Jedním z problémů, které je třeba v zemědělství vyřešit, je likvidace hnoje a rostlinného odpadu. A to je poměrně vážný problém, který vyžaduje neustálou pozornost. Recyklace vyžaduje nejen čas a úsilí, ale také značné částky. Dnes existuje alespoň jeden způsob, jak tuto bolest hlavy proměnit ve zdroj příjmu: zpracování hnoje na bioplyn. Technologie je založena na přirozeném procesu rozkladu hnoje a rostlinných zbytků díky bakteriím, které obsahují. Celý úkol spočívá ve vytvoření speciálních podmínek pro co nejúplnější rozklad. Těmito podmínkami jsou nepřítomnost přístupu kyslíku a optimální teplota (40-50 o C).
Každý ví, jak se hnůj nejčastěji likviduje: dávají ho na hromady, pak ho po vykvašení vyvezou na pole. Vzniklý plyn se v tomto případě uvolní do atmosféry a unikne tam i 40 % dusíku obsaženého ve výchozí látce a většina fosforu. Výsledné hnojivo má k ideálu daleko.
Jak můžete zorganizovat zpracování hnoje na bioplyn?
Pro získání bioplynu je nutné, aby proces rozkladu hnoje probíhal bez přístupu kyslíku, v uzavřeném objemu. V tomto případě zůstává ve zbytkovém produktu dusík i fosfor a plyn se hromadí v horní části nádoby, odkud jej lze snadno odčerpat. Zdroje zisku jsou dva: samotný plyn a účinné hnojivo. Kromě toho je hnojivo nejvyšší kvality az 99 % bezpečné: většina patogenních mikroorganismů a vajíček hlístů zahyne a semena plevelů obsažená v hnoji ztratí svou životaschopnost. Existují dokonce linky na balení tohoto zbytku.
Druhým předpokladem pro proces zpracování kejdy na bioplyn je udržování optimální teploty. Bakterie obsažené v biomase jsou při nízkých teplotách neaktivní. Začínají působit při okolní teplotě +30 o C. Navíc hnůj obsahuje dva druhy bakterií:
- mezofilní – rozmnožují se při teplotách od +30 o C do +40 o C;
- teplomilné – pro jejich aktivní růst je nutná teplota od +50 o C do +60 o C.
Nejúčinnější jsou termofilní zařízení s teplotami od +43 o C do +52 o C: v nich se hnůj zpracovává po dobu 3 dnů a výstup z 1 litru užitné plochy bioreaktoru je až 4,5 litru bioplynu (tj. maximální výkon). Ale udržování teploty +50 o C vyžaduje značný energetický výdej, který není rentabilní v každém klimatu. Bioplynové stanice proto často pracují při mezofilních teplotách. V tomto případě může být doba zpracování 12-30 dní, výtěžnost je přibližně 2 litry bioplynu na 1 litr objemu bioreaktoru.
Složení plynu se liší v závislosti na surovinách a podmínkách zpracování, ale je přibližně následující: metan – 50-70%, oxid uhličitý – 30-50% a obsahuje také malé množství sirovodíku (méně než 1 %) a velmi malá množství amoniaku, vodíku a sloučenin dusíku. V závislosti na konstrukci zařízení může bioplyn obsahovat značné množství vodní páry, což bude vyžadovat sušení (jinak prostě nebude hořet). Jak vypadá průmyslová instalace, ukazuje video.
Dá se říci, že jde o celý závod na výrobu plynu. Ale pro soukromou farmu nebo malou farmu jsou takové objemy k ničemu. Nejjednodušší zařízení na výrobu bioplynu je snadné vyrobit vlastníma rukama. Otázka však zní: Kam by měl být bioplyn poslán dál? Spalné teplo vzniklého plynu je od 5340 kcal/m3 do 6230 kcal/m3 (6,21 – 7,24 kWh/m3). Lze jej tedy dodávat do plynového kotle pro výrobu tepla (topení a ohřev vody), nebo do zařízení na výrobu elektřiny, do plynového sporáku atd. Takto využívá hnůj ze své křepelčí farmy Vladimír Rašin, projektant bioplynové stanice.
