|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Podstawy technologii biogazowych. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Czym jest biogazownia? Biogazownia to z reguły hermetycznie zamknięty pojemnik, w którym w określonej temperaturze fermentuje masa organiczna odpadów, ścieków itp. z produkcją biogazu. Zasada działania wszystkich biogazowni jest taka sama: po zebraniu i przygotowaniu surowca, co polega na doprowadzeniu go do pożądanej wilgotności w specjalnym pojemniku, jest on podawany do reaktora, gdzie powstają warunki do optymalizacji przetwarzania surowy materiał. Proces pozyskiwania biogazu i bionawozu z surowców nazywany jest fermentacją lub fermentacją. Fermentacja surowców odbywa się dzięki żywotnej aktywności specjalnych bakterii. Podczas fermentacji na powierzchni surowca pojawia się skorupa, którą należy zniszczyć poprzez zmieszanie surowca. Mieszanie odbywa się ręcznie lub za pomocą specjalnych urządzeń wewnątrz reaktora i sprzyja uwalnianiu powstającego biogazu z surowca. Powstały biogaz, po oczyszczeniu, jest gromadzony i przechowywany do czasu użycia w zbiorniku gazu. Ze zbiornika gazu do miejsca zastosowania w sprzęcie AGD lub innym, biogaz jest prowadzony przewodami gazowymi. Surowce przetworzone w reaktorze biogazowni, przekształcone w bionawozy, są wyładowywane przez otwór rozładunkowy i rozrzucane do gleby lub wykorzystywane jako dodatek paszowy dla zwierząt.
Optymalizacja przetwarzania surowców Warunki niezbędne do przetwarzania odpadów organicznych wewnątrz reaktora biogazowni, oprócz przestrzegania reżimu beztlenowego, obejmują:
Rodzaje biogazowni Istnieje wiele różnych konstrukcji biogazowni. Wyróżniają się sposobem ładowania surowców, wyglądem oraz elementami składowymi konstrukcji i materiałami, z których są zbudowane. Ze względu na sposób załadunku surowców wyróżnia się instalacje załadunku okresowego i ciągłego, które różnią się czasem fermentacji oraz regularnością załadunku surowców. Najbardziej wydajne pod względem produkcji biogazu i produkcji bionawozów są instalacje ciągłego załadunku. Pod względem wyglądu instalacje różnią się w zależności od sposobu gromadzenia i magazynowania biogazu. Gaz może być gromadzony w górnej, stałej części reaktora, pod elastyczną kopułą lub w specjalnym pojemniku na gaz, pływającym lub stojącym oddzielnie od reaktora. Korzyści ze stosowania technologii biogazowych Dobrze funkcjonująca biogazownia przynosi właścicielowi, społeczeństwu i ogólnie środowisku szereg korzyści: Oszczędzać pieniądze:
Możliwość otrzymania dodatkowych pieniędzy:
Szybki zwrot instalacji:
Oszczędność czasu, miejsca i pracy kobiet:
Korzyści dla środowiska:
Więcej o biogazie Biogaz jest tworzony przez bakterie podczas rozkładu materii organicznej w warunkach beztlenowych (bez dostępu powietrza) i jest mieszaniną metanu i innych gazów w następujących proporcjach: Tabela 1. Skład biogazu
Wartość opałowa jednego metra sześciennego biogazu w zależności od zawartości metanu wynosi 20-2S MJ/m3, co odpowiada spaleniu 0,6 - 0,8 litra benzyny; 1,3 - 1,7 kg drewna opałowego lub 5 - 7 kW energii elektrycznej”3. Proces fermentacji biologicznej Podczas fermentacji surowców w biogazowniach bakterie metanotwórcze rozkładają materię organiczną i zwracają do środowiska produkty rozkładu w postaci biogazu i innych składników. Znajomość procesu fermentacji jest niezbędna do projektowania, budowy i eksploatacji biogazowni. Skład surowca i produkcja biogazu W zasadzie wszystkie substancje organiczne podlegają procesom fermentacji i rozkładu. Jednak w prostych biogazowniach preferowane jest przetwarzanie wyłącznie jednorodnych i płynnych odpadów organicznych: odchodów i moczu zwierząt gospodarskich, świń i ptaków, odchodów ludzkich. W bardziej rozbudowanych biogazowniach możliwe jest przetwarzanie innych rodzajów odpadów organicznych – resztek roślinnych i odpadów stałych. Ilość produkowanego biogazu zależy od rodzaju użytego surowca oraz temperatury procesu fermentacji. Wykorzystanie biogazu
