Як всім відомо, нормальна температура тіла у ссавців на Землі лежить в діапазоні 35-400C. Наприклад, для людини це 36,60C. Звідси стає зрозуміло, чому більшість біогазових установок працюють в мезофільному режимі при температурі реакції 37-380С.
До речі, бактерії, що працюють в двох перших фазах, ефективніше функціонують при температурах психрофільні режиму. Тому існує технологія двухстадийного анаеробного бродіння, коли реакція відбувається в двох послідовно з'єднаних ємностях. У першій ємності відбуваються дві перші фази анаеробного бродіння при температурі 250C. У другій ємності відбуваються третя і четверта фази при температурі 37-380C. Таке рішення дозволяє оптимізувати і стабілізувати перебіг процесу для деяких типів сировини.
До сих пір немає єдиної думки з приводу того, які бактерії працюють на третій і четвертій фазах в різних температурних режимах. Одні стверджують, що це різні види бактерій. У реальному світі вони є всюди, але активізуються, тільки потрапивши в сприятливі умови. Інша теорія говорить, що це одні і ті ж бактерії пристосовуються до різних температур і працюють в різних режимах метаболізму.
Якщо взяти будь-яке підходяще органічна сировина, помістити його в відповідну герметичну ємність з газовідводом і забезпечувати підтримання стабільної температури відповідного режиму та періодичне перемішування, то вийде лабораторна біогазова установка з одноразовою завантаженням. Графік залежності швидкості виділення біогазу від колишніх часів бродіння буде виглядати у вигляді плавного горба. Це легко пояснити. Спочатку починаються перші стадії бродіння, а потім вже в дію вступають останні стадії. Але кількість органічної сировини в лабораторному реакторі обмежена. Ця речовина розкладається, кількість неразложенном органіки зменшується, і вихід біогазу падає. Поступово вихід впаде до нуля. Це буде означати, що вся органіка в сировину розклалася до неорганічних солей. Процес повного розкладання навіть в термофільному займає дуже значний час. У мезофільному режимі цей час вимірюється місяцями. Однак, якщо взяти до уваги тільки значення виходу біогазу, близькі до максимальних, то такий час буде лежати в діапазоні двох-чотирьох тижнів для мезофильного режиму. Час це залежить від складу вихідної сировини і називається тривалістю циклу анаеробного бродіння. Природно, що якщо зупинити бродіння в кінці цього циклу, то в реакторі залишиться частково розкладена органіка. Зазвичай глибина розкладання органіки в кінці циклу становить 40-60%. Це означає, що в кінцевому субстраті маса органіки становить 40-60% від маси органіки в субстраті, яким був спочатку заповнений реактор. На таке «недображіваніе» йдуть свідомо з метою отримання максимальної швидкості виходу біогазу та мінімізації розмірів біогазової установки.
Зазвичай біогазові установки не працюють так, як в лабораторії. У них відразу закладають повну порцію сировини, щоб заповнити реактор. Потім, коли реакція починається і стабілізується, сировину додають регулярно невеликими порціями, одночасно зливаючи перебродила масу. Тому поняття тривалості циклу для них замінюється поняттям «часу гідравлічного перебування» в реакторі. Це умовна величина, яка характеризує середній час, який проведе в реакторі чергова порція свіжого субстрату.
3. Поширені помилки.
За тривалий час спілкування з «чайниками» в технологіях анаеробного бродіння зібралася колекція найпоширеніших помилок на тему біогазу і біогазових установок. Спробуємо проаналізувати їх тут.
Перше і найпоширеніша помилка - це коли «чайники» вважають, що біогазова установка призначена для отримання енергії, і що вони себе за допомогою біогазової установки цієї самої енергією дешево забезпечать. Насправді, біогазова установка призначена в першу чергу для утилізації шкідливих для навколишнього середовища органічних відходів і перетворення їх в корисне і ефективне органічне біодобриво. Енергія - побічний продукт роботи біогазової установки. Тому, якщо у Вас немає стабільного джерела достатньої кількості безкоштовних або дешевих органічних відходів, не варто замислюватися про біогазову установку. Купуйте краще дров або вугілля, дешевше і простіше вийде.
Друга помилка - це те, що біогазова установка нібито може представляти якусь небезпеку для оточуючих. Звичайно, абсолютно безпечною її назвати не можна так само, як і будь-який інший технічний пристрій. Але реактор БГУ не може вибухнути від високого тиску, тому що відносне тиск в ньому не перевищує сотих часток атмосфери. Біогаз в газгольдері не може вибухнути, тому що він не змішаний з повітрям, і, навіть якщо якимось дивом всередині газгольдера проскочить іскра, вона нічого не зможе запалити. У вихідному шламі з реактора немає хвороботворних бактерій, немає яєць глистів і схожих насінин бур'янів. Висушений і подрібнений в борошно шлам навіть застосовують в якості кормової добавки для худоби. Витік біогазу в провітрюваному приміщенні або на відкритому повітрі не призведе до отруєння або задухи оточуючих, так як біогаз швидко випарується в повітря.
Третє оману - це те, що харчових відходів і стоків туалету звичайної сім'ї вистачить для обігріву приватного будинку. Якби все було так чудово просто, то енергетичні компанії не правили б світом. У подальших розділах буде показано, скільки біогазу можна отримати з певної кількості сировини і чому. Але фактично, біогазова установка - це сільськогосподарська техніка, бо тільки в сільському господарстві і харчовій промисловості може виникати достатню кількість органічних відходів для того, щоб економічно виправдати доцільність їх переробки методом анаеробного бродіння.
