Quelle quantité de biogaz produit un mètre cube ? Usine de biogaz : recycler les déchets organiques avec des avantages

Un propriétaire économe rêve de ressources énergétiques bon marché, d’une élimination efficace des déchets et d’obtenir des engrais. Une installation de biogaz domestique DIY est un moyen peu coûteux de réaliser votre rêve.

L'auto-assemblage d'un tel équipement coûtera une somme d'argent raisonnable et le gaz produit sera d'une grande aide dans le ménage : il peut être utilisé pour cuisiner, chauffer la maison et pour d'autres besoins.

Essayons de comprendre les spécificités de cet équipement, ses avantages et ses inconvénients. Et aussi s'il est possible de construire soi-même une installation de biogaz et si elle sera efficace.

Le biogaz est formé à la suite de la fermentation d'un substrat biologique. Il est décomposé par des bactéries hydrolytiques, productrices d'acide et de méthane. Le mélange de gaz produit par les bactéries est inflammable, car contient un pourcentage important de méthane.

Ses propriétés ne diffèrent pratiquement pas de celles gaz naturel, qui est utilisé pour les besoins industriels et domestiques.

S'il le souhaite, chaque propriétaire peut acheter une installation de biogaz de fabrication industrielle, mais cela coûte cher et l'investissement est rentabilisé en 7 à 10 ans. Par conséquent, il est logique de faire un effort et de fabriquer un bioréacteur de vos propres mains.

Le biogaz est un carburant respectueux de l'environnement et la technologie utilisée pour sa production n'affecte pas influence spéciale sur l'environnement. De plus, les déchets qui doivent être éliminés sont utilisés comme matière première pour le biogaz.

Ils sont placés dans un bioréacteur, où s'effectue le traitement :

• la biomasse est exposée aux bactéries pendant un certain temps. La durée de fermentation dépend du volume de matières premières ;
• En raison de l'activité des bactéries anaérobies, un mélange de gaz inflammable est libéré, qui comprend du méthane (60 %), du dioxyde de carbone (35 %) et certains autres gaz (5 %). La fermentation libère également du sulfure d’hydrogène potentiellement dangereux en petites quantités. Il est toxique, il est donc hautement indésirable que les gens y soient exposés ;
• le mélange de gaz provenant du bioréacteur est purifié et acheminé vers un réservoir de gaz, où il est stocké jusqu'à son utilisation conforme à sa destination ;
• le gaz provenant d’un réservoir de gaz peut être utilisé de la même manière que le gaz naturel. Il va à appareils ménagers– les fournaises à gaz, les chaudières de chauffage, etc. ;
• La biomasse décomposée doit être régulièrement retirée du fermenteur. C'est un travail supplémentaire, mais l'effort est payant. Après fermentation, la matière première se transforme en engrais de haute qualité, utilisé dans les champs et les potagers.

Une installation de biogaz n'est bénéfique pour le propriétaire d'une maison privée que s'il a un accès constant aux déchets des élevages. En moyenne, à partir de 1 mètre cube. Vous pouvez obtenir 70 à 80 mètres cubes de substrat. biogaz, mais la production de gaz est inégale et dépend de nombreux facteurs, notamment températures de la biomasse. Cela complique les calculs.

L'un des problèmes qui doivent être résolus agriculture— l'élimination du fumier et des déchets végétaux. Et c'est un problème assez grave qui nécessite une attention constante. Le recyclage demande non seulement du temps et des efforts, mais aussi des sommes considérables. Aujourd'hui, il existe au moins une façon de permettre cela mal de tête transformer en une source de revenus : transformer le fumier en biogaz. La technologie est basée sur le processus naturel de décomposition du fumier et des résidus végétaux grâce aux bactéries qu’ils contiennent. Toute la tâche consiste à créer des conditions spéciales pour la décomposition la plus complète. Ces conditions sont l'absence d'accès à l'oxygène et la température optimale (40-50 o C).

Tout le monde sait comment est le plus souvent éliminé le fumier : on le met en tas, puis, après fermentation, on l'emporte dans les champs. Dans ce cas, le gaz résultant est rejeté dans l'atmosphère, et 40 % de l'azote contenu dans la substance initiale et la plupart de phosphore. L’engrais obtenu est loin d’être idéal.

Pour obtenir du biogaz, il faut que le processus de décomposition du fumier se déroule sans accès à l'oxygène, dans un volume fermé. Dans ce cas, l'azote et le phosphore restent dans le produit résiduel et le gaz s'accumule dans la partie supérieure du récipient, d'où il peut être facilement pompé. Il existe deux sources de profit : le gaz directement et les engrais efficaces. De plus, l'engrais est de la plus haute qualité et sûr à 99 % : la plupart des micro-organismes pathogènes et des œufs d'helminthes meurent et les graines de mauvaises herbes contenues dans le fumier perdent leur viabilité. Il existe même des lignes pour conditionner ces résidus.

