Источник возобновляемой энергии

МОУ «Нижнеметескинская средняя общеобразовательная школа»

Арского муниципального района РТ

Тема работы:

Источник возобновляемой энергии

 Вид работы:     реферативно-экспериментальный

                               Выполнил:  ученик 10 класса  Нижнеметескинской                                

                                               средней школы Назмиев Ильназ Равилович

                                Руководитель:  Фазулзянова Найма Махмутовна,

                                                                                              учитель физики

2011

                                                Оглавление

1. Введение. Источник всех видов энергии - Солнце…………………………..…3
2. Основная часть. Биогаз – возобновляемый вид энергии

1. Способы преобразования   биомассы в биоэнергию……………………5
2. Другие способы получения биоэнергии…………………………………6
3. И греет, и варит………………………………………………………..….6
4. Факторы, влияющие на производство биогаза…………………….……8
5. Установки для получения биогаза……………………………….……....9

3. Заключение. Преимущества и недостатки биоэнергии.……………………...20

Использованная литература………………………………………………………21

1. Введение. Источник всех видов энергии – Солнце

Энергия, которая получается из различных видов биологической массы (биомассы), называется био энергией. Откуда же она взялась? От Солнца. Зеленые листья улав ливают солнечное излучение в про цессе фотосинтеза с помощью осо бого зеленого вещества — хлоро филла. В результате фотосинтеза из простых химических веществ — углекислого газа и воды — синте зируются органические вещества и выделяется кислород.

Масштабы фотосинтетического преобразования солнечной энергии огромны. Общее потребление энергии в мировом масштабе со ставляет только 10% всей энергии, запасаемой за год благодаря фо тосинтезу! Оберегая от вырубки леса — легкие нашей планеты, — мы сохраняем и приумножаем ре зультаты фотосинтетического тру да миллиардов растении, а с ними — жизнь на Земле.

Запасенная через фотосинтез в биомассе солнечная энергия сама может служить потом источником энергии. Обычно это тепловая энер гия. Но из биомассы можно произ водить и электроэнергию, жидкое топливо и водород.

Приведем примеры самых важ ных источников биомассы:

1. отходы лесной и деревообраба тывающей промышленности;
2. отходы целлюлозно-бумажной промышленности;
3. биологические отходы в сельском хозяйстве;
4. сельскохозяйственные техничес кие культуры (рапс и др.);
5. органические бытовые и про мышленные отходы;
6. сточные воды.

    Распространенными источника ми биомассы являются отходы бумажной и деревообрабатываю щей промышленности, санитарная  вырубка лесов.

Общий прирост биомассы на Земле достигает 130 миллиардов тонн сухого вещества в год. Это соответствует 660000 ТВт/ч в год. Мировое потребление биоэнергии составляет 15000 ТВт/ч  в год, это примерно 15% мирового энерго потребления. Для половины насе ления мира биомасса является основным   энергоисточником. Рос сия обладает более 1/5 мировых запасов древесины.

      Возможности для роста потреб ления биоэнергии велики, частично путем увеличения производ ства и использования биомассы, частично путем улучшения энер гопроизводства. Но увеличение по требления "биомассы в производ стве энергии может вступить в про тиворечие с необходимостью уве личения использования биомассы в производстве продуктов питания для растущего населения Земли.

Зная природу фотосинтеза, мож но уже сделать выводы о преиму ществах использования биомассы как источника энергии, при сжига нии которого содержание углекис лого газа в атмосфере не   увеличивается. Растения потребляют углекислый газ и перерабатывают его для своего роста. При горении биомассы не может образо ваться этого газа больше, чем было поглощено растением при жизни.  Использование биомас сы для производства энергии не увеличивает концентрации углекис лого газа в атмосфере!

2. Основная часть. Биогаз – возобновляемый вид энергии

1. Способы преобразования   биомассы в биоэнергию

Сжигание

Самый старый способ преобра зования биомассы в биоэнергию - сжигание древесины, 70% насе ления развивающихся стран ис пользуют древесину как источник энергии. Средний расход древеси ны для производства энергии в этих странах составляет примерно 700 кг в год на одного человека.

 Более половину вырубаемой древесины сжигается для получе ния тепла. Часто для этого исполь зуются старые печи, которые выб расывают загрязняющие вещества в окружающую среду. Если исполь зовать новые конструкции печей с катализаторами, нейтрализующи ми вредные вещества, загрязнение  окружающей среды можно намно го уменьшить.