Ukazuje se, že pokud máte alespoň slušné množství hospodářských zvířat a drůbeže, můžete plně pokrýt potřeby své farmy na teplo, plyn a elektřinu. A pokud instalujete plynové instalace na auta, pak bude také poskytovat palivo pro vozový park. Vzhledem k tomu, že podíl energetických zdrojů na výrobních nákladech je 70-80%, můžete ušetřit pouze na bioreaktoru a pak vydělat spoustu peněz. Níže je screenshot ekonomického výpočtu rentability bioplynové stanice pro malou farmu (stav k září 2014). Farma se nedá nazvat malou, ale rozhodně není ani velká. Omlouváme se za terminologii – to je autorův styl.
Toto je přibližný rozpis požadovaných nákladů a možných výnosů Schémata pro domácí bioplynové stanice
Schémata domácích bioplynových stanic
Nejjednodušším schématem bioplynové stanice je uzavřená nádoba – bioreaktor, do které se nalévá připravená kejda. Podle toho je zde poklop pro nakládání hnoje a poklop pro vykládání zpracovaných surovin.
Nejjednodušší schéma bioplynové stanice bez jakýchkoli zvonků a píšťalek
Nádoba není zcela naplněna substrátem: 10-15 % objemu by mělo zůstat volných pro sběr plynu. Výstupní potrubí plynu je zabudováno do víka nádrže. Vzhledem k tomu, že výsledný plyn obsahuje poměrně velké množství vodní páry, nebude v této formě hořet. Proto je nutné jej protáhnout vodním uzávěrem, aby se vysušil. V tomto jednoduchém zařízení bude většina vodní páry kondenzovat a plyn bude dobře hořet. Poté je vhodné plyn očistit od nehořlavého sirovodíku a teprve poté jej lze přivádět do plynojemu – nádoby na sběr plynu. A odtud může být distribuován spotřebitelům: přiváděn do kotle nebo plynové trouby. Podívejte se na video, abyste viděli, jak vyrobit filtry pro bioplynovou stanici vlastníma rukama.
Velké průmyslové instalace jsou umístěny na povrchu. A to je v zásadě pochopitelné – objem zemních prací je příliš velký. Ale na malých farmách je mísa bunkru pohřbena v zemi. To vám za prvé umožňuje snížit náklady na udržování požadované teploty a za druhé, na soukromém dvorku je již dostatek všech druhů zařízení.
Kontejner může být odebrán hotový nebo vyrobený z cihel, betonu atd. ve vykopané jámě. V tomto případě se ale budete muset postarat o těsnost a nepropustnost vzduchu: proces je anaerobní – bez přístupu vzduchu, proto je nutné vytvořit vrstvu neprostupnou pro kyslík. Struktura se ukazuje jako vícevrstvá a výroba takového bunkru je dlouhý a nákladný proces. Proto je levnější a jednodušší hotovou nádobu zakopat. Dříve to byly nutně kovové sudy, často vyrobené z nerezové oceli. Dnes, s příchodem PVC kontejnerů na trh, je můžete použít. Jsou chemicky neutrální, mají nízkou tepelnou vodivost, dlouhou životnost a jsou několikanásobně levnější než nerez.
Bioreaktor nemusí být pohřben. Toto je velmi dobrá volba a je vhodná na údržbu. Ale v zimě budete muset přijmout další izolační opatření. A plyn je odváděn do speciálních vaků plynových nádrží
Ale výše popsaná bioplynová stanice bude mít nízkou produktivitu. Pro aktivaci procesu zpracování je nutné aktivní míchání hmoty umístěné v násypce. V opačném případě se na povrchu nebo v tloušťce substrátu tvoří krusta, která zpomaluje proces rozkladu a na výstupu se tvoří méně plynu. Míchání se provádí jakýmkoli dostupným způsobem. Například, jak je ukázáno na videu. V tomto případě lze provést jakýkoli pohon.