La deuxième condition préalable au processus de transformation du fumier en biogaz est le maintien température optimale. Bactéries contenues dans la biomasse, lorsque basses températures inactif. Ils commencent à agir à une température ambiante de +30 o C. De plus, le fumier contient deux types de bactéries :

Les plantes thermophiles avec des températures de +43 o C à +52 o C sont les plus efficaces : le fumier y est traité pendant 3 jours, et le rendement de 1 litre de surface utile du bioréacteur peut atteindre 4,5 litres de biogaz (c'est la puissance maximale). Mais maintenir une température à +50°C nécessite une dépense énergétique importante, qui n’est pas rentable sous tous les climats. C’est pourquoi les installations de biogaz fonctionnent souvent à des températures mésophiles. Dans ce cas, le temps de traitement peut être de 12 à 30 jours, le rendement est d'environ 2 litres de biogaz pour 1 litre de volume du bioréacteur.

La composition du gaz varie en fonction des matières premières et des conditions de traitement, mais elle est approximativement la suivante : méthane - 50-70 %, dioxyde de carbone - 30-50 %, et contient également un grand nombre de sulfure d'hydrogène (moins de 1 %) et de très petites quantités de composés d'ammoniac, d'hydrogène et d'azote. Selon la conception de l'installation, le biogaz peut contenir une quantité importante de vapeur d'eau, qui devra être séchée (sinon il ne brûlera tout simplement pas). La vidéo montre à quoi ressemble une installation industrielle.

On peut dire qu’il s’agit d’une usine entière de production de gaz. Mais pour une ferme privée ou une petite exploitation, de tels volumes sont inutiles. L'installation de biogaz la plus simple est facile à réaliser de vos propres mains. Mais la question est : « Où devrait-on ensuite envoyer le biogaz ? La chaleur de combustion du gaz résultant est de 5 340 kcal/m3 à 6 230 kcal/m3 (6,21 - 7,24 kWh/m3). Il peut donc être fourni à une chaudière à gaz pour générer de la chaleur (chauffage et eau chaude), ou pour une installation de production d'électricité, pour une cuisinière à gaz, etc. C'est ainsi que Vladimir Rashin, concepteur d'installations de biogaz, utilise le fumier de son élevage de cailles.

Il s’avère que si vous possédez au moins un nombre décent de bétail et de volaille, vous pouvez pleinement répondre aux besoins de votre ferme en chauffage, gaz et électricité. Et si vous installez des installations de gaz sur les voitures, cela fournira également du carburant à la flotte. Considérant que la part des ressources énergétiques dans le coût de production est de 70 à 80 %, vous ne pouvez économiser que sur un bioréacteur, puis gagner beaucoup d'argent. Vous trouverez ci-dessous une capture d'écran d'un calcul économique de la rentabilité d'une installation de biogaz pour une petite exploitation agricole (en septembre 2014). La ferme ne peut pas être qualifiée de petite, mais elle n’est certainement pas grande non plus. Nous nous excusons pour la terminologie – c'est le style de l'auteur.

Il s'agit d'une ventilation approximative des coûts requis et des revenus possibles. Programmes pour les installations de biogaz artisanales

Schémas d'usines de biogaz faites maison

Le schéma le plus simple d'une usine de biogaz est un conteneur scellé - un bioréacteur, dans lequel la boue préparée est versée. En conséquence, il existe une trappe pour charger le fumier et une trappe pour décharger les matières premières transformées.

Le schéma le plus simple d'une installation de biogaz sans cloches ni sifflets

Le récipient n'est pas complètement rempli de substrat : 10 à 15 % du volume doit rester libre pour collecter le gaz. Un tuyau de sortie de gaz est intégré au couvercle du réservoir. Étant donné que le gaz résultant contient une assez grande quantité de vapeur d’eau, il ne brûlera pas sous cette forme. Il est donc nécessaire de le passer à travers un joint hydraulique pour le sécher. Dans cet appareil simple, la majeure partie de la vapeur d'eau se condensera et le gaz brûlera bien. Ensuite, il est conseillé de nettoyer le gaz du sulfure d'hydrogène ininflammable et ce n'est qu'alors qu'il pourra être fourni à un gazomètre - un récipient pour collecter le gaz. Et de là, il peut être distribué aux consommateurs : acheminé vers une chaudière ou un four à gaz. Regardez la vidéo pour voir comment fabriquer de vos propres mains des filtres pour une usine de biogaz.

De grandes installations industrielles sont placées en surface. Et cela, en principe, est compréhensible: le volume des travaux fonciers est trop important. Mais dans les petites exploitations, la cuvette du bunker est enfouie dans le sol. Ceci, d'une part, vous permet de réduire les coûts de maintien de la température requise, et d'autre part, dans une cour privée, il y a déjà suffisamment d'appareils de toutes sortes.

Le conteneur peut être pris prêt à l'emploi ou fabriqué à partir de brique, de béton, etc. dans une fosse creusée. Mais dans ce cas, il faudra veiller à l'étanchéité et à l'imperméabilité de l'air : le processus est anaérobie - sans accès à l'air, il faut donc créer une couche impénétrable à l'oxygène. La structure s'avère multicouche et la production d'un tel bunker est un processus long et coûteux. Par conséquent, il est moins cher et plus facile d'enterrer un conteneur prêt à l'emploi. Auparavant, il fallait barils en métal, souvent en acier inoxydable. Aujourd’hui, avec l’avènement des contenants en PVC sur le marché, vous pouvez les utiliser. Ils sont chimiquement neutres, ont une faible conductivité thermique, une longue durée de vie et sont plusieurs fois moins chers que l'acier inoxydable.

