Відомий конкурс MADMEC (інженерний конкурс MIT і хімічної компанії Dow) проводився в США з середини весни і до початку осені. Різні студентські склади представили суддям свої унікальні індивідуальні проекти. В результаті даних змагань, суддями було відібрано шість команд фіналістів, одна команда з конкурсу вибула прямо безпосередньо перед фіналом. Таким чином, залишилося всього лише п'ять студентських команд.
Суть змагань зводилася приблизно до наступного - всі команди повинні були створити модель, обов'язково використовує альтернативні джерела енергії, з огляду на відомі і доступні принципи матеріалознавства і машинобудування. Судді оцінювали і творчу фантазію, і практичне застосування моделі, а також вигідне і корисне для громадськості дію винаходи.
Отже, унікальний винахід генерує електрику з целюлозної біомаси та розроблено для господарського застосування в слаборозвинених країнах. Дане компактний пристрій може дуже успішно використовуватися навіть в такій віддаленій сільській місцевості, де електрику абсолютно не доступно. Дослідний зразок, наданий командою, включає в себе спеціальний бактеріологічний паливний модуль, в якому використовуються анаеробні мікроорганізми для переробки целюлози в воду і електрику.
Друге місце присудили команді, яка представила на конкурс модель, в якій застосовуються мікроорганізми для переробки біомаси в метан - газ для приготування їжі. Пробна установка вже встановлена в Нікарагуа, а в наступні роки розробники збираються продовжити свій проект.
Однією з різновидом біопального, яке виходить з лігноцелюлози, -состоящего з рослинної клітковини матеріалу, є целюлозний етанол. В процесі ферментації целюлозні ланцюги можна розбити на молекули глюкози.
У шлунку овець і корів відбувається така ж реакція при температурі тіла, при якій бактерії виробляють ферменти.
За економічної ефективності генеруючі установки на біогазі можуть залишити далеко позаду технології використання інших енергоресурсів, як відновлюваних, так і невідновних
Біогаз - продукт анаеробного (без доступу повітря) розкладання органічних речовин різного походження (гній, відходи харчової промисловості, інші біологічні відходи). Складається біогаз на 50-70% з метану (CH4) і на 30-50% з вуглекислого газу (CO2). Його можна використовувати як паливо для отримання тепла і електрики. В енергобалансі європейських країн біогаз займає 3-4%. У Фінляндії, Швеції та Австрії, завдяки госстімулірованія біоенергетики, його частка досягає 15-20%. У Китаї діє 12 млн. Маленьких «сімейних» біогазових установок, що постачають газом в основному кухонні плити. Поширена ця технологія в Індії, в Африці (рис. 1). У Росії ж установки для отримання біогазу можна порахувати на пальцях. У нашій країні дослідження в цьому напрямку були розпочаті в 40-х роках минулого століття, але потім роботи фактично згорнулися.
Проте, сьогодні в Росії знову зростає інтерес до біогазу. Особливо з боку сільських товаровиробників. Ряд агропідприємств зайнялися будівництвом установок з виробництва біогазу. А так же на ринок вийшов ряд компаній, що пропонують послуги з будівництва та введення в експлуатацію біогазових установок. Фактично дана технологія сьогодні з розряду дослідно-експериментальної переходить в розряд комерційного продукту.
Технологія виробництва біогазу порівняно проста (рис. 2): органічна маса (гній, відходи та ін.) Періодично подається в резервуар-реактор, де і відбувається процес ферментації. Для протікання процесу в штатному режимі необхідно підтримувати певну температуру в реакторі і перемішувати вміст. Всі операції проводяться так, щоб виключити доступ повітря в реактор. За процес ферментації відповідають бактерії. Зазвичай вони потрапляють в установку разом з біомасою (містяться в гної). Або їх вводять спеціально - одноразово в момент запуску реактора. Верхня частина реактора - газгольдер служить для збору і зберігання біогазу. Відповідно знизу відводиться «перебродившая» біомаса, яка є по суті універсальним органічним добривом (біогумус).
Перебіг даного процесу ділимо по температурному режиму:
- Психофільний (до ≈25 ° C)
- мезофільні (від 32 до 42 ° C)
- термофільний (від 50 до 57 ° C)
Біогаз, як ми вже знаємо, складається з метану і вуглекислого газу. Їх можна розділити і використовувати метан як звичайний природний газ. Але частіше біогаз використовують без сепарації в енергетичних установках, відрегульованих саме під цей вид палива. Подача газу відбувається прямо з газгольдера. Біогаз може використовуватися в бойлерних установках (для отримання тепла), в газових турбінах або газопоршневих двигунах. Зазвичай вони працюють в режимі когенерації - на виробництво електроенергії і тепла. Як зауважує керівник напрямку по генерації ГК «ЕнТерра» Марк втратив, в біогазових енергоустановках кращі характеристики показують газопоршневі установки. У них ефективність вище, ніж у газотурбінних.