Existuje ještě jeden způsob promíchání vrstev, který je však nemechanický – barbitace: vzniklý plyn je pod tlakem přiváděn do spodní části nádoby s hnojem. Plynové bubliny stoupající vzhůru rozbijí kůru. Vzhledem k tomu, že je dodáván stejný bioplyn, nedojde k žádným změnám podmínek zpracování. Také tento plyn nelze považovat za spotřebu – opět skončí v plynojemu.
Jak bylo uvedeno výše, dobrý výkon vyžaduje zvýšené teploty. Abyste za udržování této teploty neutratili příliš mnoho peněz, musíte se postarat o izolaci. Jaký typ tepelného izolantu zvolit, je samozřejmě na vás, ale dnes je nejoptimálnější pěnový polystyren. Nebojí se vody, netrpí houbami a hlodavci, má dlouhou životnost a vynikající tepelně izolační vlastnosti.
Pro zvýšení teploty podkladu je vhodná jakákoli technologie ohřevu. Je důležité dosáhnout požadované teploty. Na tom závisí účinnost instalace
Tvar bioreaktoru může být různý, ale nejběžnější je válcový. Není to ideální z hlediska náročnosti míchání substrátu, ale používá se to častěji, protože lidé nasbírali se stavbou takových nádob mnoho zkušeností. A pokud je takový válec rozdělen přepážkou, pak je lze použít jako dvě samostatné nádrže, ve kterých se proces posouvá v čase. V tomto případě lze do přepážky zabudovat topné těleso a vyřešit tak problém udržení teploty ve dvou komorách najednou.
Pokud je běžný válec rozdělen svislou přepážkou, můžete získat dvě komory pro zpracování
V nejjednodušší verzi jsou domácí bioplynové stanice obdélníková jáma, jejíž stěny jsou vyrobeny z betonu a pro těsnost jsou ošetřeny vrstvou skelných vláken a polyesterové pryskyřice. Tato nádoba je opatřena víkem. Použití je extrémně nepohodlné: zahřívání, míchání a odstraňování fermentované hmoty je obtížné realizovat a je nemožné dosáhnout úplného zpracování a vysoké účinnosti.
Bioplynová stanice udělej si sám: výkresy instalace výkopového typu
O něco lepší je situace u zákopových bioplynových úpraven kejdy. Mají zkosené hrany, což usnadňuje nakládání čerstvého hnoje. Pokud uděláte dno ve spádu, tak se fermentovaná hmota samospádem posune na jednu stranu a bude se snáze vybírat. V takových instalacích je nutné zajistit tepelnou izolaci nejen stěn, ale i víka. Realizovat takovou bioplynovou stanici vlastníma rukama není těžké. Nelze v něm ale dosáhnout úplného zpracování a maximálního množství plynu. I s topením.
Základní technické problémy byly vyřešeny a nyní znáte několik způsobů, jak postavit zařízení na výrobu bioplynu z hnoje. Stále existují technologické nuance.
Co lze recyklovat a jak dosáhnout dobrých výsledků
Hnůj jakéhokoli zvířete obsahuje organismy nezbytné pro jeho zpracování. Bylo zjištěno, že na fermentačním procesu a produkci plynu se podílí více než tisíc různých mikroorganismů. Nejdůležitější roli hrají metanotvorné látky. Předpokládá se také, že všechny tyto mikroorganismy se nacházejí v optimálních poměrech v dobytčím hnoji. V každém případě při zpracování tohoto druhu odpadu v kombinaci s rostlinnou hmotou se uvolňuje největší množství bioplynu. V tabulce jsou uvedeny průměrné údaje pro nejběžnější druhy zemědělského odpadu. Vezměte prosím na vědomí, že toto množství plynu lze získat za ideálních podmínek.
Množství bioplynu, které lze získat z různých surovin
Pro dobrou produktivitu je nutné udržovat určitou vlhkost podkladu: 85-90%. Musí se ale používat voda, která neobsahuje cizí chemikálie. Rozpouštědla, antibiotika, detergenty atd. mají negativní vliv na procesy. Také, aby proces probíhal normálně, kapalina by neměla obsahovat velké úlomky. Maximální velikosti fragmentů: 1*2 cm, menší jsou lepší. Pokud tedy plánujete přidat bylinné přísady, musíte je namlít.