Mais l’usine de biogaz décrite ci-dessus aura une faible productivité. Pour activer le processus de traitement, un mélange actif de la masse située dans la trémie est nécessaire. Sinon, une croûte se forme en surface ou dans l'épaisseur du substrat, ce qui ralentit le processus de décomposition, et moins de gaz est produit en sortie. Le mélange est effectué par n'importe quel d'une manière accessible. Par exemple, comme le montre la vidéo. Dans ce cas, n'importe quel lecteur peut être effectué.

Il existe une autre façon de mélanger les couches, mais elle est non mécanique : la barbitation : le gaz généré est introduit sous pression dans la partie inférieure du conteneur avec le fumier. En montant, les bulles de gaz briseront la croûte. Puisque le même biogaz est fourni, il n’y aura aucun changement dans les conditions de traitement. De plus, ce gaz ne peut pas être considéré comme une consommation - il finira à nouveau dans le réservoir d'essence.

Comme mentionné ci-dessus, de bonnes performances nécessitent des températures élevées. Afin de ne pas dépenser trop d'argent pour maintenir cette température, il faut veiller à l'isolation. Le type d'isolant thermique à choisir dépend bien sûr de vous, mais aujourd'hui, le plus optimal est la mousse de polystyrène. Il n'a pas peur de l'eau, n'est pas affecté par les champignons et les rongeurs, a une longue durée de vie et d'excellentes performances d'isolation thermique.

La forme du bioréacteur peut être différente, mais la plus courante est cylindrique. Ce n'est pas idéal du point de vue de la complexité du mélange du substrat, mais il est utilisé plus souvent car les gens ont accumulé belle expérience construction de conteneurs similaires. Et si un tel cylindre est divisé par une cloison, ils peuvent alors être utilisés comme deux réservoirs séparés dans lesquels le processus est décalé dans le temps. Dans ce cas, un élément chauffant peut être intégré à la cloison, résolvant ainsi le problème du maintien de la température dans deux chambres à la fois.

Dans la version la plus simple, les installations de biogaz artisanales sont une fosse rectangulaire dont les parois sont en béton et, pour plus d'étanchéité, elles sont traitées avec une couche de fibre de verre et de résine polyester. Ce récipient est équipé d'un couvercle. Son utilisation est extrêmement peu pratique : le chauffage, le mélange et l'élimination de la masse fermentée sont difficiles à mettre en œuvre, et il est impossible d'obtenir un traitement complet et un rendement élevé.

La situation est un peu meilleure dans le cas des installations de traitement du fumier au biogaz en tranchée. Ils ont des bords biseautés, ce qui facilite le chargement du fumier frais. Si vous faites le fond en pente, la masse fermentée se déplacera d'un côté par gravité et il sera plus facile de la sélectionner. Dans de telles installations, il est nécessaire de prévoir une isolation thermique non seulement pour les murs, mais également pour le couvercle. Il n'est pas difficile de mettre en œuvre une telle installation de biogaz de vos propres mains. Mais un traitement complet et la quantité maximale de gaz ne peuvent pas y être obtenus. Même avec le chauffage.

Les questions techniques de base ont été réglées et vous connaissez désormais plusieurs manières de construire une installation de production de biogaz à partir de fumier. Il existe encore des nuances technologiques.

Que peut-on recycler et comment obtenir de bons résultats

Le fumier de tout animal contient les organismes nécessaires à sa transformation. Il a été découvert que plus d'un millier de micro-organismes différents sont impliqués dans le processus de fermentation et la production de gaz. Les substances génératrices de méthane jouent le rôle le plus important. On pense également que tous ces micro-organismes se trouvent dans des proportions optimales dans le fumier des bovins. Dans tous les cas, c’est lors du traitement de ce type de déchets en combinaison avec des matières végétales que la plus grande quantité de biogaz est libérée. Le tableau présente des données moyennes pour les types de déchets agricoles les plus courants. Veuillez noter que cette quantité de gaz produit peut être obtenue dans des conditions idéales.

Pour une bonne productivité, il est nécessaire de maintenir une certaine humidité du substrat : 85-90 %. Mais il faut utiliser de l’eau qui ne contient pas de substances étrangères. substances chimiques. Les solvants, antibiotiques, détergents, etc. ont un effet négatif sur les processus. De plus, pour que le processus se déroule normalement, le liquide ne doit pas contenir de gros fragments. Tailles maximales des fragments : 1*2 cm, les plus petits sont meilleurs. Par conséquent, si vous envisagez d’ajouter des ingrédients à base de plantes, vous devez les broyer.

Il est important pour le traitement normal dans le substrat de maintenir un niveau de pH optimal : entre 6,7 et 7,6. Habituellement, l'environnement a une acidité normale et ce n'est qu'occasionnellement que les bactéries acidifiantes se développent plus rapidement que les bactéries génératrices de méthane. Ensuite, le milieu devient acide, la production de gaz diminue. Pour obtenir la valeur optimale, ajoutez de la chaux ou de la soude ordinaire au substrat.

Parlons maintenant un peu du temps nécessaire au traitement du fumier. En général, le temps dépend des conditions créées, mais les premiers gaz peuvent commencer à s'écouler dès le troisième jour après le début de la fermentation. La formation de gaz la plus active se produit lorsque le fumier se décompose de 30 à 33 %. Pour vous donner une idée du temps, disons qu'au bout de deux semaines le substrat se décompose de 20 à 25 %. Autrement dit, le traitement devrait idéalement durer un mois. Dans ce cas, l'engrais est de la plus haute qualité.