Biogaz może być wykorzystywany w dowolnych urządzeniach gazowych, podobnie jak gaz ziemny. Najbardziej efektywne wykorzystanie biogazu to gotowanie, ogrzewanie pomieszczeń, wytwarzanie energii i tankowanie pojazdów. O bionawozach W Kirgistanie, podobnie jak w wielu innych krajach rozwijających się, istnieje bezpośredni związek między problemem nawozów a degradacją ziemi, a także problemem wylesiania w związku z dużym zapotrzebowaniem na drewno opałowe. Na obszarach wiejskich suszony obornik (łajno) i odpady organiczne są często spalane do gotowania i ogrzewania mieszkań. Takie wykorzystanie odpadów organicznych powoduje znaczną utratę składników pokarmowych roślin, których rolnictwo tak bardzo potrzebuje do utrzymania żyzności gleby. Wykorzystanie technologii biogazowych zapewni maksymalne wykorzystanie zasobów dostępnych dla ludności wiejskiej: osad biologiczny pozostały po produkcji biogazu jest skutecznym nawozem poprawiającym ogólną jakość ziemi i zwiększającym produktywność. Cechy bionawozów Bionawóz zawiera szereg substancji organicznych, które przyczyniają się do zwiększenia przepuszczalności i higroskopijności gleby, jednocześnie zapobiegając erozji i poprawiając ogólne warunki glebowe. Materia organiczna jest również podstawą do rozwoju mikroorganizmów, które przekształcają składniki pokarmowe w formę łatwo przyswajalną przez rośliny. Praktyka pokazuje, że plon roślin przy zastosowaniu bionawozów ulega znacznemu zwiększeniu. Historia rozwoju technologii biogazowych Pojedyncze przypadki stosowania prymitywnych technologii biogazowych notowane są w Chinach, Indiach, Asyrii i Persji począwszy od XVII wieku pne. Jednak systematyczne badania naukowe nad biogazem rozpoczęto dopiero w XVIII wieku naszej ery, po prawie 3,5 tys. lat.
W 1764 roku Benjamin Franklin w liście do Josepha Priestleya opisał eksperyment, w którym udało mu się podpalić powierzchnię płytkiego bagnistego jeziora w New Jersey w USA. Pierwsze naukowe uzasadnienie powstawania gazów palnych w bagnach i osadach jeziornych podał Aleksander Volta w 1776 r., Stwierdzając obecność metanu w gazie bagiennym. Po odkryciu wzoru chemicznego metanu przez Daltona w 1804 roku europejscy naukowcy podjęli pierwsze kroki w badaniach nad praktycznym zastosowaniem biogazu. Rosyjscy naukowcy również wnieśli swój wkład w badanie powstawania biogazu. Wpływ temperatury na ilość uwalnianego gazu badał Popow w 1875 roku. Odkrył, że osady rzeczne zaczynają uwalniać biogaz w temperaturze około 6°C. Wraz ze wzrostem temperatury do 50°C ilość uwalnianego gazu znacznie wzrosła, nie zmieniając składu - 65% metanu, 30% dwutlenku węgla, 1% siarkowodoru oraz niewielka ilość azotu, tlenu, wodoru i tlenku węgla. V.L. Omelyansky szczegółowo zbadał naturę fermentacji beztlenowej i biorących w niej udział bakterii. Wkrótce potem, w 1881 roku, europejscy naukowcy rozpoczęli eksperymenty z wykorzystaniem biogazu do ogrzewania pomieszczeń i oświetlenia ulicznego. Od 1895 roku latarnie uliczne w jednej z dzielnic Exeter zaopatrywane były w gaz, który pozyskiwany był w wyniku fermentacji ścieków i gromadzony w zamykanych zbiornikach. Dwa lata później pojawiła się relacja z produkcji biogazu w Bombaju, gdzie gaz był gromadzony w kolektorze i wykorzystywany jako paliwo silnikowe w różnych silnikach. Na początku XX wieku kontynuowano badania w zakresie zwiększania ilości biogazu poprzez podwyższanie temperatury fermentacji. Niemieccy naukowcy Imhoff i Blank w latach 1914-1921. opatentowała szereg innowacji, polegających na wprowadzeniu ciągłego podgrzewania pojemników. Podczas I wojny światowej rozpoczęło się upowszechnianie biogazowni w Europie, związane z niedoborem paliwa. Gospodarstwa z takimi instalacjami znajdowały się w korzystniejszych warunkach, chociaż instalacje nadal były niedoskonałe i stosowały dalekie od optymalnych tryby. Jednym z najważniejszych kroków naukowych w historii rozwoju technologii biogazowych są udane eksperymenty firmy Buswell nad