Podle typu konstrukce jsou bioplynové stanice následujících typů:
— bez zahřívání a bez míchání fermentované organické hmoty v reaktoru;
– bez zahřívání, ale s mícháním organické hmoty;
— zahřívání a míchání;
– s ohřevem, s mícháním a se zařízeními, která umožňují řídit a řídit proces fermentace.
Rýže. 10 Bioplynová stanice.
První typ bioplynové stanice je vhodný pro malou farmu a je určen pro psychrofilní bakterie: vnitřní objem bioreaktoru je 1-10 m 3 (zpracování 50-200 kg hnoje za den), minimální vybavení, výsledný bioplyn je neskladuje – okamžitě jde do domácích spotřebičů, které jej spotřebovávají. Tuto instalaci lze použít pouze v jižních oblastech, je navržena pro vnitřní teplotu 5-20°C. Odvoz fermentované (fermentované) organické hmoty se provádí současně s naložením nové šarže, expedice se provádí do kontejneru, jehož objem musí být stejný nebo větší než vnitřní objem bioreaktoru. Obsah nádoby se v ní skladuje až do zavedení do hnojené půdy.
Provedení druhého typu je určeno i pro malé farmy, jeho produktivita je o něco vyšší než u bioplynových stanic prvního typu – je vybavena míchacím zařízením s ručním nebo mechanickým pohonem.
Třetí typ bioplynových stanic je kromě směšovacího zařízení vybaven nuceným ohřevem bioreaktoru, teplovodní kotel běží na alternativní palivo vyrobené bioplynovou stanicí. Produkci metanu v těchto zařízeních provádějí mezofilní a termofilní bakterie v závislosti na intenzitě ohřevu a úrovni teploty v reaktoru.
Poslední typ bioplynových stanic je nejsložitější a je určen pro více odběratelů bioplynu, konstrukce stanic obsahuje elektrický kontaktní manometr, pojistný ventil, teplovodní kotel, kompresor (pneumatické míchání organické hmoty), přijímač, zásobník plynu, reduktor plynu a výstup pro nakládání bioplynu do dopravy. Tato zařízení fungují nepřetržitě, umožňují nastavení libovolné ze tří teplotních podmínek díky přesně nastavitelnému vytápění a výběr bioplynu probíhá automaticky.
2.4.4 Výhody a nevýhody bioplynu
Bioplynový průmysl nevyrábí pouze jeden finální produkt, ale celou řadu drahých a důležitých produktů, aniž by poškozoval životní prostředí:
• Teplo – z chlazení generátoru nebo ze spalování bioplynu. Vzniklé teplo se využívá k vytápění místností.
• Elektřina – z 1 m³ bioplynu lze vyrobit cca 2 kW elektřiny.
• Bioplyn – bioplyn lze stlačovat, skladovat, přečerpávat a prodávat. Existují modely aut, které používají jako palivo plyn. Tyto stroje mohou být poháněny biometanem bez další úpravy. Nyní se objevují první plnicí stanice bioplynu. Ve Švédsku a Švýcarsku se biometan dlouhodobě používá v městských autobusech (Volvo, Skania) a nákladních automobilech.
• Hnojiva – hnojiva získaná ve formě fermentované hmoty jsou ekologická, kapalná hnojiva, bez dusitanů, semen plevelů, patogenní mikroflóry a specifických pachů. Spotřeba takových hnojiv je 1-5 tun místo 60 tun neupravené kejdy na obdělávání 1 hektaru půdy. Do výsledného hnojiva lze přidat fosfor, draslík nebo jiná hnojiva v závislosti na plodině, pro kterou bude hnojivo použito. Testy ukazují zvýšení výnosu 2-4krát.
• Likvidace organického odpadu – bioplynové stanice mohou být instalovány jako úpravny na farmách, drůbežárnách, lihovarech, cukrovarech, masokombinátech, což zvyšuje hygienický a hygienický stav těchto podniků.
• Řešení ekologických problémů – výroba bioplynu pomáhá předcházet emisím metanu do atmosféry, snižuje používání chemických hnojiv a snižuje zatížení podzemních vod.
Skladování bioplynu v uzavřených nádobách zvyšuje požadavky na bezpečnost při používání bioplynových stanic.
Ruský zemědělsko-průmyslový komplex se dnes potýká s problémem likvidace obrovského množství biologického odpadu – nejčastěji je jednoduše odstraněn z zemědělských oblastí a uložen. Začalo docházet k výraznému znečišťování půd, vodních ploch, lesů a pastvin sousedících s farmami. V důsledku toho dochází k vážným ekonomickým, ekologickým a sociálním škodám nejen na zemědělské půdě, ale také na obyvatelích okolních sídel.
