Результати дослідження…………………………………………. 11
Сучасне становище в енергетичному секторі таке, що назріває необхідність зупинити нестримне споживання викопних ресурсів, запаси яких обмежені. Багато підрозділів енергетичного господарства займаються пошуками альтернативних джерел енергії.
Актуальність роботи полягає в тому, що необхідно не тільки знайти нове джерело палива, але і знизити зростання забруднення навколишнього середовища. Зараз відомо, що доступним і відновлюваних сировиною для виробництва моторного палива є біомаса рослин.
Мета: отримати експериментальним шляхом біогаз з рослинних відходів.
1. Вивчити класифікацію джерел альтернативних енергії.
2. Провести експеримент на найпростішої установки для отримання біогазу в шкільних умовах.
3. Зробити висновки про доступність отримання біопалива.
Об'єкт дослідження: біогаз.
Предмет дослідження: спосіб отримання біогазу.
Гіпотеза: якщо переробляти рослинні відходи, то можна зробити біогаз доступним.
Як відомо, біомаса існує у вигляді цілого ряду форм, як, наприклад, тверда або волога біомаса, рослинне масло або цукор. Дане сировину можна перетворювати, використовуючи хімічні, термічні і биоло-ня процеси. Нарешті, біомасу і біоенергетичні джерела можна класифікувати в залежності від їх кінцевого призначення:
· Виробництво електрики і когенерація теплової та електричної енергії;
Таким чином біомасу можна умовно розділити на три основні види біо-палива: тверде (деревина, щепа, гранули, брикети), рідке (БІОДОМ-зель, етанол) і газоподібне (біогаз).
· Відкриття кожного заводу, що виробляє 150 млн етанолу, забезпечує постійною роботою 700 осіб і приносить 1.2 млн. Доларів в рік до місцевого та державного бюджетів.
· Проаналізувавши життєвий цикл етанолу, Департамент сільського госпо-ства США прийшов до висновку, що етанол виробляє 134% енергії, що витрачається при вирощуванні, збиранні та переробці кукурудзи. Бензин же повертає лише 80% енергії, використовуваної в його виробництві.
· Етанол використовувався в автомобілях ще з тих часів, коли Генрі Форд створив модель Форда Т 1908, що працює на етанолі.
Біогаз є сумішшю вуглекислого газу і метану. Найбільш поширений спосіб отримання біогазу - анаеробне зброджування в спеціальних реакторах, що дозволяє отримувати паливо за допомогою знищити-ня шкідливих речовин. Сировиною для біогазу також можуть служити будь-які орга-нічних відходи (трава, листя, гній). Енергія, що отримується при спалюючи-ванні біогазу, досягає від 60% до 90% тієї енергії, якою володів результат-ний матеріал.
Виробництво і використання біогазу для потреб людини і суспільства (виробництво електроенергії, тепла або пара, освітлення, опалення, приведе-ня в дію механізмів, автомобільне паливо) запобігає викид в атмосферу метану, який викликає парниковий ефект, а також знижує застосування хімічних добрив, скорочуючи навантаження на грунтові води. Серед промислово розвинених країн провідне місце у виробництві і використанні біогазу належить Данії - біогаз займає до 18% в її загальному енергобалансі.
Біогазова станція ZORG ™ виробляє шляхом безкисневого бродіння біогаз і біодобрива з біовідходів і енергетичних культур.
Промислова біогазова станція - це будівельний об'єкт, в якому частка обладнання становить 70-80%. Принципово - це закриті реактори, виконані з монолітного залізобетону або сталі з покриттям. Конструкція модульна з діаметром 24 м в діаметрі і 6 м висотою. При збільшенні потужності збільшується кількість реакторів. Рідкі біовідходи перекачуються на біогазову установку фекальними насосами по трубопроводу, вони потрапляють не прямо в реактор, а в попередню ємність. У цій ємності відбувається гомогенізація маси і підігрів (іноді охолодження) до необхідної температури. Тверді відходи завантажуються в спеціальний шнековий завантажувач.
З ємності гомогенізації і завантажувача твердих відходів біомаса надходить в реактор. Реактор є газонепроникним, повністю герметичним резервуаром. Ця конструкція теплоізолюється шаром утеплювача. Товщина утеплювача розраховується під кліматичні умови. Усередині реактора підтримується фіксована для мікроорганізмів температура. Температура в реакторі мезофільна (35-38 ° С). Маємо приклади застосування допоміжні реактори з термофільним режимом (близько 55 ° С). Перемішування біомаси виробляється похилими і зануреними мішалками. Матеріал всіх пристроями, - нержавіюча сталь.
