Plantas de biogás para fazendas: preço, equipamentos. Planta de biogás doméstica faça você mesmo Caldeira de biogás

Biogásé uma mistura de gases que se formam durante a decomposição da matéria orgânica por bactérias anaeróbias. O biogás é altamente inflamável e produz uma chama limpa quando queimado, por isso pode ser utilizado não só para cozinhar, mas também para motores de combustão interna (por exemplo, para geração de eletricidade).

Vantagens de uma usina de biogás em casa:
– você pode obter facilmente biogás em casa sem o uso de equipamentos caros;
– uma excelente alternativa energética para quem tem a casa longe da civilização, ou para quem quer ser independente do Estado;
– matérias-primas disponíveis (estrume, restos de cozinha, vegetação cortada, etc.);
– preocupação com o meio ambiente, pois no processo de decomposição das substâncias orgânicas da natureza o gás entra na atmosfera, o que acarreta efeito estufa, e neste caso o biogás será queimado, produzindo CO2;
– produção de fertilizantes como subproduto de uma planta de biogás.

Mas além das vantagens, planta de biogás tem suas desvantagens:
– as bactérias funcionam a uma temperatura de 18 a 40 graus, então você pode obter biogás no verão. Se você isolar uma usina de biogás e equipá-la com aquecimento, poderá obter biogás no período primavera-outono, mas os custos de isolamento e aquecimento podem anular os benefícios recebidos
– é necessário introduzir constantemente novas matérias-primas e, portanto, drenar fertilizantes.

Para fazer uma usina de biogás com nossas próprias mãos, precisaremos de:
1. Dois barris de 200l
2. Barril de 30-60l ou balde de plástico grande
3. Canos de esgoto de plástico
4. Mangueira de gás
5. Guindaste

Para maior clareza, darei diagrama de instalação de biogás doméstico

Princípio de funcionamento de uma usina de biogás. Matérias-primas (estrume, resíduos de cozinha, vegetação picada, etc.) e água são carregadas no reator. A planta de biogás não começará a funcionar imediatamente, mas depois de alguns dias, quando o número de bactérias anaeróbias aumentar ao máximo.

Durante a vida das bactérias anaeróbias, é liberado biogás, que será coletado no topo do barril (deve haver torneira neste local). Do reator, o biogás entra no coletor através de uma mangueira de gás.

O coletor é um barril de água de 200 litros, e nele há um balde invertido para coletar o gás, bem como para criar a pressão necessária ao funcionamento de uma fornalha a gás. À medida que o gás entra, o balde flutua. Se a quantidade de biogás for maior do que o balde de plástico pode conter, o gás simplesmente sairá pela água.

Para fazer um reator Você precisará de um barril selado de 200 litros. Fazemos vários furos na parte superior do cano e instalamos:
– Tubo de plástico para verter matérias-primas. No final do tubo é necessário instalar uma transição para um tubo grande (uma espécie de regador, para facilitar o vazamento da matéria-prima)
– Tubo plástico para drenagem de fertilizantes. Como uma usina de biogás não é uma máquina de movimento perpétuo, é necessário adicionar constantemente matéria-prima. Ao introduzir novas matérias-primas, o excesso (matérias-primas já processadas - fertilizantes) sairá pelo tubo de drenagem.
– Uma torneira no ponto mais alto do barril de biogás.

Na fabricação de um reator é muito importante que todas as conexões estejam vedadas, caso contrário, sob a pressão resultante, poderá vazar gás. O tubo de drenagem deve estar localizado abaixo do nível de instalação da torneira do gás. Os tubos de drenagem e enchimento devem estar bem tampados quando não estiverem em uso.

Para fazer o coletor você vai precisar de um barril plástico de 200 litros sem tampa. Despeje 3/4 da água no barril e instale outro barril, de cabeça para baixo, de menor volume. No fundo de um barril menor cortamos uma conexão para conectar a mangueira do reator e uma torneira para conectar a mangueira que vai para o forno a gás.

Para encher a matéria-prima, abra os orifícios de entrada e drenagem e encha a matéria-prima. É melhor usar estrume diluído em água. É melhor usar água da chuva ou água sedimentada para que o teor de cloro da água não reduza as colônias de bactérias. Além disso, se você usar restos de cozinha, certifique-se de manter detergentes, cascas de ovo, ossos e cascas de cebola afastados, pois eles podem afetar para pior o funcionamento da usina de biogás.

