Біогазові системи та їх використання у сільгоспвиробництві

/ Ідеї & тренди / П'ятниця, 06 січня 2017 11:08
С. Є. ЧЕРНЯВСЬКИЙканд. с.-г. наук, провідний науковий співробітник
В. І. ХАЛАКканд. с.-г. наук, завідувач лабораторією тваринництва
Державна установа Інститут зернових культур НААН України
О. І. СТАДНИЦЬКАканд. с.-г. наук
Л. В. ФЕРЕНЦканд. с.-г. наук
Інститут сільського господарства Карпатського регіону НААН України
Проблема дефіциту енергетичних ресурсів на сьогодні є головною у світі. Чисельність населення, що постійно зростає, і його відповідна потреба обмежується катастрофічним скороченням запасів природних енергоносіїв та динамічною тенденцією підвищення їх вартості (Werner Н., 2004). Тому актуальність пошуку альтернативних джерел енергії не визиває сумніву.

 

Одним із таких є біогаз. Перші відомості про нього датуються другим тисячоліттям до нашої ери. У 1859 році в Індії задокументована перша біогазова установка. У 1895-му здійснено перше комерційне використання біогазу для освітлення вулиць Лондона. У Росії вперше застосували його у 1908 році, а в Україні — 1958-му. Творчий пошук та наукові дослідження свідчать про велике майбутнє біогазу як альтернативного джерела енергії (Перминов Э. М., 2004).

Біогаз — це продукт метанового зброджування біомаси. Ще у 1930 році встановлено, що в його утворенні беруть участь три види бактерій: гідролізні, кислото- та метаногенні. При цьому кожні наступні використовують продукти життєдіяльності попередніх.

Анаеробні бактерії класу метаногенів можуть розмножуватись тільки за температури не більше 70 °C і вологості субстрату до 50%, в сухому вони існувати не можуть. Швидкість процесу гниття залежить від температури навколишнього середовища. Закономірність проста: чим вища температура, тим швидше іде переробка і тим більше виробляється газу, і тим коротше тривалість процесу, й нижчий вміст метану в біогазі. Для мезофільних штамів оптимальною є температура 25–35 °C, термофільних — більше 45 °C.

Процес гниття проходить одночасно 4 фази. Перша — гідроліз, коли різні бактерії (не метаногени) переробляють високомолекулярні речовини (білок, жири, вуглеводи, целюлоза) за допомогою ферментів у такі низькомолекулярні речовини, як моносахариди, амінокислоти, жирні кислоти, воду. Друга — переробка сировини за допомогою бактерій, які перетворюють амінокислоти в органічні, вуглекислий газ (діоксид вуглецю), сірководень і аміак. Третя — ці сполуки ацетокислотні бактерії перетворюють в ацетати, вуглекислий газ і водень. Четверта — метаногени з вуглекислого газу і води у лужному середовищі виробляють метан, який є продуктом обміну речовин в них. При введенні установки процес переробки сировини іде роздільно протягом 3–4 тижнів, а при постійному додаванні органічної маси ці фази протікають паралельно у поточному режимі. Спочатку поступово наростає кількість метану, а у подальшому підтримується на постійному рівні.

За хімічним складом біогаз, який одержують у біогазових реакторах, близький до природного, без його доочистки (природний: метан (СН4) — 80–90%, вуглекислий газ — до 10%; біогаз: метан (СН4) — 65–70%, вуглекислий газ — до 30%. По теплоті згоряння 1 м³ біогазу еквівалентний: 0,8 м³ природного газу; 0,7 кг мазуту; 0,6 кг бензину; 0,85 л спирту; 1,6 кг дров; 1,4 кВт електро­енергії. Загальна теплотворна здатність біогазу — від 5000 до 8000 ккал/ м³.

Таким чином, біогаз можна використовувати як природний газ: накопичувати, перекачувати, виробляти з нього електро­енергію, використовувати як паливо для двигунів внутрішнього згоряння.

У результаті багаторічних досліджень людство прийшло до висновку, що біогаз можна одержувати штучно в спеціальних установках, які виробляють його з органічної сировини шляхом анаеробного бродіння та одночасно отримувати біодобрива (Анискин В. И., 2005).

Принципова схема біогазової системи включає: первинний накопичувач сировини, насосну станцію, реактор і когенераційний блок, які працюють в єдиному технологічному ланцюгу (рис. 1).
 
Рис. 1. Принципова схема біогазової системи

Сировиною для виробництва біогазу можуть бути продукти і відходи рослинництва, тваринництва, харчової та переробної промисловості (Рустамов Н. А., 2005).

У зв’язку з тим, що енергетична цінність гною різних видів тварин не однакова, то і вихід газу з 1 т його теж відрізняється.

