Биогазовые технологии: российские перспективы

Генераторы энергии, работающие на биогазе, по своей экономической эффективности могут оказаться далеко впереди технологий использования традиционных энергоресурсов, и возобновляемых, и невозобновляемых.

Биогаз образуется путем анаэробного, то есть без доступа воздуха, разложения органики различного происхождения (отходы пищевой промышленности, навоз, любые биологические отходы). Состав биогаза – метан (СН4, 50-70%) и углекислота (CO2, 30-50%). Области применения биогаза – получение тепловой и электрической энергии. На данный момент в балансе многих стран Европы биогаз занимает долю в 3-4%, а в Австрии, Швеции и Финляндии, благодаря стимулированию биоэнергетики со стороны правительств, эта доля достигает 15-20%. В Китае, к примеру, уже работает 12 миллионов «дворовых» установок на биогазе, которые являются источником газа для кухонных плит. В Индии и Африке эта технология также получила широкое распространение. А вот в России подобные установки пока еще крайне редки, хотя исследования по данному вопросу были начаты еще в 40-х годах прошлого века. Со временем эти работы были приостановлены.

Несмотря на это, можно утверждать, что сегодня в России интерес к биогазу растет. Особенно это касается сельхозпроизводителей. Ряд агропромышленных предприятий уже выполняют заказы по строительству установок, производящих биогаз. То есть происходит процесс перехода данной технологии из разряда опытно-экспериментального в готовый коммерческий продукт. 
По своей сути эта технология достаточно проста: органическое сырье (биоотходы, навоз и т.п.) подаются в резервуар-реактор, где обеспечивается процесс ферментации. Для того чтобы этот процесс протекал стабильно, в реакторе необходимо поддерживать постоянную температуру, а также постоянно перемешивать его содержимое. При этом необходимо полностью оградить реактор от доступа воздуха из внешней среды.

Процессом ферментации управляют бактерии, которые попадают в установку вместе с исходным сырьем. Иногда их вводят искусственно, один раз в момент запуска реактора. Верхняя часть установки – газгольдер – служит для накопления и хранения биогаза. В нижней части предусмотрен отсек для «перебродившей» биомассы, которая является практически готовым органическим удобрением.
Существует три основных температурных режима, обеспечивающих процесс ферментации:

- термофильный (50-57 °C);
- мезофильный (32-42 °C);
- психофильный (до 25 °C).

Поскольку биогаз состоит из метана и углекислого газа, их можно разделить и использовать метан как обычный природный газ. Но все же, обычно биогаз используется без сепарации в установках, которые спроектированы специально под этот вид топлива. При этом подача газа происходит непосредственно из газгольдера. Биогаз можно использовать в газопоршневых двигателях, газовых турбинах или бойлерных установках. Как правило, энергетические установки на биогазе работают в режиме когенерации, то есть одновременно производят и тепло, и электроэнергию. При этом наивысшие показатели КПД достигаются в газопоршневых установках. Они имеют намного более высокую эффективность, чем газотурбинные. Установки, использующие принцип тригенерации (электроэнергия, тепло, холод) пока не очень развиты, хотя перспективы в этом направлении у биогаза очень неплохие. Более того, идеальным вариантом могла бы быть «пентагенерация», когда в одной установке производится тепло, холод, электричество, «сухой лед» и удобрения. Причем «сухой лед» можно получать путем сепарации биогаза на углекислоту и метан в контакторах мембранного типа, позволяющих получить технически чистые метан и СО2. Подобные установки уже отрабатывались в Одессе на станциях Министерства обороны СССР в 80-х годах прошлого столетия.

Сырье для таких биогазовых установок можно брать в достаточном количестве на станциях очистки сточных вод, на городских свалках, на сельскохозяйственных предприятиях (коровниках, птицефабриках, свинофермах). Они же могут быть и основными потребителями биогазовых установок. Так, из одной тонны навоза крупного рогатого скота получается от 30 до 50 кубометров биогаза с долей метана 60%. Таким образом, одна корова способна дать 2.5 кубометра биогаза в сутки, а этого количества хватит для выработки 2 кВт электроэнергии. При этом  на выходе получается готовое органическое удобрение, которое является дополнительным фактором экономической целесообразности и эффективности технологии.

Простейшие расчеты показывают, что стадо из 900 коров в режиме производства тепла и электричества позволяют добиться окупаемости биогазовой установки за 5-7 лет, а если при этом учитывать стоимость побочного продукта – удобрений, то срок окупаемости сокращается более чем в два раза – до 2.5 лет. При этом, по утверждениям специалистов, полученный биогумус представляет собой экологически чистое удобрение, не содержащее нитратов и нитритов, семян сорняков, специфических запахов и болезнетворной микрофлоры. Расход этого удобрения – 1-5 тонн на один гектар (для сравнения: необработанный навоз вносят из расчета 60 тонн на гектар).  При этом испытания показали увеличение урожайности в 2-4 раза.

По материалам energyland.info