Rozvoj bioplynové energie v zemědělských oblastech Ruska se může stát nejen možným řešením problému s odpady, ale také řešením energetických problémů zemědělství. Energie bioplynu je navíc také zdrojem levných a dostupných komplexních organických hnojiv, která vznikají jako vedlejší produkt při výrobě bioplynu.
Bioplyn s vysokou účinností lze využít k výrobě tepelné a elektrické energie. Bioplynové stanice mohou částečně nebo zcela nahradit malé zastaralé kotelny a zásobovat elektřinou a teplem okolní obce a města. Bioplyn je široce používán jako hořlavé palivo v Německu, Dánsku, Číně, USA a dalších vyspělých zemích. Dodává se do plynárenských distribučních sítí a používá se pro domácí účely a ve veřejné dopravě. Ve Spojených státech se chová přibližně 8,5 milionu krav. Bioplyn vyrobený z jejich hnoje stačí na pohon jednoho milionu aut. Volvo a Scania vyrábějí autobusy s motory na bioplyn. Takové autobusy se aktivně používají ve městech Švýcarska: Bern, Basilej, Ženeva, Lucern a Lausanne. Na začátku roku 2009 přešel magistrát Osla na bioplyn 80 městských autobusů. Náklady na bioplyn jsou 0,4–0,5 eur za 1 litr ekvivalentu benzínu.
Dne 18. února 2011 podepsal Nikolaj Ljamov, náměstek moskevského primátora pro dopravu a rozvoj silnic dekret o postupném převedení autobusů hlavního města na provoz na stlačený zemní plyn s environmentálními charakteristikami ne nižšími než environmentální třída 4. Co je bioplyn a čím se liší od zemního plynu: bioplyn je z 60 % metan a 40 % CO2 a zemní plyn je z 90 % metan a 10 % CO2. Bioplyn je podobný zemnímu plynu. Po vyčištění od CO2 je to jeho analog. Hlavními výhodami bioplynu jsou cena a nevyčerpatelnost. Například cena bioplynu z hnoje je pouze 30 dolarů za 1 tisíc m3. Bioplynová stanice je nevyčerpatelná plynová studna.
Lídrem v oblasti bioplynu je Německo. Dnes tam funguje přibližně 6 tisíc bioplynových stanic. Byly postaveny v průběhu posledních deseti let. Potenciál německého bioplynového průmyslu se odhaduje na 100 miliard kWh energie do roku 2030. To je asi 10 % energetické spotřeby země. V ostatních evropských zemích je sice bioplynových stanic méně, ale také zažívá skutečný bioplynový boom. Podle prognóz bude do roku 2020 v Evropě zhruba 30 tisíc bioplynových stanic a celkový podíl alternativních paliv bude činit 20 %, z toho bioplyn bude tvořit zhruba třetinu.
Bioplyn je směs metanu a oxidu uhličitého vznikající při anaerobní digesci. Vzhledem k tomu, že 2/3 bioplynu tvoří metan, hořlavý plyn, který tvoří základ zemního plynu, jeho energetická hodnota (měrné spalné teplo) je 60–70 % energetické hodnoty zemního plynu, tedy asi 7 tisíc kcal na m3. . 1 m3 bioplynu také odpovídá 0,7 kg topného oleje a 1,5 kg palivového dřeva. Výkon bioplynových stanic se pohybuje od 1 kW (domácí instalace) až po několik desítek MW.
V alternativní energetice zaujímá zvláštní místo výroba bioplynu metodou metanového kvašení biomasy (organický, zemědělský a domovní odpad). Zbytky vzniklé při procesu výroby bioplynu obsahují značné množství organické hmoty a lze je použít jako hnojivo. Anaerobní zpracování živočišných a rostlinných odpadů umožňuje získat hotová minerální hnojiva s vysokým obsahem dusíkatých a fosforových složek. Všimněte si, že při tradičním způsobu přípravy organických hnojiv kompostováním se ztrácí až 30–40 % dusíku.
Výroba bioplynu je ekonomicky proveditelná a výhodná při zpracování odpadních toků. Za prvé, hospodárnost spočívá ve volných surovinách – odpadech. Dokud bude lidstvo existovat, bude odpad. Bioplynová stanice může nahradit veterinární a hygienické zařízení, tj. mršina může být recyklována na bioplyn namísto výroby masokostní moučky. Důležité také je, že bioplynové stanice mohou být umístěny v jakémkoli regionu země a nevyžadují výstavbu drahých plynovodů a složité infrastruktury. Celkem se v současnosti ve světě používá nebo vyvíjí asi 60 druhů bioplynových technologií pro zpracování organických odpadů.