Calcul du volume du bac pour le traitement

Pour les petites exploitations, l'installation optimale est une installation constante : c'est à dire lorsque le fumier frais est fourni quotidiennement en petites portions et retiré dans les mêmes portions. Afin que le processus ne soit pas perturbé, la part de la charge journalière ne doit pas dépasser 5 % du volume traité.

Les installations artisanales de transformation du fumier en biogaz ne sont pas le summum de la perfection, mais sont assez efficaces

Sur cette base, vous pouvez facilement déterminer le volume du réservoir requis pour une installation de biogaz artisanale. Vous devez multiplier le volume quotidien de fumier de votre ferme (déjà dilué avec une humidité de 85-90%) par 20 (c'est pour les températures mésophiles, pour les températures thermophiles vous devrez multiplier par 30). Au chiffre obtenu, vous devez ajouter 15 à 20 % supplémentaires d'espace libre pour la collecte du biogaz sous le dôme. Vous connaissez le paramètre principal. Tous les autres coûts et paramètres du système dépendent du système d'installation de biogaz choisi pour la mise en œuvre et de la manière dont vous allez tout faire. Il est tout à fait possible de se contenter de matériaux improvisés, ou de commander une installation clé en main. Les développements d'usines coûteront à partir de 1,5 million d'euros, les installations des Kulibins seront moins chères.

Enregistrement légal

L'installation devra être coordonnée avec le SES, l'inspection du gaz et les pompiers. Tu auras besoin de:

• Schéma technologique de l'installation.
• Plan d'implantation des équipements et composants faisant référence à l'installation elle-même, à l'emplacement d'installation de l'unité thermique, à l'emplacement des canalisations et des conduites d'énergie et aux raccordements des pompes. Le schéma doit indiquer le paratonnerre et les routes d'accès.
• Si l'installation est située à l'intérieur, un plan de ventilation sera également nécessaire, qui assurera au moins un échange octuple de tout l'air de la pièce.

Comme nous le voyons, nous ne pouvons ici nous passer de bureaucratie.

Enfin, un peu sur les performances de l'installation. En moyenne, une installation de biogaz produit chaque jour un volume de gaz deux fois supérieur au volume utile du réservoir. Autrement dit, 40 m 3 de lisier produiront 80 m 3 de gaz par jour. Environ 30 % seront consacrés à assurer le processus lui-même (le principal poste de dépense est le chauffage). Ceux. à la sortie vous recevrez 56 m 3 de biogaz par jour. Selon les statistiques, pour couvrir les besoins d'une famille de trois personnes et chauffer une maison de taille moyenne, il faut 10 m 3 . En solde net vous disposez de 46 m3 par jour. Et c'est avec une petite installation.

Résultats

En investissant une certaine somme d'argent dans la mise en place d'une installation de biogaz (soit de vos propres mains, soit clé en main), vous répondrez non seulement à vos propres besoins et besoins en chaleur et en gaz, mais pourrez également vendre du gaz, ainsi que des engrais de haute qualité issus de la transformation.

Bonne journée tout le monde! Cet article poursuit le thème de l’énergie alternative pour la vôtre. Je vous parlerai du biogaz et de son utilisation pour chauffer la maison et cuisiner. Ce sujet intéresse particulièrement les agriculteurs qui ont accès à une variété de matières premières pour obtenir ce type de carburant. Comprenons d'abord ce qu'est le biogaz et d'où il vient.

D’où vient le biogaz et en quoi consiste-t-il ?

Le biogaz est un gaz inflammable qui résulte de l'activité vitale de micro-organismes dans un milieu nutritif. Ce milieu nutritif Il peut s'agir de fumier ou d'ensilage, placé dans une trémie spéciale. Dans ce bunker, appelé réacteur, se forme du biogaz. L'intérieur du réacteur sera disposé comme suit :

Pour accélérer le processus de fermentation de la biomasse, celle-ci doit être chauffée. Pour cela, un élément chauffant ou un échangeur de chaleur connecté à n'importe quelle chaudière de chauffage peut être utilisé. Il ne faut pas oublier une bonne isolation thermique afin d'éviter des coûts énergétiques inutiles pour le chauffage. En plus du chauffage, la masse en fermentation doit être agitée. Sans cela, l'efficacité de l'installation peut être considérablement réduite. Le mélange peut être manuel ou mécanique. Tout dépend du budget ou de ce qui est disponible moyens techniques. Le plus important dans un réacteur, c'est le volume ! Un petit réacteur est tout simplement physiquement incapable de produire une grande quantité de gaz.

La composition chimique du gaz dépend fortement des processus qui se déroulent dans le réacteur. Le plus souvent, le processus de fermentation du méthane s'y produit, ce qui entraîne la formation de gaz avec un pourcentage élevé de méthane. Mais au lieu de la fermentation du méthane, un processus de formation d'hydrogène pourrait bien se produire. Mais à mon avis, l’hydrogène n’est pas nécessaire au consommateur moyen, et peut même être dangereux. Rappelez-vous simplement la mort du dirigeable Hindenburg. Voyons maintenant à partir de quoi le biogaz peut être obtenu.