Пиролиз

Пиролиз - это разложение орга нических веществ без доступа воз духа при высокой температуре. Пи ролиз древесины происходит при 450-500°С. Нагревается биомасса до такой температуры обычно с помо щью газа, однако расходы после днего с лихвой окупаются. Продук тами пиролиза являются древес ный уголь и горючие газы (метан, оксид углерода), при сгорании ко торых уже в присутствии кислорода выделяется огромное (по сравнению с затраченным на на грев) количество тепла. Именно эти продукты ис пользуют как топливо для обогрева и как сырье в неко торых отраслях промыш ленности.

Ферментация   навоза

Даже навоз может служить источником   энергии! Как топливо ис пользуют не только навоз, но и про дукты его переработки. Перераба тывают навоз чаще совместно с отходами коммунального хозяй ства. Дело в том, что оба вида био массы содержат микроорганизмы, которые в определенных условиях (в частности, при температуре 50-60°С, без доступа воздуха) разлага ют органические вещества до био газа. Этот процесс обязательно происходит с участием особых ве ществ — ферментов — и поэтому называется ферментацией.

  Основной составляющей биога за является метан, при сгорании которого выделяется тепло. Уста новки для ферментации навоза очень удобно использовать на фер мах, полностью обеспечивая их потребности в энергии (см. рису нок).

Ферментация навоза - очень экономичная технология. Недо статками получения и использова ния биогаза являются его повышенная  взрывоопасность и воз можность заражения человека па разитами, обитающими в разлага ющейся биомассе.

2. Другие  способы получения биоэнергии

В Америке выполняются самые крупные в мире программы производства этилового спирта из био массы. Так,  в Бразилии из сахарно го тростника, выращенного специ ально для этих целей, производит ся столько этилового спирта,  что это покрывает около половины по требностей страны в автомобильном топливе. Большинство авто мобилей работает на спирто-бензиновой смеси, содержащей 20% спирта, хотя некоторые использу ют как топливо чистый этиловый спирт. Использование спиртосо держащего топлива в автомобиль ных двигателях вместо бензина снижает загрязнение атмосферы выхлопными газами. В Европе ис пользование спиртосодержащего топлива очень перспективно, пото му что здесь образуются огром ные отходы сельскохозяйственно го производства и излишки сельс кохозяйственной продукции, которые можно использовать для производства такого топлива..

3. И греет, и варит

  Что же такое биогаз! Этим терми ном обозначают газообразный про дукт, получаемый в результате ана эробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических ве ществ самого разного происхож дения. В любом крестьянском хо зяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отхо дов. Обычно после разложения их используют как органическое удоб рение. Однако мало кто знает, ка кое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может со служить хорошую службу сельс ким жителям.

Биогаз —- смесь газов, Его основ ные компоненты: метан (СН4)  - 55-70% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в очень малых ко личествах другие газы, например, — сероводород (H2S). В среднем 1 кг органического вещества, био логически разложившегося на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды.

Получение биогаза

   Смешать 1,5 тонны коровьего навоза и 3,5 тонны сгнившей ли ствы, ботвы и прочих отходов.

  Добавить в смесь воды до 60-70  процентов влажности.

  Заложить смесь в яму и с помо щью змеевика разогреть до 35 гра дусов. Дальше смесь начнет бро дить и без доступа воздуха сама разогревается до 70 градусов.

Время производства газа из на воза — две недели.  Чтобы купол (колокол, рис. 1) под давлением газа не слетел с ямы, к нему с помощью тросов необходимо прикрепить противовес. В день установка вырабатывает до 40 ку бометров "голубого топлива». Пяти тонн смеси ей хватает  на шесть месяцев.

Рис. 1. Схема установки для получения биогаза: А — с коническим колоколам;  Б — с пирамидальным

4. Факторы, влияющие на производство биогаза. 

   Поскольку разложение органи ческих отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влия ние на него оказывает окружаю щая среда. Так, количество выра батываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем она выше, тем выше скорость и степень ферментации органи ческого сырья. Именно поэтому первые установки для получения биогаза появились в странах с теп лым климатом.  Однако примене ние надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позво ляет освоить строительство гене раторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до -20°С. Существуют определенные требования и к сырью: оно долж но быть подходящим для разви тия бактерий, содержать биоло гически разлагающееся органическое вещество и в большом коли честве воду (90-94%). Желатель но, чтобы среда была нейтральной и без веществ, ме шающих дей ствию бактерий: например, мыла, стиральных по рошков, антибио тиков.