Bioplynová stanice je staveniště, jako kotelna. Stavba vyžaduje zpracování projektové dokumentace a absolvování povolovacího řízení. Vše je úplně stejné jako při každé stavbě.
Existují průmyslové a řemeslné instalace. Průmyslová zařízení se od řemeslných liší přítomností mechanizace, topných systémů, homogenizace a automatizace.
Dobrá bioplynová stanice musí mít potřebné části: homogenizační nádrž, nakladač pevných (kapalných) surovin, reaktor, míchačky, zásobník plynu, systém míchání a ohřevu vody, plynový systém, čerpací stanici, separátor , řídicí zařízení, instrumentace a vizualizace, zabezpečovací systém.
V roce 2010 se na farmě v regionu Kaluga objevila stavba, jaká v Rusku nebyla k vidění: bioplynová stanice – bezodpadová výroba. Jeho výstavba se podle odhadů vrátí za 3 roky. Uvažujme o návrhu komplexu pro zpracování organického odpadu na příkladu závodu v regionu Kaluga. Nádrže pro bioplynovou stanici vyvinuli evropští specialisté z německého koncernu Lipp, který působí na světovém trhu zhruba 40 let.
Instalace kontejnerů požadované velikosti byla provedena z ocelové pásky přímo na místě pomocí mobilních instalačních zařízení. Okraje pásové oceli jsou vzájemně vyztuženy speciálním ohybem – jedná se o tzv. spojovací systém – dvojitý ohyb. Takto spojené ocelové pásy jsou co nejtěsnější. Tato technologie nám umožňuje poskytovat vysoce funkční a rychle postavené kovové konstrukce. Efektivitu této technologie umocňuje hladký vnitřní povrch dvouvrstvého materiálu. Použití kombinovaného dvouvrstvého materiálu nerezové a pozinkované oceli spolehlivě zajišťuje odolnost proti korozi uvnitř nádoby.
Likvidace hnoje probíhá následovně: biomasa vstupuje do podzemního zásobníku homogenizátoru. Tam se důkladně promíchá a zhomogenizuje, tzn. přechází v homogenní hmotu. Ze skladovací nádrže vstupují suroviny do fermentorů. Ve dvou nádržích o celkovém objemu cca 3 m600 při teplotě 3–35°C dochází ke fermentaci metanu a akumulaci bioplynu. Sklad homogenizátoru a fermentory jsou stejně jako ostatní kontejnery bioplynové stanice postaveny technologií německého koncernu Lipp. Tato technologie byla implementována ve většině továren po celé Evropě. Bioplyn akumulovaný ve fermentorech vstupuje do tepelného agregátu, který vyrobí až 40 kWh elektrické energie a 160 kWh tepelné energie, tedy celkem 240 5 kW za den. Tato energie postačí k udržení tepla v areálu celého dobytčího areálu v zimním období.
Dále biomasa z fermentorů vstupuje do nádrží pro skladování organické hmoty. Odtud se toto nejcennější hnojivo dostává na zemědělská pole. Hnojiva získaná v biochemickém závodě jsou kvalitnější než tradiční organická hnojiva, jako je humus, hnůj a rašelina. Mezi výhody patří absence patogenní mikroflóry, semen plevelů, přítomnost aktivní mikroflóry, absence adaptačního období, maximální uchování a akumulace dusíku a také 100% asimilace rostlinami.
Dalším příkladem ruských zkušeností je region Volgograd, kde v roce 2009 aktivně začali zavádět technologie využívající tři hlavní typy obnovitelných zdrojů energie: slunce, vítr a bioplyn. Projekt se začal realizovat na úkor mimorozpočtových prostředků přidělených radou energetických úspor v krajské správě. Bioplynová stanice byla zakoupena od Všeruského institutu elektrifikace zemědělství.
K plošnému zavedení bioplynových technologií pro zpracování organického odpadu v Rusku, SNS a pobaltských zemích zatím nedošlo. V Rusku je počet funkčních bioplynových stanic několik desítek. Pro srovnání, v Číně před 10 lety fungovalo více než 10 milionů malých bioplynových stanic, které zásobovaly palivem přibližně 60 milionů rolníků.
Rusko ročně shromažďuje až 300 milionů tun suchého ekvivalentního organického odpadu: 250 milionů tun v zemědělské produkci, 50 milionů tun ve formě domovního odpadu. Tyto odpady lze využít jako surovinu pro výrobu bioplynu. Potenciální objem vyprodukovaného bioplynu ročně by mohl být 90 miliard m³.