O próprio biogás tem um odor muito desagradável, mas quando queimado não apresenta odor. Se você queimar o gás sem misturá-lo com o ar, obterá uma chama amarela com fuligem, que fumegará facilmente o fundo da panela.

Se você misturar biogás com ar e depois incendiá-lo, obterá uma chama azul limpa, sem fuligem. Assim, por exemplo, nos fogões a gás de fábrica, as instruções dizem que ao passar do gás da rede para o gás de botija e vice-versa é necessário trocar os jatos (que diferem no diâmetro do furo), caso contrário o queimador irá fumegar. Alternativamente, você pode usar queimador de bunsen de laboratório.

Se você não tiver um queimador de laboratório, poderá facilmente fazer um com um pedaço de cano fazendo furos na base. Assim, o gás, passando pelo tubo, se misturará com o ar, e na saída do tubo obteremos um gás misturado.

Você pode experimentar pedaços de madeira como jatos, afiando-os para se parecerem com um lápis e fazendo furos de diferentes diâmetros neles. Desta forma, o tamanho ideal da tocha pode ser obtido.

Para o experimento, foi utilizada uma churrasqueira velha como fogão, foi feito um furo no fundo e instalado um bico de Bunsen. E posteriormente, a churrasqueira foi substituída por um fogão de uma só boca.

Para criar pressão de gás, um peso é colocado no coletor (um pequeno barril para coletar gás). Por exemplo, se você definir uma carga de 5 kg, 1 litro de água poderá ser fervido em 15 minutos. Se você definir uma carga de 10 kg, 1 litro de água ferverá em 10 minutos.

Para resumir, deve-se notar que planta de biogás caseira produz biogás durante 30 minutos de operação do queimador por dia, se a matéria-prima for esterco. Se você usar restos de cozinha como matéria-prima, a produtividade será de apenas 15 minutos por dia.

O gás liberado não é tanto, mas você concordará que a usina de biogás também não é tão grande. Portanto, se quiser aumentar a quantidade de gás produzido, será necessário aumentar os volumes do reator e do coletor.

As dimensões do coletor não precisam ser aumentadas se o biogás for bombeado em tempo hábil para outro recipiente (por exemplo, para um cilindro). De maneira mais simples, isso pode ser feito usando um compressor de geladeira, que possui uma entrada e uma saída. Conectamos a entrada ao coletor e a saída ao cilindro.

O compressor pode ser equipado com automação, por exemplo, quando o coletor é abastecido com gás, o cano sobe, fecha os contatos, ligando assim o compressor. E o compressor, por sua vez, desligou quando o cano caiu para o nível mínimo.

O reator de uma usina de biogás deve ser feito de plástico, mas em nenhum caso feito de metal, pois devido aos processos oxidativos o metal enferruja rapidamente. Alternativamente, você pode usar barris de plástico de grande volume (por exemplo, um Eurocubo). E para que grandes volumes de barris não ocupem muito espaço no quintal, eles podem ser enterrados.

19 de novembro de 2016 Gennady

Muitos proprietários de casas estão preocupados com a forma de reduzir os custos de aquecimento doméstico, cozinha e fornecimento de electricidade. Alguns deles já construíram usinas de biogás com as próprias mãos e se isolaram parcial ou totalmente dos fornecedores de energia. Acontece que não é muito difícil conseguir combustível quase de graça em uma residência particular.

O que é biogás e como pode ser utilizado?

Os proprietários de fazendas rurais sabem: ao colocar qualquer material vegetal, excrementos de pássaros e esterco em uma pilha, com o tempo você pode obter fertilizante orgânico valioso. Mas poucos sabem que a biomassa não se decompõe sozinha, mas sob a influência de diversas bactérias.

Ao processar o substrato biológico, esses pequenos microrganismos liberam resíduos, incluindo uma mistura gasosa. A maior parte (cerca de 70%) é metano - o mesmo gás que queima nos queimadores dos fogões domésticos e nas caldeiras de aquecimento.

A ideia de usar esses ecocombustíveis para diversas necessidades econômicas não é nova. Dispositivos para sua extração foram utilizados na China antiga. Os inovadores soviéticos também exploraram a possibilidade de utilização do biogás na década de 60 do século passado. Mas a tecnologia experimentou um verdadeiro renascimento no início dos anos 2000. Atualmente, as usinas de biogás são ativamente utilizadas na Europa e nos EUA para aquecimento de residências e outras necessidades.

Como funciona uma usina de biogás?