Pro normální zpracování v substrátu je důležité udržovat optimální hodnotu pH: v rozmezí 6,7-7,6. Prostředí má obvykle normální kyselost a jen občas se kyselinotvorné bakterie vyvíjejí rychleji než bakterie tvořící metan. Pak se prostředí stává kyselým, produkce plynu klesá. Pro dosažení optimální hodnoty přidejte do substrátu běžné vápno nebo sodu.
Tabulka ukazuje složení, která zvyšují množství uvolněného plynu
Nyní něco málo k času potřebnému ke zpracování hnoje. Obecně platí, že doba závisí na vytvořených podmínkách, ale první plyn může začít proudit již třetí den po začátku fermentace. Nejaktivnější tvorba plynu nastává, když se hnůj rozloží o 30–33 %. Abyste měli představu o čase, řekněme, že po dvou týdnech se substrát rozloží o 20–25 %. To znamená, že optimálně by zpracování mělo trvat měsíc. V tomto případě je hnojivo nejvyšší kvality.
Výpočet objemu zásobníku pro zpracování
Pro malé farmy je optimální instalace konstantní – to znamená, že se čerstvý hnůj denně dodává v malých dávkách a ve stejných dávkách se odstraňuje. Aby proces nebyl narušen, podíl denní zátěže by neměl přesáhnout 5 % zpracovávaného objemu.
Domácí zařízení pro zpracování hnoje na bioplyn nejsou vrcholem dokonalosti, ale jsou docela efektivní
Na základě toho snadno určíte potřebný objem nádrže pro domácí bioplynovou stanici. Denní objem chlévské mrvy z vaší farmy (již ve zředěném stavu s vlhkostí 85-90%) je potřeba vynásobit 20 (to je pro mezofilní teploty, pro teplomilné budete muset násobit 30). K výslednému číslu je třeba přidat dalších 15-20% – volný prostor pro sběr bioplynu pod kopulí. Znáte hlavní parametr. Veškeré další náklady a parametry systému závisí na tom, jaké schéma bioplynové stanice je pro realizaci zvoleno a jak vše uděláte. Je docela možné vystačit si s improvizovanými materiály, nebo si můžete objednat instalaci na klíč. Vývoj továrny bude stát od 1,5 milionu eur, instalace z Kulibinů budou levnější.
Právní odbavení
Instalace bude muset být koordinována s SES, plynárenskou inspekcí a hasiči. Budete potřebovat:
- Technologické schéma instalace.
- Plán rozmístění zařízení a komponentů s ohledem na samotnou instalaci, místo instalace tepelné jednotky, umístění potrubí a energetických rozvodů a připojení čerpadel. Schéma by mělo označovat hromosvod a přístupové cesty.
- Pokud bude instalace umístěna uvnitř, pak bude nutný i plán větrání, který zajistí minimálně osminásobnou výměnu veškerého vzduchu v místnosti.
Jak vidíme, bez byrokracie se zde neobejdeme.
Mít zdroj energie je hřích jej nevyužít
Na závěr něco málo o výkonu instalace. V průměru za den vyrobí bioplynová stanice objem plynu dvojnásobek užitečného objemu zásobníku. To znamená, že 40 m 3 kejdy vyprodukuje 80 m 3 plynu za den. Přibližně 30 % bude vynaloženo na zajištění samotného procesu (hlavní nákladovou položkou je vytápění). Tito. na výstupu obdržíte 56 m 3 bioplynu za den. Podle statistik je k pokrytí potřeb tříčlenné rodiny a vytápění průměrně velkého domu potřeba 10 m 3 . V čistém zůstatku máte 46 m3 za den. A to s malou instalací.
Výsledky
Investicí určité finanční částky do zřízení bioplynové stanice (ať už vlastníma rukama nebo na klíč) uspokojíte nejen vlastní potřeby a potřeby tepla a plynu, ale budete moci prodávat plyn, stejně jako vysoce kvalitní hnojiva vzniklá zpracováním.