Для получе ния биогаза мож но использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резер вуаре имеет тенденцию к разде лению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из круп ных частиц, увлекаемых подни мающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и бу дет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а ниж няя, грязеобразная фракция, вы падает в осадок.

   Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержи мое резервуара необходимо пе риодически перемешивать — хотя бы один раз в сутки, а жела тельно — до шести раз. Переме шивание может осуществляться с помощью механических при способлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (час тичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных мето дов само перемешивания.

5. Установки для получения биогаза

   В Румынии генераторы биогаза получили широкое распростране ние. Одна из первых индивидуаль ных  установок (рис, 1А) была вве дена в эксплуатацию еще в декабре 1182 года. С тех пор она успешно обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с тремя конфорками и духовкой.

Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 25 м3), вы ложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газо вой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Сна ружи верхней кромки фермента тора сделана кольцевая  канавка из бетона глубиной примерно 1 м,  выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, запол ненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закры вающего резервуар. Колокол вы сотой около 2,5 м — из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и  собирается газ.

Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа, в отли чие от других установок, с помо щью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления - к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время,

Ферментатор загружается при мерно 12-ю м3 свежего навоза, поверх которого выливается ко ровья моча (без добавления воды), Генератор начинает работать че рез 7 дней после наполнения.

  Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис, 1Б). Ее ферментатор сделан в яме, име ющей квадратное поперечное се чение размерами 2x2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами тол щиной 10-12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герме тичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см бетонная, колокол сварен из кро вельного железа и может на че тырех "ушках» свободно сколь зить по четырем  вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из  кото рых 0,5 м погружено в канавку.

Аналогичную конструкцию имеет и  генератор биогаза, рас считанный на прием    6 м3 смешан ного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось доста точно, чтобы обеспечить нор мальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой,

Еще одна установка отличает ся любопытной конструктивной деталью: рядом с ферментато ром уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные между со бой (рис, 2).

Рис.2

В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что после дний из-за избыточного давле ния опрокинется. Резиновый ре зервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора разме рами 2x2x1,5 м вполне достаточ но для работы двух горелок, а при увеличении полезного объе ма установки до 1 м3 можно полу чить количество биогаза, доста точного и для обогрева жилища, Особенность этого варианта ус тановки - устройство колокола 0 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Ферментатор представляет собой металличес кий резевуар 0 140x300 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вво дится в находящийся в фермен таторе навоз на глубину не менее 80 см для обеспечения гидрав лического заслона выходу биога за в атмосферу. В верхней части разбухающего резервуара пре дусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорка ми и колонке для нагрева воды.

Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы фермента тора, навоз смешивается с горя чей водой. Наилучшие результа ты установка показала при влаж ности сырья 90% и температуре +30-35°С.

Производство биогаза мо жет уменьшиться за счет на рушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в ферментатор вводят вещества, содержащие азот, — мочу или в небольшом коли честве соли аммония, исполь зуемые обычно в качестве хи мических удобрений (50— 100 г на 1 м3 сырья}.

Рис.3  Схема устройства для отвода конденсированной воды:

1 - шланг подачи биогаза; 2 -У-образная трубка; 3 - конденсированная вода

Следует помнить, что высо кая влажность и наличие се роводорода (содержание ко торого в биогазе может дости гать 0,5%) стимулируют повы шенную коррозию металли ческих частей установки. По этому состояние всех осталь ных элементов ферментатора следует регулярно контроли ровать и в местах поврежде ний тщательно защищать: луч ше всего свинцовым суриком - в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой мас ляной краски.

В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верх ней части колокола установки до потребителя могут исполь зоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить раз рывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществ ляется по воздуху, то для от вода конденсата необходимо специальное устройство. Са мая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, при соединенную к шлангу в са мой нижней его точке (рис. 3). Длина свободной ветви трубки должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление био газа. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубо провода, вода выливается че рез ее свободный конец без утечки газа.

В верхней части колокола целесообразно также предус мотреть патрубок для установ ки манометра, чтобы по вели чине давления судить о коли честве накопленного биогаза..

Опыт эксплуатации устано вок показал, что использова ние в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузке ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немно го уменьшать зимой (до 88— 90%) и повышать летом (92— 94%). Вода, которую исполь зуют для разбавления, дол жна быть теплой (желательно 35—40"). Сырье подается пор циями, по крайней мере один раз в сутки. После первой заг рузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэто му не горит. Этот газ удаляют е атмосферу, и через 1-3 дня установка начнет функциони ровать нормально.