Підігрів реактора ведеться теплоносієм. Система підігріву - це мережа трубок знаходяться всередині стінки реактора, або на її внутрішній поверхні. Якщо біогазова установка комплектується теплоелектрогенератор, то тепло від охолодження електростанції використовується для підігріву реактора. Якщо біогазова установка працює тільки на виробництво біогазу, тоді тепло береться від спеціально встановленого водогрійного біогазового котла. Витрати теплової та електричної енергії на потреби самої установки становлять від 5 до 10% усієї виробленої енергії. Всю роботу по сбраживанию відходів виконають анаеробні мікроорганізми. У біореактор мікроорганізми вводяться один раз при першому запуску. Реактор герметичні і доброзичливі до навколишнього середовища. На виході маємо два продукти: біогаз і біодобрива (компостований і рідкий субстрат). Біогаз зберігається в ємності для зберігання біогазу - газгольдері. Тут в газгольдері вирівнюються тиск і склад газу. З газгольдера по газовій системі йде безперервна подача біогазу в газовий або дизель-газовий теплоелектрогенератор. Газова система включає в себе осушку біогазу, очищення від сірководню і газоподготовки. Великі біогазові установки мають факельні установки. У разі, коли підприємству потрібно не електроенергія, а газ, біогазова установка комплектується системою очищення від CO2. (Додаток 1) переброджена маса - це біодобрива. Рідкі відокремлюються від твердих за допомогою сепаратора і зберігаються в ємності для зберігання біодобрива. Всією системою управляє система автоматики. Для управління досить усього 1 робітника 2 години в день. Рівень персоналу - технік.
Біогаз - загальна назва горючої газової суміші, одержуваної при розкладанні органічних субстанцій в результаті анаеробного мікробіологічного процесу (метанового бродіння).
Для ефективного виробництва біогазу з органічної сировини створюються комфотно умови для життєдіяльності декількох видів бактерій при відсутності доступу кисню.
Розрізняють фази процесу утворення біогазу:
· Гідролізна фаза-розкладання складних субстанцій (протеїни, жири, вуглеводи) на прості складові (амінокислоти, глюкозу).
· Ацетогенная фаза-органічні кислоти під дією ацетогенних бактерій перетворюються в оцтову кислоту.
· Метаногенеза-оцтова кислота розкладається на метан, вуглекислий газ і воду; водень і вуглекислий газ перетворюються в метан і воду.
Залежно від виду органічної сировини складу біогазу може змінюватися, але, в загальному випадку, до його складу входять метан (CH4, частка - 63%), вуглекислий газ (CO2, частка - 33%), невелика кількість сірководню (H2S, частка - 2%), аміаку (NH3, частка - 1%) і водню (H2, частка - 1%).
Так як біогаз на 2/3 складається з метану - горючого газу, що становить основу природного газу, його енергетична цінність (питома теплота згоряння) становить 60-70% енергетичної цінності природного газу, або близько 7000 ккал на м3. 1м3 біогазу також еквівалентний 0,7 кг мазуту і 1,5 кг дров.
Біогаз широко застосовується як пальне паливо в Німеччині, Данії, Китаї, США та інших розвинених країнах. Він подається в газорозподільні мережі, використовується в побутових цілях і в громадському транспорті. Сьогодні починається широке впровадження біогазових технологій на ринках СНД і Прибалтики.
Сирьемд ля отримання біогазу може служити широкий спектр органічних відходів - тверді і рідкі відходи агропромислового комплекс а, стічні води, тверді побутові відходи, відходи лісопромислового комплексу.
Сучасні технології дозволяють переробляти в біогаз будь-які види органічної сировини, однак найбільш ефективним є використання біогазових технологій для переробки відходів тваринницьких і птахівничих ферм, підприємств АПК і стічних вод, так як вони характеризуються постійністю потоку відходів в часі і простотою їх збору. (Додаток 2)
Біогазова установка - пристрій, що здійснює переробку органічних відходів в біогаз і органічні добрива. Біогазова станція - більш широке поняття, воно включає комплекс інженерних споруд, що складається з пристроїв для підготовки сировини, виробництва біогазу і добрив, очищення і зберігання біогазу, виробництва електроенергії та тепла.
У біореакторі підтримується постійна температура, необхідна для активної діяльності бактерій (від 31 до 70 С °). Робота всієї установки регулюється автоматикою. Число зайнятих на біогазових станціях середнього масштабу не перевищує 10-15 чоловік.