Установки тригенерації (електрика-тепло-холод) розвитку поки не отримали. Проте, у біогазу в цьому напрямку гарні перспективи. Якщо довести ситуацію до ідеалу, то біогазовий комплекс може працювати в режимі «пентагенераціі» - виробляти електроенергію, тепло, холод, органічні добрива і «сухий лід». Останній можна отримувати в процесі поділу біогазу на метан і вуглекислий газ в мембранних контакторах, де відбувається поділ основних компонентів на технічно чисті метан і СО2. Подібні технології відпрацьовувалися на початку 80-х в Одесі на станціях Міноборони.
Рішення від ГК «ЕнТерра»
ЗАТ ГК «ЕнТерра» - один з перших в Росії професійних гравців на ринку технічних рішень для виробництва генеруючих біогазових установок. Компанія розробляє і будує «під ключ» установки малої генерації, що працюють на різних видах палива - на класичних газі і мазуті, на синтез-газі (що виробляється з опіла, торфу та інших субстанцій) і на біогазі. Причому саме в конструкції біогазових енергоустановок реалізовані досить цікаві технічні рішення, завдяки яким цей, поки ще новий для Росії вид енергетики може виявитися дуже вдалим рішенням при організації енергопостачання тваринницьких господарств, переробних, комунальних та інших підприємств.
В основі рішення від ГК «ЕнТерра» лежить добре відпрацьована протягом багатьох років технологія: реактор-газгольдер-газопоршневі установки. Слід зауважити, що реактори бувають двох основних типів: наземні (отримали широкий розвиток, наприклад, в Німеччині) і заглиблення (популярні в Данії). В умовах Росії заглиблення реактори так само більш кращі, так як краще зберігають тепло і вимагають менше енергії на підтримання оптимальної температури. Фахівці ДК «ЕнТерра» зібрали в єдиний проект найсучасніші наукові розробки і серійне, перевірене в експлуатації обладнання. В результаті замовнику пропонується збалансований проект, з характеристиками, підібраними точно під конкретні умови експлуатації. Ще одна важлива якість біогазових установок від ГК «ЕнТерра» - повністю автоматизований режим роботи.
В ході формування проекту вдалося вирішити найважливіше завдання - розроблена модель (спасибі російській математичній школі) для розрахунку реактора, в якому бродіння біомаси відбуватиметься в оптимальному режимі в повному обсязі резервуара. Саме це завдання, до речі, як правило, не вдається вирішити «народним умільцям», що створює власні біогазові установки. Ще одна особливість біогазового рішення від ГК «ЕнТерра» - автоматизація всіх процесів - від подачі біомаси в реактор до генерації електроенергії. На всіх етапах (бродіння, утворення газової суміші перед подачею в двигун т.п.) здійснюється приладовий контроль. Інформація від датчиків надходить в єдину АСУ ТП, яка постійно забезпечує оптимальні параметри роботи всіх елементів установки. Система автоматики контролює роботу насосної станції, мішалок, системи підігріву, газової автоматики, генератора і подачу електроенергії споживачеві. Електрична частина установки оснащується РЗА і іншими механізмами захисту. Причому генератор може працювати як в автономному «острівному» режимі, так і паралельно з електричними мережами.
В цілому ГК «ЕнТерра» предлагаетзаказчіку наступний комплекс послуг:
1. Підготовка передпроектної документації.
2. Розробка ТЕО біогазової установки.
3. Розробка робочого проекту (включаючи систему автоматизації).
4. Закупівля обладнання та комплектуючих.
5. Будівництво та монтаж установки.
6. Запуск і вихід на технологічний режим роботи.
7. При необхідності затвердження тарифу і отримання техумов на приєднання до мереж.
Орієнтовно установка буде складатися з наступних елементів: 2 прийомні ємності; 2 газгольдера; 2 ємності зброджування; 1 контейнер (швидке за будівлю) з насосною групою; 1 контейнер з газопоршневої установкою і системою автоматики. Будівництво і запуск установки в експлуатацію займає 8-10 місяців (в залежності від параметрів проекту).
На сьогоднішній день основним (але не єдиним) замовником біогазових установок (міні-ТЕЦ) бачиться російське тваринництво. Саме в умовах ферми або птахофабрики подібний проект має найкращі економічні показники. Наприклад, для стада ВРХ в 900 голів (виходячи з кількості виділяється гною) біогазова установка обійдеться в 45 млн. Руб. Термін окупності проекту - 2,5 року. При визначенні терміну окупності виходимо з тарифу для агропідприємств 3,8-4,5 руб. за 1 кВт год електроенергії і з вартості біогумусу 8 руб. за 1 кг. Якщо не брати до уваги вироблене в реакторі добриво, то термін окупності біогазової установки збільшується до 5 років. Установка, яка працює на відходах м'ясопереробного підприємства, окупається менш ніж за два роки.
Якщо від впровадження біогазової установки замовника утримує тільки фінансове питання, то ДК «ЕнТерра» готова надати допомогу і у вирішенні питання фінансування в плані залучення коштів інвесторів або використання договору цесії з подальшим викупом енергооб'єкта.