Скрізь для одержання біогазу в основному використовується гній тваринницьких комплексів. Відомо, що 1 гол. великої рогатої худоби в середньому за добу дає 45 кг гною, з якого можна виробити 2,5 м³ біогазу, вихід гною і газу від 1 гол. свиней — відповідно 6,5 кг та 0,3 м³, птиці — 0,137 кг і 0,02 м³.

У Європі доведена економічна ефективність виробництва біогазу з гною великої рогатої худоби, свиней та пташиного посліду, 1 т яких дає відповідний прибуток (табл. 1).
 
Таблиця 1. Розрахунок ефективності виробництва біогазу
 

При цьому його собівартість становить 15–20 євро за 1000 м³ (за даними Євросоюзу, собівартість добування природного газу становить 25–30 євро).

Краще поставлена справа з виробництвом біогазу у Китаї, який має 28 млн біогазових установок і виробляє 18 млрд куб. м біогазу за рік, Індії — 3,8 млн біогазових установок, Німеччині — 8 тис., сотні їх у Голландії, Канаді, Росії, Білорусі, Киргизстані, Казахстані. В Україні — лише 11 біогазових установок.

За нашими розрахунками, Україна має стільки тваринницьких органічних відходів, що з них можна щороку одержувати 7 млрд м³ біогазу, і частково відмовитися від імпорту природного блакитного палива з Росії, Казахстану чи Киргизстану і тим самим умовно зекономити 6,5 млрд дол. Не використовуючи їх держава щодня на вітер викидає 5 млн дол. Для запобігання цього слід тільки налагодити в країні різноємкісні біогазові системи для господарств різних розмірів, як це зробили в Китаї та Індії, які, на відміну від України, мають величезні запаси природного газу, але імпортують його, заробляючи гроші, а у себе масово використовують біогаз.

Говорячи про економіку, не можна промовчати про економію, про недержавний підхід до справи. Наприклад, площа Франції — 675 тис. км², України — 604 тис. км², населення — відповідно 65 млн чол. і 46 млн чол. (в 1,5 разу менше), а газу Україна споживає стільки, скільки 4 Франції. Українцям поряд зі збільшенням виробництва необхідно дбати про ефективне використання енергоносіїв. Це стосується не тільки газу, а й дизельного пального, витрати якого в розрахунку на 1 га ріллі чи на 1 гол. худоби у 1,5–2 разів вищі, ніж у розвинутих державах. Потрібні новітні, альтернативні технології, відповідні культура і державна політика в цій справі.

Біогазові установки доступні для будь-якого сільськогосподарського підприємства (Шишкин Н. Д., 2004). Вони можуть бути скомплектовані, виходячи з потреб і наявних об’ємів сировини конкретного виробництва. Подальше подорожчання природного газу неминуче і значне. Прокладання кілометрів газопроводу також вимагає великих коштів. Тому не випадково розвинуті країни зменшують використання природного газу на побутові потреби та у тваринництві.

Науковцями доведено, що біогаз та біодобриво можна ефективно виробляти не тільки з відходів тваринництва, а і з рослинної сировини (Рябов Г. А. 2005). Вихід газу з неї уп’ятеро більший, ніж із гною. У Данії на біогаз переробляють зелену масу сіяних культур, у Німеччині — зернові відходи, у Голландії — силос, у Росії — буряковий жом, в Австрії — відходи деревини.

Порівняльний аналіз економічної доцільності використання ріллі свідчить (табл. 2), що і в Україні прибуток може давати не тільки традиційне вирощування сільськогосподарських культур на продовольчі й технічні цілі, а також переробка їх для одержання енергоносіїв (Молодик В. М., 2008).
 
Таблиця 2. Ефективність використання ріллі при вирощуванні різних культур
 

При цьому слід використовувати такі рослини, які дають високий вихід біомаси з гектара (табл. 3). За кордоном вже чимало фермерів, які не мають тварин, а для одержання біогазу на виробництво електричної і теплової енергії займають окремі поля кукурудзою, силосують її і протягом року ефективно використовують у біогазогенераторах. Таку перспективу не можна виключати і в Україні, особливо у віддалених оселях, до яких дорого обходиться постачання природного газу та електроенергії.
 
Таблиця 3. Розрахунок ефективності використання 1 га кукурудзи
на виробництво продукції тваринництва та біогазу
 

Щодо технічного вирішення питання, то проблем немає. Основними виробниками різноманітних біогазових установок у СНД є Росія, Білорусь, Казахстан, Киргизстан. В Україні їх виготовляє ГАМАВФ (м. Київ), ЗАО «Об’єднана інженерна компанія» (м. Дніпропетровськ), НТЦ «Біомаса» (м. Київ), ВАТ «НДІ Техмаш» (м. Суми).

Безумовно, обладнання біо­газових систем у агроформуваннях залежить від розуміння, бажання і коштів їхніх керівників. Але є питання, які слід вирішувати на рівні уряду України, а саме:

  • розробити державну програму розвитку біогазо­енергетики на органічних відходах і забезпечити її виконання;
  • поглибити комплексні наукові дослідження щодо виробництва і використання біогазу в агропромисловому комплексі;
  • надати пільги виробникам біо­газових систем щодо кредитування, оподаткування, реклами;
  • не обкладати податком вироблений біогаз власників біогазових систем перші 5 років після їх пуску;
  • опрацювати механізм передачі електроенергії від біогазових систем до РЕС;
  • встановити, що при проектуванні і будівництві нових і реконструкції чинних тваринницьких комплексів обов’язково передбачати біо­газову систему;
  • перенацілити крупних промислових металургійних та хімічних виробників, частка яких у загальному використанні газу становить близько 70%, на вкладання коштів у розвиток вітчизняної біогазоенергетики, що сприятиме скороченню імпорту природного палива державою, а бізнесмени замість цього матимуть більш стабільну енергетичну незалежність власних підприємств;
  • провести семінар науковців, керівників і фахівців агроформувань та виробників біо­газових установок в одному з сільгосппідприємств, де діє біогазова система;
  • рекомендувати редакціям журналів і газет аграрного спрямування розширити обсяг публікацій з біогазоенергетики.
 
Висновки
Майбутнє країни неможливе без потужного аграрного сектору з розвинутим тваринництвом. Тому нехтування використанням органічних ресурсів є недалекоглядним. Аналіз результатів досліджень та накопичений світовий і вітчизняний досвід переконливо доводять, що розширення промислового виробництва та масове впровадження біогазових систем на тваринницьких комплексах допоможе в реалізації урядової політики, спрямованої на розвиток інноваційних технологій, утвердження України як високотехнологічної держави.
Агробізнес сьогодні
 24 січня 2018
  299  
Як повідомляє прес-служба Держпродспоживслужби України, озимі зернові та ріпак перебувають у стані зимового спокою, проте вони зселені мишоподібними гризунами.
 299 
Як повідомляє прес-служба Держпродспоживслужби України, озимі зернові та ріпак перебувають у стані зимового спокою, проте вони зселені мишоподібними ...
24 січня 2018
 24 січня 2018
  106  
Нa Кіpoвoгpaдщині підпpиємці ствopили aквaфеpму з виpoщувaння aфpикaнськoгo клapієвoгo сoмa. Бaсейни oблaднaли у Пaвлиші Oнуфpівськoгo paйoну
 106 
Нa Кіpoвoгpaдщині підпpиємці ствopили aквaфеpму з виpoщувaння aфpикaнськoгo клapієвoгo сoмa. Бaсейни oблaднaли у Пaвлиші Oнуфpівськoгo paйoну
24 січня 2018
 24 січня 2018
  871  
А щоб пригальмувати цей процес, радять вдатись до обрізання винограду взимку. Справа ця делікатна. Слід врахувати чимало факторів: від кліматичних умов та метеопрогнозу до особливостей грунту та ...
 871 
А щоб пригальмувати цей процес, радять вдатись до обрізання винограду взимку. Справа ця делікатна. Слід врахувати чимало факторів: від кліматичних ...
24 січня 2018
 23 січня 2018
  218  
Серед пріоритетів Мінагрополітики є стимулювання фермерського руху та створення успішної моделі господарювання в Україні – формування ефективного та соціально відповідального власника на селі.
 218 
Серед пріоритетів Мінагрополітики є стимулювання фермерського руху та створення успішної моделі господарювання в Україні – формування ефективного та ...
23 січня 2018
 23 січня 2018
  25  
Протягом минулого року Україна експортувала 443,29 тис. тонн пшеничного борошна, що на 20,15% більше показника 2016 року.
 25 
Протягом минулого року Україна експортувала 443,29 тис. тонн пшеничного борошна, що на 20,15% більше показника 2016 року.
23 січня 2018
 23 січня 2018
  87  
В Україні зараз ще не так багато уваги приділяється виробництву індичого м'яса, як курячому. Між тим, інтерес до індичатини росте як на внутрішньому, так і на міжнародному ринках.
 87 
В Україні зараз ще не так багато уваги приділяється виробництву індичого м'яса, як курячому. Між тим, інтерес до індичатини росте як на ...
23 січня 2018

Наші видання

Please publish modules in offcanvas position.