Потужність біогазових станцій варіюється в межах від 1 кВт (побутові установки) до декількох десятків МВт.
В нашій країні далеко не скрізь є газове опалення, а опалювати сільський будинок дровами або вугіллям досить накладно, не кажучи вже про електричному опаленні.
У такій ситуації можна спробувати зробити біогазову установку.
Біогаз - це газ, що отримується метановим бродінням біомаси. Розкладання біомаси відбувається під впливом трьох видів бактерій. У ланцюжку харчування наступні бактерії харчуються продуктами життєдіяльності попередніх. Перший вид - бактерії гідролізні, другий - кислотообразующие, третій - метаноутворюючих. У виробництві біогазу беруть участь не тільки бактерії класу метаногенів, а всі три види.
Для виробництва біогазу в домашніх умовах використовуються так звані біогазові реактори. Як правило, це герметична ємність, обшита зверху утеплювачем. Так само реактор можна розміщувати під землею. Паливом для реактора служать відходи, в основному гній.
Житель Липецької області коваль Юрій Давидов знайшов цих відходів чудове застосування - спорудив біогазову установку. (Пріложеніе3)
Енергетичну проблему Давидов вирішив так. Вирив велику яму. Поклав в неї величезні бетонні кільця: сам відливав! Накрив її залізним дзвоном вагою в тонну, труби в бік від агрегату відвів. А потім зібрав у всіх сусідів гній, заповнив пахучої масою установку і став чекати
За один раз треба п'ять тонн відходів. Уже через кілька днів купол починає наповнюватися газом. Влітку, коли жарко, справа швидше йде, взимку трохи повільніше. Давидові спочатку власним газом баньку опалювали, їжу на ньому поросятам варили, а потім і в будинок його провели.
Рецепт отримання біогазу в домашніх умовах:
Змішати 1,5 тонни коров'ячого гною і 3,5 тонни згнилі листя, бадилля та інших відходів.
· До суміш води до 60 - 70 відсотків вологості.
· Закласти суміш в яму і за допомогою змійовика розігріти до 35 градусів.
· Далі суміш почне бродити і без доступу повітря сама розігрівається до 70 градусів
· Час виробництва газу з гною - два тижні.
· Щоб купол під тиском газу не злетів з ями, до нього за допомогою тросів необхідно прикріпити противагу.
У день установка виробляє до 40 м3 «блакитного палива», п'яти тонн суміші їй вистачає на шість місяців.
Що ще важливо, що перероблені відходи з біогазової установки - це високоякісне добриво, яке можна використовувати в сільськогосподарських цілях.
Для отримання біогазу необхідна наступна послідовність дій:
· Зібрати найпростішу установку; (Додаток 4)
· У колбу помістити злегка підсушені відходи рослинного походження: картопляні очистки, шкірка від банана, будь-які інші відходи рослинного походження.
· Помістити в місце, де температура 35 ° С;
· Підтримувати вологість рослинних відходів;
· Витримати 1,5 - 2 тижні.
Після закінчення терміну необхідно переконатися в освіті газу. Для цього відкрити заглушку, піднести до отвору скляної трубочки палаючу лучину. Якщо газу набралося досить, він загориться.
При проведенні перевірки дотримуватися правил безпеки!
1. На найпростішої установки (Додаток 4) закладений експеримент з отримання біогазу.
2. Хоча результати ще не отримані, передбачається отримання і вихід суміші горючих газів, які можна використовувати в якості біопалива та джерела теплової енергії.
1. Була вивчена класифікація альтернативних джерел енергії та способів її отримання.
2. Була зібрана в шкільних умовах найпростіша установка для отримання біогазу, поставлений експеримент.
3. На підставі виконаної роботи можна припустити, що робота в такому напрямку ефективна, доступна і відносно безпечна.
Гіпотеза про те, якщо переробляти рослинні відходи, то можна зробити біогаз доступним, підтверджується.
2. - Глобальна екологія: Підручник для 10- 11 класів.-М. Просвітництво, 1988.
Схема біогазової станції
Вихід біогазу з 1 кг сухої речовини (л)
Принципова схема найпростішої біогазової установки
1 - реактор, 2 - бункер завантаження, 3 - люк для доступу в реактор, 4 - водяний затвор, 5 -вигрузочная труба, 6 - відведення біогазу
Найпростіша установка для отримання біогазу