De quoi peut-on obtenir du biogaz ?

Le gaz peut être obtenu à partir de divers types biomasse. Listons-les sous forme de liste :

• Déchets production alimentaire- il peut s'agir de déchets d'abattage ou de production laitière. Déchets appropriés issus de la production d’huile de tournesol ou de coton. C'est loin d'être liste complète, mais c'est suffisant pour transmettre l'essence. Ce type les matières premières donnent la teneur en méthane la plus élevée dans le gaz (jusqu'à 85 %).
• Cultures agricoles - dans certains cas cultivées pour produire du gaz types spéciaux plantes. Par exemple, le maïs ensilé ou les algues conviennent pour cela. Le pourcentage de méthane contenu dans le gaz est d'environ 70 %.
• Le fumier est le plus souvent utilisé dans les grandes exploitations d’élevage. Le pourcentage de méthane dans le gaz, lors de l'utilisation du fumier comme matière première, ne dépasse généralement pas 60 %, le reste étant constitué de dioxyde de carbone et d'un peu de sulfure d'hydrogène et d'ammoniac.

Schéma fonctionnel d'une installation de biogaz.

Pour la meilleure façon Pour comprendre le fonctionnement d'une installation de biogaz, regardons la figure suivante :

La conception du bioréacteur a été évoquée ci-dessus, nous n'en parlerons donc pas. Regardons d'autres composants de l'installation :

• Un récepteur de déchets est une sorte de conteneur dans lequel tombent les matières premières dans un premier temps. Dans celui-ci, les matières premières peuvent être mélangées avec de l'eau et broyées.
• La pompe (après le récepteur de déchets) est une pompe fécale, à l'aide de laquelle la biomasse est pompée à l'intérieur du réacteur.
• La chaudière est une chaudière de chauffage utilisant n'importe quel combustible, conçue pour chauffer la biomasse à l'intérieur du réacteur.
• La pompe (à côté de la chaudière) est une pompe de circulation.
• « Engrais » est un récipient dans lequel tombent les boues fermentées. Comme le contexte le montre clairement, il peut être utilisé comme engrais.
• Un filtre est un appareil dans lequel le biogaz est conditionné. Le filtre élimine l'excès de gaz et d'humidité.
• Compresseur - comprime le gaz.
• Le stockage de gaz est un réservoir scellé dans lequel du gaz prêt à l’emploi peut être stocké aussi longtemps que souhaité.

Biogaz pour une maison privée.

De nombreux propriétaires de petites exploitations envisagent d'utiliser le biogaz pour leurs besoins internes. Mais après avoir découvert plus en détail comment tout cela fonctionne, la plupart abandonnent cette idée. Cela est dû au fait que les équipements de traitement du fumier ou de l'ensilage coûtent très cher et que la production de gaz (en fonction de la matière première) peut être faible. Cela rend l’installation d’équipement non rentable. Généralement, les agriculteurs installent des installations primitives fonctionnant au fumier pour les maisons privées. Le plus souvent, ils ne peuvent fournir que du gaz pour la cuisine et une chaudière à gaz murale de faible puissance. En même temps processus technologique vous devrez dépenser beaucoup d'énergie pour chauffer, pomper et faire fonctionner le compresseur. Les filtres coûteux ne peuvent pas non plus être exclus de la vue.

En général, la morale ici est la suivante : plus l'installation elle-même est grande, plus son exploitation est rentable. Mais pour les conditions domestiques, cela est presque toujours impossible. Mais cela ne veut pas dire que personne ne réalise d’installations à domicile. Je vous suggère de regarder la vidéo suivante pour voir à quoi cela ressemble en utilisant des matériaux de récupération :

Résumé.

Le biogaz est un excellent moyen de transformation utile déchets organiques. Le résultat est du carburant et des engrais utiles sous forme de boues fermentées. Cette technologie fonctionne d’autant plus efficacement que le volume de matières premières traitées est important. Technologies modernes permettent d'augmenter considérablement la production de gaz à l'aide de catalyseurs et de micro-organismes spéciaux. Le principal inconvénient de tout cela est le prix élevé du mètre cube. Pour des gens ordinaires le plus souvent, il sera beaucoup moins cher d'acheter du gaz en bouteilles que de construire une usine de traitement des déchets. Mais, bien sûr, il existe des exceptions à toutes les règles, donc avant de décider de passer au biogaz, il convient de calculer le prix au mètre cube et le délai d'amortissement. C'est tout pour l'instant, écrivez des questions dans les commentaires

La technologie ayant désormais progressé rapidement, une grande variété de déchets organiques peuvent devenir des matières premières pour la production de biogaz. Les indicateurs de rendement du biogaz provenant de différents types de matières premières organiques sont présentés ci-dessous.

Tableau 1. Rendement en biogaz à partir de matières premières organiques

Fumier de bétail

Partout dans le monde, les plus populaires sont celles qui utilisent du fumier de vache comme matière première de base. Garder une tête de bétail permet de fournir 6,6 à 35 tonnes de lisier par an. Ce volume de matières premières peut être transformé en 257 à 1 785 m 3 de biogaz. En termes de pouvoir calorifique, les indicateurs indiqués correspondent à : 193-1339 mètres cubes de gaz naturel, 157-1089 kg d'essence, 185-1285 kg de fioul, 380-2642 kg de bois de chauffage.