Тепло для обігріву будинку отримати можна, але не завжди і за умови гарної теплоізоляції цього будинку. Треба пам'ятати, що теплотворна здатність біогазу становить близько 2/3 теплотворної здатності природного газу, тому для обігріву біогазу треба в 1,5 рази більше, ніж природного газу.
Для автомобіля з бензиновим двигуном після доповнення спеціальними системами можна застосовувати в якості палива метан. Зазвичай природний газ (що складається більш, ніж на 90% з метану) стискають до тиску 200 атм і заповнюють балони. Один або кілька таких балонів розміщується в автомобілі, двигун якого працює на такому паливі. Біогаз же має набагато більшу кількість домішок, ніж природний газ. Тому під нього потрібно спеціально налаштовувати двигун внутрішнього згоряння. Також біогаз неможливо безпосередньо стиснути до 200 атм через високий вміст вуглекислого газу. У першому розділі я не дарма вказав характеристики вуглекислого газу. При такому тиску вуглекислий газ затвердіє. А якщо обмежитися стисненням до 5 атм, то в балони поміститься занадто маленький запас палива. А завдання очищення біогазу від вуглекислого газу (доведення до стану «биометана») дуже непроста й недешева. Промислові пристрої очищення розраховані на великі переробляються обсяги і стоять багато сотень тисяч USD.
П'яте оману - це коли люди вважають, що досить викопати яму, зміцнити стінки, загерметизувати звід і засипати в цю яму гній, траву і листя, і виділеним біогазом можна буде всю зиму опалювати житло. Думка таке не виникло на порожньому місці, а базується на гуляють в мережі Інтернет картинках китайських / в'єтнамських / індійських / африканських біогазових установок ямного типу і маревному творі якогось журналіста про нібито успішний вищеописаний досвід десь в Росії. Всім стражденним слід звернути увагу, що всі реально експлуатуються біогазові установки ямного типу знаходяться в країнах з теплим кліматом. Ніхто не чув про мільйон установок, ну хоча б в Туреччині? Але ж там уже відносно тепло!
Справа в тому, що прості установки у вигляді армованої ями в землі практично ніяк не теплоізольовані від грунту, в якому вони розташовані. У більшості випадків грунт цей вологий. Тому майже завжди грунт є хорошим провідником тепла. А температура грунту в таких країнах, як Україна, Білорусія, Росія на глибині понад 1 м круглий рік становить близько 100C. Вище я написав, що психрофільні режим починається з 150C. А реально помітний вихід біогазу в психрофільні режимі починається після досягнення субстратом температури 200C. В описаних вище теплих країнах грунт зазвичай прогрітий на глибину кілька десятків метрів до температури 20-300C. Тому, якщо в цих країнах грунт діє, як безкоштовний нагрівач, то в наших широтах грунт діє, як холодильник. Навіть якщо підігрівати субстрат, то через високу теплопровідності грунту ми буде просто гріти навколишній грунт.
Питання кілька риторичне. Можливо, треба було б запитати: «Кому це можна?» Але не можна тиснути ентузіазм в зародку. Тому тут я опишу, кому, в першу чергу, є сенс подумати про створення та експлуатації біогазової установки.
Відповідь досить простий. Думати про анаеробної переробки органічної сировини слід того, у кого це сировина утворюється регулярно, дешево і в достатніх кількостях. Майже напевно при цьому існує проблема утилізації такої сировини, тому що дуже часто це сировина являє собою небезпеку для навколишнього середовища. Рішення завдання утилізації цієї сировини відразу ж мінімізує витрати або взагалі позбавляє від витрат на таку утилізацію. Це перша і головна причина для створення біогазової установки. Другий спонукальною причиною є енергія, яку можна отримати в процесі анаеробного бродіння органічної сировини. Зазвичай цей фактор виносять на перше місце. Ну і третє - це отримання з шкідливих для екології органічних відходів надзвичайно корисного органічного біодобрива.
Залежно від щодоби утворюється порції сировини можна думати про створення малої, середньої або великої біогазової установки. Такий поділ за розмірами - досить умовно. Швидше, варто ділити установки по функціональності і ступеня автоматизації. Але цілком природно, коли більші за розмірами і пропускної здатності біогазові установки наділяють додатковими функціями і мінімізують застосування праці людини для їх обслуговування.
Наявність сировини - необхідна умова, але недостатня. Ще знадобиться майданчик для розміщення біогазової установки. Рідко вдається створити настільки мобільний конструкцію, щоб без великих зусиль і затрат мати можливість демонтувати і переміщати установку на інше місце. Тому дуже важливо, щоб місце майбутнього розміщення установки було в Вашої власності або ж у довгостроковій оренді. Чим більше розмір майбутньої установки, тим з більшим ступенем імовірності Вам знадобляться офіційні дозволи на розміщення такого об'єкта. Значить, ділянка повинна знаходитися в такій зоні, де дозволено промислове будівництво, і мати відповідний статус. До ділянки повинні бути підведені комунікації, в залежності від конструкції майбутньої установки і типу сировини. Зазвичай потрібні підведення електроенергії, технічної води, іноді природного газу, відведення каналізації. Для великої установки дуже не завадять хороші під'їзні шляхи.