    В среднем на отопление дома площадью 40-50 м2 и четырехконфорочную  плиту необходимо в час 3,0—3,5 м3 биогаза.

Для обогрева ферментато ра используется и эффект теп лицы. Над емкостью соору жается металлический кар кас, который покрывают поли этиленовой пленкой: при не благоприятных погодных ус ловиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.

В Румынии генераторы био газа используются и в госу дарственных или кооператив ных хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два фермента тора емкостью по 200 м3, зак рытых каркасом с полиэтиле новой пленкой (рис, 4) Зимой навоз обогревается горячей водой, Производительность установки составляет 300—480 м3 газа в день. Такого количе ства вполне хватает для обес печения всех потребностей местного агропромышленно го комплекса.

Рис. 4. Схема установки для получения биогаза повышенной производительности.

1 - трубопровод выхода газа; 2 - колокол; 3 - корпус ферментатора; 4 ~ сырье; 5 - система подогрева сырья, 6 ~ раскосы металлической конструкции колокола; 7 - направляющая тру ба колокола; 8 - металлический каркас тепли цы; 9 - трубопровод подачи горячей воды.

   Как уже отмечалось, реша ющую роль е развитии про цесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15° до 20˚ может вдвое увели чить производство энергоно сителя. Поэтому часть генера торов имеет специальную си стему подогрева сырья, одна ко большинство установок; не оборудовано ею, они исполь зуют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложе ния органических веществ. Одним из важнейших усло вий нормальной работы фермента тора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необ ходимо свести к минимуму потери тепла при очистке и наполнении бун кера ферментато ра.

    Следует помнить о необходимости обеспечения био химического рав новесия. Иногда темпы производства бактериями кислот выше, чем темпы их потреб ления бактериями второй группы. В этом случае кислотность массы растет, а выработка биогаза снижает ся. Положение может быть исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его растворимости (по возможности, го рячей водой), либо: наконец, добавкой нейтрализующего вещества -         например известкового молока, стиральной или питьевой соды.

Важный фактор, определя ющий интенсивность газооб разования, —температура процесса. Для более суровых климатических условий подо грев нужнее, возможно, даже и в установившемся процес се, а если подогрев предус матривать, то представляется целесообразным использо вать его как эффективный ре гулирующий фактор, за счет которого можно увеличить га зообразование в несколько раз (об еще одном управляющем факторе перемешивании —скажем далее).

Теперь о биологии процесса. Метанопроизводящие бактерии имеют ся в самом сырье. Культуры их раз виваются в ферментаторе до трех недель, пока масса не начнет выде лять газ. При использований гото вой «закваски» предыдущей порций из уже работающего ферментатора срок начала выработки газа сокра щается примерно до недели.

Метанопроизводящие бактерии разделяются на три группы. Психрофильные эффективно работают в диапазоне от +5 до +20'. При дальнейшем повышении темпера туры развиваются мезофильные бактерии, их рабочий диапазон от +30 до +420. А при еще более высо кой температуре проявляется дей ствие уже термофильных бактерий, которые работают в очень узком диапазоне от +54 до +560.

Большое число вопросов отно сится к конструкции установки, в первую очередь - созданию воз можности периодической дозап равки сырья  и перемешивания био массы без разгерметизации коло кола. Прежде всего нужно сказать, что беспрерывную выработку газа можно получить путем дублирова ния установок. С двумя фермента торами при поочередной их пере заправке удается обойтись без ус ложнения конструкции.

Поэтому будущему создателю установки для производства биогаза следует сравнить, примени тельно к своим возможностям, три схемы: 1) простейшая с периоди ческой перезаправкой; 2) спарен ные простейшие, с поочередной перезаправкой. 3) со специальным устройством, обеспечивающим не прерывную подачу газа.

    Выбирая третью схему, надо иметь в ввиду что для работы ферментатора требуется не только дозаправка сырьем, но и удаление отходов.

   В последней схеме дозаправка сырья  и удаление отходов не paвнозначны по  периодичности. Так удаление отходов можно совмещать с остановкой процесса на чистку и  ревизию системы.  Что же касается  дозаправки, то она делается чаще и осуществляется проще: ежедневдно снизу убирается 1\10 объема и сверху  добавляется столько же свежего биосырья.  