Un des avantages clés l'utilisation du fumier de vache pour la production de biogaz est la présence dans le tractus gastro-intestinal de gros bétail colonies de bactéries qui produisent du méthane. Cela signifie qu’il n’est pas nécessaire d’introduire davantage de micro-organismes dans le substrat, et donc aucun investissement supplémentaire n’est nécessaire. En même temps, la structure homogène du fumier rend utilisation possible de ce type de matière première dans des appareils à cycle continu. La production de biogaz sera encore plus efficace lorsque l’urine de bétail sera ajoutée à la biomasse fermentescible.

Fumier de porc et de mouton

Contrairement au bétail, les animaux de ces groupes sont élevés dans des locaux sans sol en béton, de sorte que les processus de production de biogaz sont ici quelque peu compliqués. L'utilisation de fumier de porc et de mouton dans des appareils à cycle continu est impossible ; seul un chargement dosé est autorisé. Parallèlement à ce type de matières premières, les déchets végétaux entrent souvent dans les bioréacteurs, ce qui peut augmenter considérablement la durée de leur traitement.

Crottes d'oiseaux

Afin d'utiliser efficacement les fientes d'oiseaux pour produire du biogaz, il est recommandé d'équiper les cages à oiseaux de perchoirs, car cela permettra de collecter des fientes en gros volumes. Pour obtenir des volumes importants de biogaz, les fientes d'oiseaux doivent être mélangées à du fumier de vache, ce qui éliminera le dégagement excessif d'ammoniac du substrat. Une particularité de l'utilisation du fumier de volaille dans la production de biogaz est la nécessité d'introduire une technologie en 2 étapes utilisant un réacteur d'hydrolyse. Ceci est nécessaire pour contrôler le niveau d'acidité, sinon les bactéries présentes dans le substrat pourraient mourir.

Excréments

Pour traiter efficacement les selles, il est nécessaire de minimiser le volume d'eau par sanitaire : il ne peut pas dépasser 1 litre à la fois.

En utilisant recherche scientifique dernières années Il a été possible d'établir que le biogaz, dans le cas de l'utilisation de matières fécales pour sa production, ainsi que des éléments clés (notamment le méthane), contiennent de nombreux composés dangereux qui contribuent à la pollution. environnement. Par exemple, lors de la fermentation méthanique de ces matières premières à haute température conditions de température dans les stations de traitement biologique des eaux usées, dans presque tous les échantillons en phase gazeuse, environ 90 µg/m 3 d'arsenic, 80 µg/m 3 d'antimoine, 10 µg/m 3 de mercure, 500 µg/m 3 de tellure, 900 µg/m 3 d'étain, 700 µg ont été trouvés/m 3 de plomb. Les éléments mentionnés sont représentés par des composés tétra- et diméthylés caractéristiques des processus d'autolyse. Les indicateurs identifiés dépassent largement les concentrations maximales admissibles de ces éléments, ce qui indique la nécessité d'une approche plus approfondie du problème de la transformation des matières fécales en biogaz.

Cultures énergétique

La grande majorité des plantes vertes fournissent des rendements de biogaz exceptionnellement élevés. De nombreux Européens installations de biogaz opérer sur de l'ensilage de maïs. Ceci est tout à fait justifié, puisque l'ensilage de maïs obtenu à partir de 1 hectare permet la production de 7 800 à 9 100 m3 de biogaz, ce qui correspond à : 5 850 à 6 825 m3 de gaz naturel, 4 758 à 5 551 kg d'essence, 5 616 à 6 552 kg de fioul, 11 544 à 13 468 kg de bois de chauffage.

Environ 290 à 490 m 3 de biogaz sont produits par une tonne de graminées diverses, le trèfle ayant un rendement particulièrement élevé : 430 à 490 m 3 . Une tonne de fanes de pommes de terre crues de haute qualité peut également fournir jusqu'à 490 m3, une tonne de fanes de betteraves - de 75 à 200 m3, une tonne de déchets obtenus lors de la récolte du seigle - 165 m3, une tonne de lin et de chanvre - 360 m3, une tonne de paille d'avoine - 310 m 3.

Il convient de noter que dans le cas de cultures ciblées de cultures énergétiques pour la production de biogaz, des investissements sont nécessaires. Argent dans leurs semailles et leurs récoltes. De cette manière, ces cultures diffèrent considérablement des autres sources de matières premières pour les bioréacteurs. Il n’est pas nécessaire de fertiliser ces cultures. Quant aux déchets issus de la culture maraîchère et de la production céréalière, leur transformation en biogaz présente une efficacité économique extrêmement élevée.

"Gaz de décharge"

A partir d'une tonne de déchets solides secs, on peut obtenir jusqu'à 200 m 3 de biogaz, dont plus de 50 % du volume est du méthane. En termes d’activité d’émission de méthane, les décharges sont de loin supérieures à toute autre source. L'utilisation de déchets solides dans la production de biogaz aura non seulement un effet économique significatif, mais réduira également le flux de composés polluants dans l'atmosphère.

Caractéristiques qualitatives des matières premières pour la production de biogaz

Les indicateurs caractérisant le rendement du biogaz et la concentration de méthane dans celui-ci dépendent, entre autres, de l'humidité de la matière première de base. Il est recommandé de le maintenir à 91% en période estivale et 86% en hiver.