łączeniem różnego rodzaju odpadów organicznych z obornikiem jako surowcem w latach 30-tych XX wieku. Pierwsza duża biogazownia została zbudowana w 1911 roku w angielskim mieście Birmingham i służyła do dezynfekcji miejskich osadów ściekowych. Wytworzony biogaz służył do produkcji energii elektrycznej. Tym samym brytyjscy naukowcy są pionierami w praktycznym zastosowaniu nowej technologii. Już do 1920 roku rozwinęli kilka typów oczyszczalni ścieków. Pierwsza biogazownia na odpady stałe o pojemności 10 m3 została zaprojektowana przez Ismana i Duceliera i zbudowana w Algierze w 1938 roku. W czasie II wojny światowej, kiedy dotkliwie brakowało surowców energetycznych, w Niemczech i Francji kładziono nacisk na pozyskiwanie biogazu z odpadów rolniczych, głównie z obornika. We Francji do połowy lat czterdziestych XX wieku działało około 40 biogazowni do przetwarzania obornika. W naturalny sposób doświadczenie to rozprzestrzeniło się na sąsiednie kraje. Na Węgrzech istniały fabryki do produkcji biogazu. Zauważają to żołnierze Armii Radzieckiej, głównie z terenów wiejskich ZSRR, którzy wyzwolili Węgry spod wojsk niemieckich i byli zdziwieni, że w gospodarstwach chłopskich obornik bydlęcy nie leżał w hałdach, ale był ładowany do zamkniętych pojemników, skąd łatwopalny uzyskano gaz. Europejskie instalacje z okresu przedwojennego nie wytrzymały w okresie powojennym konkurencji ze strony tanich źródeł energii (paliwo płynne, gaz ziemny, prąd) i zostały zdemontowane. Nowym impulsem do ich rozwoju na nowych podstawach był kryzys energetyczny lat 70-tych, kiedy to w krajach Azji Południowo-Wschodniej rozpoczęło się spontaniczne wprowadzanie biogazowni. Wysoka gęstość zaludnienia i intensywne użytkowanie wszystkich obszarów gruntów nadających się pod uprawę roślin, a także wystarczająco ciepły klimat niezbędny do wykorzystania biogazowni w najprostszej wersji bez sztucznego podgrzewania surowców stanowiły podstawę różnych programów krajowych i międzynarodowych do wprowadzenia technologii biogazowych. Obecnie technologie biogazowe stały się standardem w oczyszczaniu ścieków oraz przetwarzaniu odpadów rolniczych i stałych i są stosowane w większości krajów świata. Kraje rozwinięte W większości krajów rozwiniętych przetwarzanie odpadów organicznych w biogazowniach jest coraz częściej wykorzystywane do produkcji ciepła i energii elektrycznej. Wytwarzana w ten sposób energia stanowi około 3-4% całej energii zużywanej w krajach europejskich. W Finlandii, Szwecji i Austrii, które zachęcają do wykorzystywania energii z biomasy na poziomie krajowym, udział energii z biomasy sięga 15-20% całości zużywanej energii. Wykorzystanie energii elektrycznej i cieplnej wytwarzanej w procesie beztlenowego przetwarzania biomasy w Europie koncentruje się głównie w Austrii, Finlandii, Niemczech, Danii i Wielkiej Brytanii. Obecnie w Niemczech istnieje około 2000 dużych zakładów fermentacji beztlenowej. Liczba biogazowni z reaktorami o pojemności ponad 2000 m3 w Austrii wynosi obecnie ponad 120, a około 25 jest w fazie planowania i budowy. Rysunek 4 przedstawia zakład przemysłowy w mieście Ribe, który rocznie przetwarza 164 tysiące ton biomasy i produkuje 5.5 miliona m3 biogazu, który jest sprzedawany do elektrociepłowni w sąsiednim mieście w celu ogrzewania i produkcji energii elektrycznej. Obornik dostarczany jest codziennie przez rolników, którzy działają na podstawie umowy i są zainteresowani odbiorem już przetworzonego obornika w postaci bionawozów. Wysoki stopień rozwoju rynku technologii biogazowych można zaobserwować w obszarach odprowadzania ścieków komunalnych, oczyszczania ścieków przemysłowych oraz unieszkodliwiania odpadów rolniczych. W Szwecji energia z biomasy zapewnia 50% wymaganej energii cieplnej. W Anglii, w ojczyźnie pierwszego przemysłowego reaktora biogazowego, przy pomocy biogazu już w 1990 roku możliwe było pokrycie wszystkich kosztów energii w rolnictwie. Londyn ma jedną z największych domowych oczyszczalni ścieków na świecie.
