Kā pašrocīgi pagatavot biodegvielu no mēsliem mājas apstākļos

Mūsdienu tehnoloģijas, kas pārstrādā dažādus izejvielu veidus, paver iespēju veiksmīgi risināt biodegvielas iegūšanas no mēsliem uzdevumu tieši mājas apstākļos. Turklāt, ražojot biodegvielu pašrocīgi mājās, pateicoties jaunajiem atkritumu pārstrādes principiem, vienlaikus var ražot arī mēslojumu lauksaimniecības kultūrām.

Bet kas tam nepieciešams un kā pareizi izgatavot bioreaktoru – šos jautājumus mēs detalizēti aplūkosim mūsu rakstā. Sniegsim ieteikumus labākās izejvielas izvēlei biogāzes iegūšanai, kā arī analizēsim iegūtās degvielas izmantošanas īpatnības saimniecības vajadzībām.

Protams, vienkāršākais ceļš – iegādāties gatavas rūpnieciskās iekārtas. Tomēr to dārdzība liek apsvērt iespēju ražošanas sistēmas izgatavot pašrocīgi.

Īsumā par biogāzes definīciju

Saskaņā ar zinātniskajām definīcijām biogāze ir produkts, kas iegūts bioloģisko atkritumu masas rūgšanas procesā. Rūgšanas produkts šajā gadījumā ir metāns vai ūdeņradis.

Metāna (vai ūdeņraža) veidošanās notiek trīs veidu baktēriju dzīvības darbības rezultātā:

• hidrolītiskās;
• skābes veidojošās;
• metānu veidojošās.

Par kvalitatīvu rūgšanas produktu uzskata gāzes maisījuma sastāvu, kurā saturs sadalās proporcijā: 50–85 % metāna, 15–50 % oglekļa dioksīda un mazāk nekā 5 % sērūdeņraža.

Aptuveni šādi izskatās alternatīvās enerģijas ieguves strukturālā shēma. Šajā procesā izmanto tradicionālus sadzīves izejvielu avotus, kas labi der alternatīvās enerģijas – biodegvielas ieguvei.

Šo gāzes maisījumu izlaiž caur filtriem, lai attīrītu no CO² un H²S klātbūtnes, pēc kā paliek tīrs bioloģiskais metāns. Šāda gāze ne ar ko neatšķiras no dabasgāzes, ko izmanto sadzīves un rūpniecības jomā.

Kvalitatīva bioloģiskā gāzes maisījuma iegūšanas izejvielas parasti ir:

• kūtsmēsli un putnu mēsli;
• spirta ražošanas atkritumi (barda);
• alus darīšanas pārpalikumi (alus drabiņas);
• fekāliju masas un zivju pārstrādes atkritumi;
• cukurbiešu rauši, sadzīves atkritumi, zāle un tamlīdzīgi.

Tā ir tikai daļa no visa lietošanai derīgā izejmateriāla. Bet pat šis saraksts parāda: cik daudzveidīgs ir izejvielu klāsts, lai varētu izveidot biogāzes ražošanu pastāvīgi.

Biodegvielas ražošanas iekārta, izgatavota vienas no daudzajām strādājošajām zemnieku saimniecībām vajadzībām. Neliela tilpuma stacija, taču pilnībā apmierinoša privātās zemnieku saimniecības vajadzības.

Gāzes maisījuma iznākuma apjoma rādītāji tieši atkarīgi no izmantotās izejvielas veida un sausnas satura tajā. Piemēram, ja izmanto liellopu kūtsmēslus, no vienas tonnas kūtsmēslu reāli var iegūt 50–60 m³ biodegvielas, kas satur līdz 60 % metāna.

Uzskata, ka vislabākā izejviela ir atkritumi ar augstu tauku saturu. Apstrādājot vienu tonnu tauku atkritumu klasiskā biodegvielas ieguves iekārtā, var iegūt līdz 1300 m³ gāzes maisījuma, kur metāna saturs sasniedz līdz 90 %.

Kā izgatavot pārstrādes fermas moduli?

Lai izveidotu atkritumu pārstrādes sistēmu biodegvielā, vismaz ir jāpārzina šādu ierīču darbības princips un jābūt priekšstatam par shēmu uzbūvi.