Recevoir volumes maximaux le biogaz à partir de masses fermentescibles est possible en assurant une activité suffisamment élevée des micro-organismes. Cette tâche ne peut être réalisée qu'avec la viscosité requise du substrat. Les processus de fermentation du méthane ralentissent si des éléments secs, gros et solides sont présents dans la matière première. De plus, en présence de tels éléments, on observe la formation d'une croûte, conduisant à la stratification du substrat et à l'arrêt de la production de biogaz. Pour exclure de tels phénomènes, avant de charger la masse de matières premières dans les bioréacteurs, celle-ci est broyée et soigneusement mélangée.

Les valeurs de pH optimales des matières premières sont des paramètres compris entre 6,6 et 8,5. La mise en œuvre pratique de l'augmentation du pH jusqu'au niveau requis est assurée par l'introduction dosée d'une composition à base de marbre concassé dans le substrat.

Afin de garantir un rendement maximal en biogaz, la plupart divers types les matières premières peuvent être mélangées avec d'autres types grâce au traitement par cavitation du substrat. Dans ce cas, des ratios optimaux sont atteints gaz carbonique et azote : dans la biomasse transformée, ils doivent être apportés dans un rapport de 16 à 10.

Ainsi, lors du choix des matières premières pour installations de biogaz Il est logique de porter une attention particulière à ses caractéristiques qualitatives.

Biogaz- gaz produit par fermentation méthanique de la biomasse. La décomposition de la biomasse se produit sous l'influence de trois types de bactéries.

Dans la chaîne alimentaire, les bactéries suivantes se nourrissent des déchets des précédentes.
Le premier type est constitué de bactéries hydrolytiques, le second est acidogène et le troisième est générateur de méthane.
Non seulement les bactéries de la classe des méthanogènes, mais les trois espèces sont impliquées dans la production de biogaz. Durant le processus de fermentation, du biogaz est produit à partir de biodéchets. Ce gaz peut être utilisé comme le gaz naturel ordinaire, pour chauffer et produire de l'électricité. Il peut être compressé, utilisé pour faire le plein d'une voiture, accumulé, pompé. Essentiellement, en tant que propriétaire et propriétaire à part entière, vous recevez votre propre puits de gaz et les revenus qui en découlent. Il n’est pas encore nécessaire d’enregistrer votre propre installation.

Composition et qualité du biogaz

50-87% de méthane, 13-50% de CO2, impuretés mineures de H2 et H2S. Après avoir épuré le biogaz du CO2, on obtient du biométhane ; Il s'agit d'un analogue complet du gaz naturel, la seule différence réside dans l'origine.
Étant donné que seul le méthane fournit de l'énergie à partir du biogaz, il convient de décrire la qualité du gaz, le rendement en gaz et la quantité de gaz pour tout rapporter au méthane, avec ses indicateurs standardisés.

Le volume de gaz dépend de la température et de la pression. Hautes températures conduisent à un étirement des gaz et à un niveau de calories qui diminue avec le volume, et vice versa. À mesure que l’humidité augmente, la teneur en calories du gaz diminue également. Pour que les débits de gaz puissent être comparés entre eux, il est nécessaire de les corréler à l'état normal (température 0 C, Pression atmosphérique 1 barre, humidité relative gaz 0%). En général, les données de production de gaz sont exprimées en litres (l) ou mètres cubes de méthane par kilogramme de matière sèche organique (MOD) ; c'est beaucoup plus précis et éloquent que les données en mètres cubes de biogaz en mètres cubes de substrat frais.

Matières premières pour la production de biogaz

Liste des déchets organiques adaptés à la production de biogaz : fumiers, fientes d'oiseaux, vinasses de distillerie de céréales et de craie, drêches, pulpes de betteraves, boues fécales, déchets de poissonnerie et d'abattoirs (sang, graisse, intestins, canne), herbes, déchets ménagers, déchets de laiteries - lactosérum salé et sucré, déchets de la production de biodiesel - glycérine technique issue de la production de biodiesel à partir de colza, déchets de la production de jus - pulpes de fruits, baies, légumes, marcs de raisin, algues, déchets de la production d'amidon et de mélasse - pulpe et sirop, transformation des déchets de pommes de terre, production de chips - épluchures, peaux, tubercules pourris, pulpe de café.

Calcul du biogaz utile sur une ferme

Le rendement du biogaz dépend de la teneur en matière sèche et du type de matière première utilisée. Une tonne de fumier de bétail produit 50 à 65 m3 de biogaz avec une teneur en méthane de 60 %, 150 à 500 m3 de biogaz provenant de divers types d'installations avec une teneur en méthane allant jusqu'à 70 %. La quantité maximale de biogaz - 1 300 m3 avec une teneur en méthane allant jusqu'à 87 % - peut être obtenue à partir de graisse.
Une distinction est faite entre la production de gaz théorique (physiquement possible) et techniquement réalisable. Dans les années 1950-1970, le rendement en gaz techniquement possible ne représentait que 20 à 30 % du rendement théorique. Aujourd'hui, l'utilisation d'enzymes, de boosters de dégradation artificielle des matières premières (cavitateurs à ultrasons ou liquides) et d'autres dispositifs permettent d'augmenter le rendement en biogaz dans une installation conventionnelle de 60 % à 95 %.

