V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Биоэнергетика в последнее десятилетие стала важным сектором большой энергетики и у России имеется огромна сырьевая база для ее развития.

Возможным путем дополнения и частичной замены традиционных видов топлива является получение и использование биогаза. Важный аргумент в пользу этого источника энергии — необходимость решения на современном уровне экологических проблем, связанных с утилизацией отходов. Одна из основных тенденций при экологически безопасной переработке органических отходов — развитие комплексных технологий утилизации биомассы за счет метанового сбраживания, в результате которого и образуется биогаз. Сырье для производства биогаза — это, прежде всего, разнообразные органические отходы агропромышленного комплекса, которые богаты целлюлозой и прочими полисахаридами. Преобразование органических отходов в биогаз происходит в результате целого комплекса сложных биохимических превращений - ферментации биомассы. Необходимость создания и поддерживания оптимальных условий для роста и существования культуры бактерий в ферментаторе определяет себестоимость получения биогаза.

Состав биогаза зависит от параметров процесса, состава и сорта сырья. Основными компонентами биогаза, полученного в анаэробных биореакторах, являются метан (CH₄) и двуокись углерода (CО₂), намного меньшую долю составляет сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), водород (H₂), азот (N₂), окись углерода (CО) и кислород (О₂). Кроме того, из сырья реактора в биогаз попадают влага и мелкие твердые частицы.

Газ мусорных свалок

Известно, что после нескольких месяцев вывоза мусора на свалку начинается разложение органических веществ под воздействием микроорганизмов. Газовая смесь, являющаяся продуктом этого процесса, состоит на 45-60% из метана, на 25-35% из двуокиси углерода и на 10-20% из азота. Таким образом, этот газ может быть использован в качестве энергоносителя. Его теплотворная способность около 5 кВт*ч/Нм³, что составляет половину теплотворной способности природного газа. Одна тонна бытовых отходов за 20 лет выделяет примерно 150-200 Нм³ газа.

Газ сточных вод

В процессе анаэробного брожения отстоявшихся и предварительно просушенных шламовых масс, возникающих при механической, биологической или химической очистке сточных вод, в метантенке выделяется метаносодержащий биохимический газ (рис.1). Полученный газ сжимается, при необходимости (большом содержании вредных веществ) очищается и закачивается на промежуточное хранение в газгольдер. Далее оттуда под постоянным давлением биохимический газ подается на энергетическую установку, где вырабатывается тепло, идущее на подогрев шлама, и электроэнергия на собственные нужды очистных сооружений, а её излишки в общественную энергосеть.

Рис.1 - Схема получения газа сточных вод

Использование биогаза

Основным способом применения биогаза является превращение его в источник тепловой, механической и электрической энергии. Однако крупные биогазовые установки можно использовать для создания производств по получению ценных химических продуктов.

Состав биогаза делает его пока малопригодным для использования, так как он высокоагрессивен и приводит к разрушению большинства обычных насосов и трубопроводов. Сероводород способствует коррозии двигателя и должен быть удален; диоксид углерода и влага, содержащаяся в газе, снижает ценность топлива для двигателей внутреннего сгорания, которые не будут работать на смесях, содержащих более 45% CO₂.

Таблица 1- Состав газа, выделяющегося при анаэробном разложении:

Состав	%
Метан	20-80
Двуокись углерода	15-16
Вода	2-3
Азот	0,5-1
Сероводород	до 1

Однако теплотворная способность биогаза обычно достаточна для использования его в модифицированных бойлерах, дизельных и карбюраторных двигателей, устанавливаемых, в частности на крупных очистных сооружениях. Для транспортных средств необходимы компрессоры для снижения объема газа до приемлемого уровня.

Экономические затраты на создание и эксплуатацию установок для получения биогаза нужно рассматривать комплексно. При подсчете себестоимости биогаза необходимо обязательно учитывать стоимость мероприятий по утилизации отходов и защиты окружающей среды.

Современное состояние проблем и перспектив в области получения биогаза свидетельствует о том, что анаэробная конверсия органических отходов в метан – наиболее наиболее конкурентоспособная область биоэнергетики.

Литература.

1. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии: Учебн.пособие для высших пед. учебных заведений / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина-2-е изд.стер.- М.:Издательский центр «Академия», 2005-208 с.

2. Тихонов, И.В. Биотехнология: Учебник / И.В. Тихонов, Е.А. Рубан, Т.Н. Грязнева и др.; Под ред. академика РАСХН Е.С. Воронина.-СПб.: ГИОРД, 2008.-704с.

3. Кнорре, Д.Г. Биологическая химия: Учебн. для хим., биол. и мед. вузов / Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина.-3-е изд.,испр.-М.: Высшая школа,2003.-479с.

4. Благутина В.В. Биорерурсы / В.В. Благутина-журнал «Химия и жизнь», 2007,№1,с 36-38.

5. Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии.-М.: КолосС, 2004.-296с.

6. Концепция областной целевой программы «Развитие системы обращения с отходами производства и потребления в Нижегородской области на 2009-2014 годы», Нижний Новгород, 2008.

Код для цитирования: Скопировать