O princípio de funcionamento do dispositivo de produção de biogás é bastante simples:

• a biomassa diluída em água é carregada em um recipiente lacrado, onde começa a “fermentar” e liberar gases;
• o conteúdo do tanque é atualizado regularmente - as matérias-primas processadas pelas bactérias são drenadas e novas são adicionadas (em média cerca de 5-10% ao dia);
• O gás acumulado na parte superior do tanque é fornecido através de um tubo especial ao coletor de gás e depois aos eletrodomésticos.

Diagrama de uma planta de biogás.

Quais matérias-primas são adequadas para o biorreator?

As instalações de produção de biogás só são rentáveis ​​​​quando há reposição diária de matéria orgânica fresca - esterco ou excrementos de gado e aves. Você também pode misturar grama picada, copas, folhas e resíduos domésticos (em particular, cascas de vegetais) no biorreator.

A eficiência da instalação depende muito do tipo de matéria-prima carregada. Está comprovado que, com a mesma massa, o maior rendimento de biogás é obtido a partir de esterco de porco e excrementos de peru. Por sua vez, os excrementos de vaca e os resíduos de silagem produzem menos gás para a mesma carga.

Utilização de bio-matérias-primas para aquecimento doméstico.

O que não pode ser usado em uma usina de biogás?

Existem fatores que podem reduzir significativamente a atividade das bactérias anaeróbias, ou até mesmo interromper completamente o processo de produção de biogás. Matérias-primas contendo:

• antibióticos;
• mofo;
• detergentes sintéticos, solventes e outros “produtos químicos”;
• resinas (incluindo serragem de árvores coníferas).

É ineficaz usar estrume já apodrecido - apenas resíduos frescos ou pré-secos podem ser carregados. Além disso, a matéria-prima não deve ser umedecida demais - um indicador de 95% já é considerado crítico. Porém, ainda é necessário adicionar uma pequena quantidade de água limpa à biomassa para facilitar seu carregamento e acelerar o processo de fermentação. Estrume e resíduos são diluídos até a consistência de um mingau de semolina fino.

Usina de biogás para casa

Hoje, a indústria já produz instalações para produção de biogás em escala industrial. Sua aquisição e instalação são caras; esses equipamentos em residências particulares se pagam em menos de 7 a 10 anos, desde que grandes volumes de matéria orgânica sejam utilizados para processamento. A experiência mostra que, se desejar, um proprietário qualificado pode construir com as próprias mãos uma pequena usina de biogás para uma casa particular e com os materiais mais acessíveis.

Preparando o bunker de processamento

Em primeiro lugar, você precisará de um recipiente cilíndrico hermeticamente fechado. É claro que você pode usar panelas grandes ou fervuras, mas seu pequeno volume não permitirá a produção suficiente de gás. Portanto, para esses fins, são mais utilizados barris de plástico com volume de 1 m³ a 10 m³.

Você pode fazer um sozinho. As chapas de PVC estão disponíveis comercialmente; com resistência e resistência suficientes a ambientes agressivos, podem ser facilmente soldadas na estrutura da configuração desejada. Um barril de metal de volume suficiente também pode ser usado como bunker. É verdade que você terá que tomar medidas anticorrosivas - cobrir por dentro e por fora com tinta resistente à umidade. Se o tanque for de aço inoxidável, isso não é necessário.

Sistema de exaustão de gás

O tubo de saída do gás é montado na parte superior do barril (geralmente na tampa) - é onde ele se acumula, de acordo com as leis da física. Através de uma tubulação conectada, o biogás é fornecido ao selo d'água, depois ao tanque de armazenamento (opcionalmente, por meio de um compressor em cilindro) e aos eletrodomésticos. Recomenda-se também instalar uma válvula de escape próxima à saída do gás - se a pressão dentro do tanque ficar muito alta, o excesso de gás será liberado.

Sistema de fornecimento e descarga de matéria-prima

Para garantir a produção contínua da mistura gasosa, as bactérias do substrato devem ser constantemente (diariamente) “alimentadas”, ou seja, deve-se adicionar esterco fresco ou outra matéria orgânica. Por sua vez, as matérias-primas já processadas do bunker devem ser retiradas para que não ocupem espaço útil no biorreator.