Dans les calculs de biogaz, la notion de matière sèche (DM ou anglais TS) ou de résidu sec (CO) est utilisée. L’eau contenue dans la biomasse elle-même ne produit pas de gaz.
En pratique, à partir de 1 kg de matière sèche, on obtient 300 à 500 litres de biogaz.

Pour calculer le rendement en biogaz d'une matière première spécifique, il est nécessaire d'effectuer des tests en laboratoire ou de consulter des données de référence, puis de déterminer la teneur en graisses, protéines et glucides. Lors de la détermination de ces dernières, il est important de connaître le pourcentage de substances rapidement dégradables (fructose, sucre, saccharose, amidon) et difficiles à décomposer (cellulose, hémicellulose, lignine).

Après avoir déterminé le contenu des substances, vous pouvez calculer le rendement en gaz pour chaque substance séparément, puis l'additionner. Quand le biogaz était associé au fumier (à la campagne, cette situation perdure aujourd'hui - ai-je demandé dans la taïga centre de district, Verkhovazhye, région de Vologda), a utilisé le concept d'« unité animale ». Aujourd’hui, lorsqu’on a appris à produire du biogaz à partir de matières premières organiques arbitraires, ce concept s’est éloigné et a cessé d’être utilisé.

Mais en plus des déchets, le biogaz peut être produit à partir de cultures énergétiques spécialement cultivées, par exemple à partir de maïs ensilé ou de silphium, ainsi que d'algues. La production de gaz peut atteindre jusqu'à 500 m3 à partir de 1 tonne.

Le gaz de décharge est l’un des types de biogaz. Il est obtenu dans les décharges à partir des déchets ménagers municipaux.

Aspect environnemental dans l'utilisation du biogaz

La production de biogaz contribue à prévenir les émissions de méthane dans l’atmosphère. Le méthane affecte Effet de serre 21 fois plus puissant que le mélange CO2 et reste dans l'atmosphère jusqu'à 12 ans. Capter et limiter la propagation du méthane est la meilleure méthode de prévention à court terme le réchauffement climatique. C’est ici que, à l’intersection de la recherche, se révèle un autre domaine de la science qui a jusqu’à présent fait l’objet de peu de recherches.

Le fumier transformé, la vinasse et d’autres déchets sont utilisés comme engrais dans l’agriculture. Cela réduit l'utilisation d'engrais chimiques et réduit la charge sur les eaux souterraines.

Production de biogaz

Il existe des installations industrielles et artisanales.
Les installations industrielles diffèrent des installations artisanales par la présence de mécanisation, de systèmes de chauffage, d'homogénéisation et d'automatisation. Le plus commun méthode industrielle- la digestion anaérobie dans les digesteurs.

Une installation de biogaz fiable doit comporter les éléments nécessaires :

Cuve d'homogénéisation ;
chargeur de matières premières solides (liquides);
le réacteur lui-même ;
agitateurs;
gazomètre;
système de mélange d'eau et de chauffage ;
système de gaz;
station de pompage;
séparateur;
appareils de controle;
Système de sécurité.

Caractéristiques d'une installation de production de biogaz

Dans une installation industrielle, les déchets (matières premières) sont périodiquement introduits dans le réacteur à l'aide d'une station de pompage ou d'un chargeur. Le réacteur est une cuve en béton armé chauffée et isolée équipée de mélangeurs.

Ils « vivent » dans le réacteur bactéries bénéfiques qui se nourrissent de déchets. Le déchet des bactéries est le biogaz. Pour maintenir la vie des bactéries, il est nécessaire de leur fournir des aliments - déchets, un chauffage à 35°C et un mélange périodique. Le biogaz obtenu s'accumule dans une installation de stockage (gazomètre), puis passe par un système d'épuration et est fourni aux consommateurs (chaudière ou générateur électrique). Le réacteur fonctionne sans accès à l'air, est pratiquement étanche et non dangereux.

Pour la fermentation de certains types de matières premières dans forme pure une technologie spéciale à deux étages est requise.

Par exemple, les fientes d’oiseaux et les eaux de distillation ne sont pas transformées en biogaz dans un réacteur conventionnel. Pour traiter de telles matières premières, un réacteur d'hydrolyse supplémentaire est nécessaire. Il vous permet de contrôler le niveau d'acidité afin que les bactéries ne meurent pas en raison d'une augmentation de la teneur en acides ou en alcalis.

Facteurs importants influençant le processus de fermentation :

Température;
humidité ambiante;
niveau de pH ;
rapport C:N:P ;
surface des particules de matières premières ;
fréquence d'alimentation en substrat ;
substances qui ralentissent la réaction;
suppléments stimulants.

Application du biogaz

Le biogaz est utilisé comme carburant pour produire de l’électricité, de la chaleur ou de la vapeur, ou comme carburant pour véhicules. Les installations de biogaz peuvent être utilisées comme les stations d'épuration des eaux usées dans les fermes, les élevages de volailles, les distilleries, les sucreries, les usines de transformation de viande et comment cas particulier peut même remplacer une usine vétérinaire et sanitaire, où les charognes peuvent être recyclées en biogaz au lieu de produire de la farine de viande et d'os.