W latach 30. XX wieku doświadczenia Europy zostały przeniesione do USA. Biogazownia do przetwarzania odpadów zwierzęcych została zbudowana w 1939 roku i działa z powodzeniem od ponad 30 lat. W 1954 roku w Fort Dodge w stanie Iowa w USA zbudowano pierwszy zakład przetwarzania odpadów komunalnych z produkcją biogazu. Biogaz był podawany do silnika spalinowego w celu wytworzenia energii elektrycznej w agregacie prądotwórczym o mocy 175 kW. Obecnie w Stanach Zjednoczonych istnieje kilkaset dużych biogazowni przetwarzających odchody zwierzęce i tysiące zakładów wykorzystujących ścieki komunalne. Biogaz jest wykorzystywany głównie do wytwarzania energii elektrycznej, ogrzewania domów i szklarni. Rosnące emisje gazów cieplarnianych, zwiększone zużycie i zanieczyszczenie wody, spadająca żyzność gruntów, nieefektywne gospodarowanie odpadami i rosnące problemy z wylesianiem są częścią niezrównoważonego systemu wykorzystywania zasobów naturalnych na całym świecie. Technologie biogazowe są jednym z ważnych elementów łańcucha działań służących zwalczaniu powyższych problemów. Prognoza wzrostu udziału biomasy jako źródła energii odnawialnej na świecie zakłada osiągnięcie do 23,8 r. 2040% całkowitego zużycia energii, a do 2010 r. kraje UE planują zwiększyć ten udział do 12%.
Kraje rozwijające się Udział energii pochodzącej z biomasy w krajach rozwijających się wynosi około 30-40% całości zużywanej energii, a w niektórych krajach (głównie w Afryce) sięga 90%24. Wśród krajów rozwijających się powszechne jest wytwarzanie energii i ciepła poprzez przetwarzanie odpadów w małych biogazowniach. Około 16 milionów gospodarstw domowych na całym świecie wykorzystuje energię do oświetlenia, ogrzewania i gotowania wytwarzaną w biogazowniach. Obejmuje to 12 milionów gospodarstw w Chinach, 3,7 miliona gospodarstw w Indiach i 140 25 gospodarstw w Nepalu. Na obszarach wiejskich w Chinach ponad 50 milionów ludzi używa obecnie biogazu jako paliwa. Typowa biogazownia ma reaktor o pojemności około 6-8 m3, produkuje 300 m3 biogazu rocznie, działa przez 3 do 8 miesięcy rocznie i kosztuje około 200-250 USD, w zależności od prowincji. Większość roślin jest bardzo prosta i po pewnym przeszkoleniu rolnicy sami je budują i obsługują. Od 2002 roku chiński rząd przekazuje rocznie około 200 milionów dolarów na wsparcie budowy biogazowni. Dotacja dla każdej instalacji wynosi około 50% średniego kosztu. Tym samym rząd osiągnął roczny wzrost liczby biogazowni do 1 miliona rocznie. W Chinach na skalę przemysłową działa kilka tysięcy średnich i dużych instalacji i planuje się zwiększenie ich liczby. W Indiach rozwój prostych biogazowni dla gospodarstw wiejskich rozpoczął się w latach pięćdziesiątych XX wieku. Obecnie w Indiach działa około 50 miliona biogazowni. Ministerstwo Niekonwencjonalnych Źródeł Energii Indii wdraża biogazownie od lat 3,7-tych i zapewnia dotacje i fundusze na budowę i eksploatację biogazowni, szkolenia rolników oraz otwieranie i funkcjonowanie centrów usług. Zgazowanie i produkcja energii cieplnej z biogazowni to rozwijający się przemysł w wielu krajach rozwijających się. Na Filipinach od