Bioreaktora iekārtas shēma: 1 – bioreaktors; 2 – maisītājs; 3 – sildītājs; 4 – sūknis; 5 – filtrējošais elements; 6 – gāzes kompresors; 7 – gāztvertne; 8 – kūtsmēslu savācējs; 9 – mēslojuma (dūņu) izvads; 10 – sildīšanas vadības pults

Apskatīsim abus, bet jāatzīmē: pilnvērtīgas iekārtas būvēšana ir diezgan sarežģīts un dārgs pasākums. Mājas apstākļos parasti izdodas izveidot tikai kaut ko līdzīgu pārstrādes stacijām. Tomēr daži mēģinājumi ir veiksmīgi.

Bioiekārtas darbības princips

Biodegradējamās degvielas ražošanas tehnoloģija parasti atbalsta šādu sistēmisku pieeju:

1. Bioreaktors (tvertne) tiek piepildīts ar mēsliem.
2. Noteiktā laika periodā reaktora iekšienē notiek fermentācijas process.
3. Veidojas gāzes vide.
4. Tiek veikta gāzu izvade no reaktora.
5. Gāzu maisījums tiek attīrīts un novirzīts izmantošanai kā degviela.

Iegūtā gāzu maisījuma sastāvs raksturojas ar diezgan augstu dažādu vielu piesātinājumu. Procentuālajā sastāvā visvairāk ir metāna (60%), oglekļa dioksīda (35%) un citu vielu, ieskaitot sērūdeņražu (5%).

Šādi izskatās gāzu sadalījuma diagramma: 1 – metāna saturs aptuveni 63-65%; 2 – oglekļa dioksīda saturs aptuveni 30-33%; 3 – sērūdeņraža saturs aptuveni 2%; 4 – amonjaka saturs aptuveni 1%; 5 – ūdeņraža saturs aptuveni 1%

Tomēr, lai efektīvi darbotos mājas ražošanas gāzes stacija, ir nepieciešami ievērojami dzīvnieku izcelsmes atkritumu krājumi.

Tāpēc pirmais, kam jāpievērš uzmanība, risinot biodegvielas iegūšanas uzdevumu mājas (vasaras) apstākļos, ir izejvielu avotu pieejamība pārstrādes iekārtai.

Bioreaktora izgatavošana pašrocīgi

Izvēlējušies izejvielu avotus, tālāk jānosaka vieta mājas (vai vasarnīcas) bioreaktora novietošanai. Pats reaktors ir hermētisks trauks, pietiekami izturīgs, ar tilpumu, kas atbilst ikdienas mēslu izejvielu ieplūdei pārstrādei (uzziņai: lai iegūtu 100 m³ gāzu maisījuma, nepieciešama aptuveni 1 t mēslu).

Mēslu veida un iegūtā biogāzes daudzuma attiecības tabula

Tabula, kas parāda dažādu bioloģisko atkritumu veidu efektivitāti no iegūtā gāzes apjoma viedokļa. Kā redzams tabulā, visefektīvākie ir cūku mēsli, kas spēj dot vislielāko biodegvielas daudzumu.

Šādu tvertni nāksies uzstādīt uz stipra pamata, aprīkot ar noslēgarmatūru un citu tehnisko atribūtiku saskaņā ar klasisko shēmu. Tvertnes augšējo daļu vēlams padarīt noņemamu, ar skrūvju savienojumiem un blīvējuma starpliku.

Lai nodrošinātu cikla nepārtrauktību, uzkrāšanas tvertne jāaprīko ar mākslīgās apsildes moduli. Ja vasaras periodā mēslu fermentācijas efektivitāti un gāzes veidošanās ātrumu pietiekami nodrošina ārējie temperatūras apstākļi, ziemā situācija mainās.

Ziemas ekspluatācijai bioreaktors noteikti prasa mākslīgu apsildi, ņemot vērā, ka fermentācijas baktēriju darbība apstājas jau pie 4-10 °C virs nulles. Attiecīgi tvertnei jābūt ar kvalitatīvi izpildītu siltumizolāciju. Šim nolūkam labi der klasiskais izolācijas veids ar minerālvati.

Uzskatāms piemērs bioreaktora izolācijai tā ziemas ekspluatācijai. Kā izolējošais materiāls šeit izmantota minerālvate. No augšas vates slānis ir pārklāts ar folijas materiālu.

Apsildes organizēšanai ir vairāki varianti. Piemēram, elektrisko sildītāju izmantošana vai apkures sistēma ar ūdens siltumnesēju (ūdens apvalks).

Apsildes kontūra jauda jāaprēķina, pamatojoties uz optimālo temperatūras normu reaktora iekšienē 25-40 °C, kas nepieciešama efektīva biomasas fermentācijas procesa sasniegšanai.

Papildus sildītājiem uz biomasas fermentācijas aktivitāti ietekmē tās stagnācijas pakāpe. Būtībā tvertnes iekšienē kūtsmēslu izejmateriālam pastāvīgi jāatrodas kustībā. Biomasas kustība pastiprina fermentācijas procesu un saīsina gāzes komponentes iegūšanas laiku.

Vasaras iekārtas variants kūtsmēslu pārstrādei un biodegvielas iegūšanai. Šajā gadījumā apsilde veidota kā betona ūdens vanna, kurā iegremdēta reaktora tvertne. Tomēr šo iekārtu nevar izmantot ziemas periodā.

Kustības organizēšanas uzdevums tiek risināts, ieviešot bioreaktora konstrukcijā īpašu mehānisku maisītāju. Šīs ierīces vārpstu savieno ar zema apgriezienu motora vārpstu, kas veic rotācijas darbību. Maisīšanas procesa ieslēgšanu un izslēgšanu var veikt manuāli vai automātiski.

Mūsu vietnē ir cits raksts, kurā ir sniegta instrukcija iekārtas izveidei biogāzes iegūšanai privātmājas vajadzībām.

Biogāzes un mēslojuma iegūšanas process

Biodegvielas iegūšanas sistēmas konstrukcija mājas apstākļos tehnoloģiski paredz tvertnes piepildīšanu ar kūtsmēsliem aptuveni līdz 1/3 tilpuma. Kūtsmēslu iekraušanai tiek izveidota iekraušanas lūka ar hermētiski aizveramām durvīm. Atlikusī brīvā bioreaktora augšējā daļa tiek izmantota izdalīto gāzu uzkrāšanai.

Paštaisīts miniatūrs bioreaktors, izgatavots uz parastas 200 litru mucas bāzes. Principā tas ir piemērots lietošanai privātā saimniecībā, lai apmierinātu pieticīgās vajadzības pēc bioloģiskās degvielas. Tā ir tā pati konstrukcija, kuru reāli var izgatavot mājas apstākļos biodegvielas iegūšanai.

Augšējā un apakšējā tvertnes līmenī ir jāizveido izejas atveres. Augšā – gāzes izvads, apakšā – izvads apstrādāto kūtsmēslu (mēslojuma) novadīšanai. Tāpat tvertnes augšējā daļā vēlams ierīkot skata logu procesa novērošanai.

Gāzes maisījuma izvades caurule tiek savienota ar hermētisku cauruli ar ierīci, kas vienlaikus pilda separātora un hidrauliskā slēdža funkcijas. Savienojumam izmanto neliela diametra (25-32 mm) cauruli (metāla vai polietilēna).

Pats separātors ir salīdzinoši mazas tilpuma tvertne, kas piepildīta ar ūdeni. Gāze, kas iet caur ūdens slāni, tiek attīrīta, izvadīta uz gāzes tvertni un pēc tam padota patērētājiem.

Divpakāpju separātora – hidrauliskā slēdža ierīces piemērs gāzes maisījuma, kas nāk no bioreaktora, pievadīšanai. Šāds filtrācijas variants ļauj iegūt kvalitatīvi attīrītu produktu.

Apakšējā caurule uz reaktora (apstrādāto kūtsmēslu – dūņu izvadei) vēlams izgatavot pēc iespējas lielāka diametra. Tai pievieno noslēgarmatūru (aizbīdni) un izveido novadīšanu uz dūņu savākšanas tvertni. Apstrādāto masu saimniecībā var veiksmīgi izmantot kā mēslojumu.

Detalizētu informāciju par nepieciešamā tvertnes tilpuma noteikšanu, kā arī par bioreaktora darbības efektivitātes aprēķiniem un biogāzes izmantošanas lietderību mēs aplūkojām nākamajā rakstā.

Kādam jābūt mēslu masas sastāvam?

Bioreaktorā iekraujamo kūtsmēslu masu nevajadzētu uztvert vienkārši kā jebkurai kvalitātei piemērotu izejvielu. Vielas sastāvdaļai ir būtiska nozīme fermentācijas procesā. Praksē ir novērots, ka substrāta daļiņu samazināšanās ir saistīta ar labāku procesa efektivitāti.

Izteikta substrāta šķiedrainība un baktēriju mijiedarbības laukuma palielināšanās – tie ir galvenie kritēriji, kas veicina ātru kūtsmēslu masas sadalīšanos. Šādā stāvoklī kūtsmēslu izejviela, sildot un maisot, neveido nogulsnes vai plēvi uz virsmas, kas ievērojami vienkāršo gāzes maisījuma filtrāciju.

Kūtsmēslu masas sagatavošana iekraušanai reaktorā. Šai procedūrai tiek pievērsta ne mazāka uzmanība nekā visam pārējam, ja ir vēlme iegūt ievērojamu biodegvielas apjomu īsā laika posmā.

Izejvielas smalcināšanas pakāpe nosaka fermentācijas ilgumu, kas savukārt ietekmē iegūstamās gāzes apjomu. Tādējādi, lai samazinātu fermentācijas laiku, ir nepieciešams labi sasmalcināt izejvielu: jo labāka ir smalcināšanas kvalitāte, jo īsāks ir fermentācijas periods.

Biogāzes izmantošanas īpatnības saimniecības vajadzībām

Šī energoresursa veida pielietojuma joma ir diezgan plaša. Pateicoties biogāzes izmantošanai kā degvielai, tiek ražota elektroenerģija, iegūts karstais ūdens vai tvaiks. Ir daudzi piemēri no prakses, kur biodegvielu izmanto autotransporta uzpildei.

Bet, lai saimniecībā nerastos problēmas, izmantojot šādu degvielu, ir ārkārtīgi svarīgi iekārtot glabātuvi iegūtajai biogāzei, izvēloties pareizu vietu gāzes tvertnei uz zemes gabala.

Šāda veida biogāzes iekārtas ir aprīkojums, kas paver iespējas radīt bezatkritumu ražošanu. Šajā ziņā veiksmīgu piemēru demonstrē atsevišķas Rietumeiropas valstis.

Piemēram, Dānijā šī degvielas veida ražošana sasniegusi gandrīz 20% no valsts kopējā energoresursu apjoma. Lielajos pasaules reģionos – Indijā un Ķīnā – biogāzes iekārtu skaits ir simtiem tūkstošu.

Jaudīgas rūpnieciskās biodegvielas ieguves iekārtas. Šādas konstrukcijas spēj pilnībā nodrošināt ar biodegvielu lielas lauksaimniecības struktūras. Visā pasaulē tiek izmantots milzīgs skaits šādu sistēmu. Un kvantitatīvs pieaugums aktīvi turpinās.

Ne velti tiek novērota ievērojama intereses palielināšanās visā pasaulē par biogāzes ražošanas procesiem.

Tas ir viens no tiem enerģētikas variantiem, ko uzskata par alternatīviem avotiem un kurā saskata nākotni, tāpēc lauksaimnieki un mājokļu apsaimniekošanas vadītāji, privāto saimniecību un mazo uzņēmumu īpašnieki uzmanīgi seko tehnoloģiju attīstībai.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Pārskats par biogāzes ražošanas agregātu, kura izgatavošanā izmantota plastmasas tvertne 127 l. Ierīces īpatnības un ekspluatācijas padomi.

Īpaša interese par iekārtu pielietojumu izpaužas restorānu un gastronomijas jomas īpašnieku vidū, kur aktuāla paliek pārtikas atkritumu pārstrādes tematika. Uz šī pamata ir laba iespēja radīt lētu organisko atkritumu utilizāciju ar labumu saimniecībām. Visbeidzot, biodegvielas ražošanas tehnoloģija ir reāla vides saglabāšana, ko nevar teikt par citu enerģētiku ražošanu.

Vai interesējaties par biodegvielas izgatavošanu un vēlaties precizēt dažus momentus? Uzdodiet strīdīgus jautājumus komentāros – mūsu eksperti centīsies noskaidrot šādus momentus.

Vai varbūt jūs ne no dzirdes esat pazīstami ar bioreaktora izgatavošanu un biogāzes iegūšanas procesu? Dalieties ar praktiskām zināšanām un savu viedokli par šo jautājumu zem mūsu raksta – daudziem saimniecību vadītājiem būs interesanta jūsu pieredze un ieteikumi.