    Один из  возможных путей дозаправки ферментатора без потери газа основан на так  называемом принципе соо6щающихся сосудов. Для этого рядом с ямой ферментатора устраивается небольшая  заправочная емкость, соединенная с ней трубопроводом, расположенным ниже уровня жидкости (рис.5) . трубопровод делается из куска керамической канализационной или асбоцементной трубы, которая вмуровывается в стенки емкостей. Такая система сама по себя является жидкостным затвором газа. Повысить эффективность по дачи концентрата можно с помо щью вставной воронки-бункера (рис 5). Проталкивать гущу через трубопровод можно и простейшим сетчатым поршнем. Одновремен но он используется и в качестве заслонки, препятствующей само перемещению биомассы между обеими ёмкостями.

         Рис. 5. Схема ферментатора с системой дозаправки: а — воронка-бункер

Много вопросов вызывает необ ходимость периодического пере мешивания биомассы. Как выпол нять эту операцию без разгермети зации? Не все знают возможности ее самоперемешивания. Вспомним эффект конвекции: его можно на блюдать в комнате, когда какая-нибудь пушинка оказывается над батареей отопления, плывет вверх, опускается у противоположной сте ны и снова увлекается воздушным потоком к батарее. Этот эффект тепловой циркуляции среды нетрудно получить и в ферментато ре, если разместить в нижней его части подогревательные трубы (змеевик), сместив их к одному краю: конвекция обеспечит само перемешивание. В начавшемся процессе газообразовании к этому добавится эффект подъема газо вых пузырьков а зоне, находящей ся над подогревателем.

  Несложно сделать и механичес кий перемешиватель биомассы, Особенно целесообразен он в местности с мягким климатом, где от падает необходимость в использо вании подогрева. Как показывает практика, лучше это предусмотреть заранее. Ведь если система сама выйдет на подогрев, то зачем тог да, спрашивается, тратить энергию на перемешивание. Кроме того, вовсе не обязательно перемешивать массу непрерывно. Можно де лать это периодически, например, утром и вечером. Стоит даже пре вратить эту операцию в дополни тельную, регулировочную. Для это го достаточно следить за положе нием колокола: как только он опу стится к нижнему уровню (малый запас газа), надо перемешать био массу — и выделение газа тотчас же увеличится.

Простейшую мешалку не сложно изготовить в виде крыльчатки с приводом гибкими связями через тот же сифонный трубо провод (рис. 6), При этом нет необходимо сти в непрерывном вращении в одну сторону. Если ме шалка имеет радиальные лопасти, достаточно качательных движений. Можно ограничиться и одной ло пастью (рис. 7), Вообще здесь про стор для собственных решений. В качестве тяг лучше использовать негниющие материалы, например, изолированный электропровод или капроновый (хлоридный) шнур, продающийся в хозяйственных ма газинах как бельевой.

                            Рис.6                                                          Рис.7

   Самое же серьезное затрудне ние, стоящее на пути самодельщи ка, — изготовление колокола. Оцинкованное кровельное железо позволяет придать ему нужную форму простыми средствами, к тому же он будет нетяжелым. Но недолговечность такого материа ла при быстрой коррозии в условиях  агрессивной среды заставляет искать другие варианты. Поэтому мы настоятельно советуем при смотреться к доступному метал лолому. Старые емкости, напри мер, от нефтепродуктов, будучи обрезанными, могут оказаться очень подходящим полуфабрика том, как по форме (обычно с при варными сферическими днищами), так и по толщине листового мате риала: от 2 до 5 мм.

Видимо, ходовым размерам ко локола будет диаметр 1-3 м и та кая же высота. Если «бочка» ока жется меньше, стоит подумать, делать ли большой колокол или взять два поменьше (например. 1,5 м); заодно вернувшись к вари анту спаренных простейших установок.

По мере подъема колокола дав ление почто не изменится, его по вышение будет происходить толь ко за счет вытеснения объема жид кости, равного всплывшее части стенок  колокола.

Отмечая невысокое давление газа, видим, что его {в случае необ ходимости) можно повысить  про стым способом:

установить на колоколе допол нительный груз, расположив его пониже, для лучшего равновесия колокола.

           Сколько же можно полу чить газа из одного кило грамма навоза, исходя из того, что на кипячение 1 литра воды расходуется 26 литров газа?

—        С помощью одного килограм ма навоза крупного рогатого скота можно вскипятить 7,5-15 литров воды:

—        одного килограмма навоза свиней — 19 литров воды;

— одного килограмма птичьего помета — 11,5 – 23  литра воды;

—        с помощью переработки одного килограмма соломы зернобо бовых можно вскипятить 115 лит ра воды;

— картофельной ботвы -         17 литров воды;

—        ботвы томатов —- 27 литров воды.

Биогазовая установка мо жет быть создана в любом хо зяйстве из местных, доступ ных материалов силами спе циалистов самого хозяйства. Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислород ных) условиях при температу ре 30-550 С (оптимально 400 С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззаражи вание навоза, не менее 12 су ток. Для анаэробной фермен тации можно использовать как обычный, так и жидкий, бес подстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.

   При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практи чески не изменяется, если не считать испаряемой воды, ко торая переходит в биогаз. Ор ганическое вещество навоза, разлагается на 30-40 %;  деструкции подвергаются в ос новном легко разлагаемые со единения — жир, протеин, уг леводы, а основные гумусообразующие компоненты — целлюлоза и лигнин — сохра няются полностью. Благодаря выделению метана и угле кислого газа оптимизиру ется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увели чивается. Реакция получае мого органического удобре ния — щелочная (рН 7,2-7.8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв, По сравнению с удоб рением, получаемым из наво за обычным способом, уро жайность увеличивается на 10-15%

                                                    Рис. 8

  Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плот ности воздуха) имеет следую щий состав (%}: метан — 65, уг лекислый газ — 34, сопутству ющие газы — до 1 (в том числе сероводород — до 0,1). Содер жание метана может меняться в зависимости от состава суб страта и технологии а преде лах 55-75%. Содержание воды в биогазе при 400 С — 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходи мо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным ук лоном и пр.).

Энергоемкость получаемо го газа — 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.

Основное оборудование биогазовой установки — гер метически закрытая емкость с теплообменником (тепло носитель — вода, нагретая до 50-600 С), устройства для ввода и вывода навоза и для от вода газа.

Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, использования под стилочного материала, тепло снабжения, создать один ти повой биореактор невозмож но. Конструкция установки во многом определяется местны ми условиями, наличием мате риалов.

Для небольшой установ ки наиболее простое реше ние — использовать высво бодившиеся топливные цис терны. Схема биореакто ра на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 м3 показана на рисунке 8. Внутренние перегородки мо гут быть из металла или кир пича; их основная функция — направлять поток навоза и уд линить путь его внутри реакто ра, образуя систему сообщаю щихся сосудов. На схеме пере городки показаны условно; их число и размещение зависят от свойств навоза: текучести, количества подстилки.

Биореактор из железо бетона требует меньше ме талла, но более трудоемок в изготовлении. Чтобы опре делить объем биореактора., нужно исходить из количес тва навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве беспод стилочного навоза общее ко личество стоков увеличива ется во много раз, что неже лательно, так как требует уве личения затрат энергий на по догрев. Если суточное коли чество стоков известно, нуж ный объем реактора можно оп ределить, умножив это коли чество на 12 (поскольку 12 су ток — минимальный срок вы держки навоза) и увеличив по лученную величину на 10% (так как реактор следует заполнять субстратом на 90%).

3. Заключение. Преимущества и недостатки биоэнергии.            

Преимущества биоэнергии

1. Биоэнергия — возобновляемая энергия,
2. Биоэнергия не увеличивает кон центрацию углекислого газа в ат мосфере.
3. Биоэнергия решает проблему ис пользования отходов.
4. Технология получения биоэнер гии конкурентоспособна.

Недостатки биоэнергии

1. Для производства биомассы нужны обширные территории.
2. Если вырубка лесов будет про изводиться быстрее, чем естествен ный прирост, будет нанесен серь езный ущерб окружающей среде. Поэтому необходимо увеличивать высадку лесов и заботиться о ник.
3. Увеличение населения Земли и необходимость увеличения произ водства продуктов питания озна чает, что земля становится боль ше необходима для производства пшеницы, чем для производства, биотоплива.
4. Безответственное использование биотоплива может привести  к  зна чительным выбросам окислов азо та и сажи, но использование совре менных технологий исключает этот недостаток.

Использованная литература:

1. Газета «Мастак», № 6-9,2003.
2. Газета «Мастак», №3, 2005
3. Перышкин А.В. Физика, 8 класс.
4. Тейлор Чарлз. Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита.
5. Энциклопедия сельского хозяина.