lat 1980. biogazownie produkują gaz do napędzania silników służących do mielenia ryżu i nawadniania. Wykorzystanie biogazu przez małe firmy handlowe w Indiach, Indonezji, Sri Lance (np. w przemyśle włókienniczym czy do suszenia przypraw, cegieł, gumy) opłaciło się w niecały sezon. ZSRR, WNP i Kirgistan W ZSRR naukowe podstawy fermentacji metanowej badano od lat czterdziestych XX wieku. Przez cały okres istnienia ZSRR instytuty systemu Akademii Nauk uczestniczyły w badaniach teoretycznych, a badania stosowane prowadzono w Akademii Użyteczności Publicznej. Panfiłowa oraz rolnicze instytuty badawcze i projektowe, takie jak: Ogólnounijny Instytut Elektryfikacji Rolnictwa (VIESH), Ukraiński Instytut Badań i Projektowania Kompleksu Rolniczo-Przemysłowego (UkrNIIgiproselkhoz) i inne. Głównym ośrodkiem rozwoju projektów krajowych biogazowni (a także innych maszyn do przetwarzania odpadów rolniczych) był Zaporoski Instytut Konstrukcyjno-Technologiczny Inżynierii Rolniczej (KTISM). Zebrane przez naukowców dane dały podstawę do stworzenia kilku instalacji laboratoryjnych i pilotażowych, jednak tylko jeden projekt, KOBOS-1, został dopuszczony do państwowych badań odbiorczych. Jednostka KOBOS-1 została pomyślnie przetestowana na eksperymentalnym gospodarstwie mleczarskim-laboratorium i dopuszczona do produkcji seryjnej w zakładzie w mieście Shumikha, Kurgan Region (Północny Ural). Został zbudowany zgodnie z programem opanowania technologii beztlenowego przetwarzania odpadów jako wariant instalacji seryjnej dla średnich gospodarstw hodowlanych – mleczarskich na 400 krów mlecznych lub średnich na 4000 trzody chlewnej. Zakład wyprodukował 10 zestawów sprzętu, ale po rozpadzie ZSRR finansowanie ustało. Z 10 wyprodukowanych egzemplarzy trzy trafiły do dystrybucji na Ukrainę i Białoruś, pięć do Azji Środkowej (w tym dwa do Kirgistanu), a dwa do Rosji. Ale tylko 1 z nich został wprowadzony - na farmie bydła w rejonie Kamienieckim obwodu brzeskiego Białorusi. Zakład przetwarza 50 m3. obornika i produkuje 400...500 m3 biogazu dziennie.
Jedna z instalacji, która przyjechała do Kirgistanu, została ponownie wyposażona przez Fluid PF Stowarzyszenia Rolników i zainstalowana na bazie fermy trzody chlewnej BEKPR OsOO na 4000 sztuk we wsi Lebedinovka, obwód Czui w 2003 roku, druga jest używana jako kolektor wody w sektorze prywatnym regionu Osz. Autorzy: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Buty sportowe Nike HyperAdapt 1.0 z automatycznym sznurowaniem ▪ Niemowlęta są odporne na złudzenia wzrokowe ▪ Siła mięśni wpływa na zdrowie mózgu ▪ Amsterdam wprowadzi zakaz samochodów z silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi
▪ sekcja serwisu Uziemienie i uziemienie. Wybór artykułu ▪ artykuł Stereochemia. Historia i istota odkryć naukowych ▪ artykuł Czym jest szczepionka? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Korzeń trybuli. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Elektromechaniczna pułapka na komary. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Przetwornica napięcia, 12/220 V 100 W. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony