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.
