické hmoty v mezofilní instalaci při průměrné teplotě 35 stupňů trvá od 12 dnů, poté se odstraní fermentované zbytky a reaktor se naplní novou částí substrátu. Vzhledem k tomu, že se odpad před odesláním do reaktoru ředí vodou až na 90 %, je třeba při stanovení denní zátěže vzít v úvahu i množství kapaliny.

Na základě daných ukazatelů bude objem reaktoru roven dennímu množství připraveného substrátu (hnůj s vodou) vynásobeném 12 (doba potřebná k rozkladu biomasy) a navýšené o 10 % (volný objem nádoby).

Výstavba podzemní stavby

Nyní pojďme mluvit o nejjednodušší instalaci, která vám umožní získat bioplyn doma za nejnižší cenu. Zvažte vybudování podzemního systému. Chcete-li to udělat, musíte vykopat díru, její základna a stěny jsou vyplněny vyztuženým expandovaným jílovým betonem.

Na protilehlých stranách komory jsou umístěny vstupní a výstupní otvory, kde jsou namontovány šikmé trubky pro přívod substrátu a odčerpávání odpadní hmoty.

Výstupní potrubí o průměru cca 7 cm by mělo být umístěno téměř na samém dně bunkru, jeho druhý konec je namontován v obdélníkové vyrovnávací nádrži, do které bude čerpán odpad. Potrubí pro přívod substrátu je umístěno cca 50 cm ode dna a má průměr 25-35 cm.Horní část potrubí ústí do komory pro příjem surovin.

Reaktor musí být zcela utěsněn. Aby se vyloučila možnost vnikání vzduchu, musí být nádoba pokryta vrstvou bitumenové hydroizolace

V horní části bunkru je plynojem, který má kopulovitý nebo kuželový tvar. Vyrábí se z plechů nebo střešních plechů. Konstrukci můžete také doplnit cihelným zdivem, které se následně zakryje ocelovou sítí a omítne. Na horní části plynové nádrže musíte vytvořit utěsněný poklop, odstranit plynovou trubku procházející vodním uzávěrem a nainstalovat ventil pro uvolnění tlaku plynu.

Pro promíchání substrátu můžete instalaci vybavit drenážním systémem fungujícím na principu bublání. K tomu svisle upevněte plastové trubky uvnitř konstrukce tak, aby jejich horní okraj byl nad vrstvou podkladu. Udělejte v nich spoustu děr. Plyn pod tlakem bude klesat dolů a stoupající nahoru, bublinky plynu promíchají biomasu v nádobě.

Pokud nechcete stavět betonový bunkr, můžete si koupit hotový kontejner z PVC. Pro zachování tepla musí být obklopen vrstvou tepelné izolace - pěnovým polystyrenem. Dno jámy je vyplněno 10 cm vrstvou železobetonu.Nádrže vyrobené z polyvinylchloridu lze použít, pokud objem reaktoru nepřesáhne 3 m3.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak provést nejjednodušší instalaci z obyčejného sudu, se dozvíte, když se podíváte na video:

Jak stavba podzemního reaktoru probíhá se můžete podívat na videu:

Jak se hnůj nakládá do podzemního zařízení, ukazuje následující video:

Zařízení na výrobu bioplynu z hnoje vám umožní výrazně ušetřit na nákladech za teplo a elektřinu a využít organický materiál, kterého je dostatek na každé farmě, pro dobrou věc. Před zahájením stavby je třeba vše pečlivě propočítat a připravit.

Nejjednodušší reaktor lze vyrobit za pár dní vlastníma rukama za použití dostupných materiálů. Pokud je farma velká, pak je nejlepší koupit hotovou instalaci nebo kontaktovat specialisty.

Máte-li při čtení uvedených informací dotazy nebo návrhy, o které byste se chtěli podělit s návštěvníky webu, zanechte prosím komentáře v bloku níže.