Para isso, são feitos dois furos no cano - um (para descarregar) quase próximo ao fundo, o outro (para carregar) mais alto. Tubos com diâmetro de pelo menos 300 mm são soldados (soldados, colados) neles. A tubulação de carregamento é direcionada para cima e equipada com funil, e o dreno é disposto de forma que seja conveniente a coleta do chorume processado (pode posteriormente ser utilizado como fertilizante). As juntas são seladas.

Aquecedor

Isolamento térmico do bunker.

Se o biorreator for instalado ao ar livre ou em ambiente sem aquecimento (o que é necessário por questões de segurança), deverá ser dotado de isolamento térmico e aquecimento do substrato. A primeira condição é alcançada “envolvendo” o cano com qualquer material isolante ou aprofundando-o no solo.

Quanto ao aquecimento, você pode considerar uma variedade de opções. Alguns artesãos instalam tubos por onde circula a água do sistema de aquecimento e os instalam ao longo das paredes do barril em forma de serpentina. Outros colocam o reator em um tanque maior com água em seu interior, aquecido por resistências elétricas. A primeira opção é mais conveniente e muito mais econômica.

Para otimizar o funcionamento do reator, é necessário manter a temperatura do seu conteúdo em um determinado nível (pelo menos 38⁰C). Mas se subir acima de 55⁰C, as bactérias formadoras de gás simplesmente “cozinharão” e o processo de fermentação irá parar.

Sistema de mistura

Como mostra a prática, em projetos, um agitador manual de qualquer configuração aumenta significativamente a eficiência do biorreator. O eixo ao qual as lâminas do “misturador” são soldadas (parafusadas) é retirado através da tampa do cano. A maçaneta do portão é então colocada sobre ela e o buraco é cuidadosamente selado. No entanto, os artesãos nem sempre equipam os fermentadores com tais dispositivos.

Produção de biogás

Após a instalação estar pronta, nela é carregada biomassa diluída em água na proporção de aproximadamente 2:3. Os resíduos grandes devem ser triturados - o tamanho máximo da fração não deve exceder 10 mm. Em seguida, a tampa é fechada - basta esperar que a mistura comece a “fermentar” e liberar biogás. Em condições ideais, o primeiro abastecimento de combustível é observado vários dias após o carregamento.

O fato de o gás ter “iniciado” pode ser avaliado pelo som borbulhante característico no selo d'água. Ao mesmo tempo, o cano deve ser verificado quanto a vazamentos. Isso é feito com uma solução de sabão comum - ela é aplicada em todas as juntas e observada para ver se aparecem bolhas.

A primeira atualização das biomatérias-primas deverá ser realizada em cerca de duas semanas. Depois que a biomassa é despejada no funil, o mesmo volume de matéria orgânica residual será despejado do tubo de saída. Então este procedimento é realizado diariamente ou a cada dois dias.

Quanto tempo dura o biogás resultante?

Numa pequena exploração agrícola, uma central de biogás não será uma alternativa absoluta ao gás natural e outras fontes de energia disponíveis. Por exemplo, usando um aparelho com capacidade de 1 m³, você só consegue obter combustível para algumas horas de cozimento para uma família pequena.

Mas com um biorreator de 5 m³ já é possível aquecer uma sala com área de 50 m², mas seu funcionamento precisará ser mantido com carregamento diário de matéria-prima com peso mínimo de 300 kg. Para fazer isso, você precisa ter cerca de dez porcos, cinco vacas e algumas dúzias de galinhas na fazenda.

Artesãos que conseguiram fazer usinas de biogás funcionais de forma independente compartilham vídeos com master classes na Internet:

Uma planta de biogás é uma unidade especial que permite processar resíduos agrícolas e da indústria alimentícia em fertilizantes biológicos e gás biológico.

O uso de tal instalação permite que você se livre rapidamente de vários tipos de estrume (incluindo excrementos de pássaros), processe resíduos vegetais (silagem durante o inverno, topos de culturas alimentares, etc.) e descarte eficientemente resíduos orgânicos de matadouros e granjas avícolas. O tempo para obtenção de resíduos biológicos e gases depende da densidade dos materiais processados ​​​​e de sua quantidade.

Tais instalações são mais difundidas em países como Alemanha e Holanda. Nos últimos anos, um grande número de fazendas e fábricas de produção de alimentos chinesas também foram equipadas com usinas de biogás de produção própria.

Construção de uma planta de biogás. Deve-se dizer que as usinas de biogás têm um design muito simples. Os modelos modernos de tais instalações possuem um grau suficiente de automação e requerem controle humano mínimo. Assim, uma moderna planta de biogás consiste em:

• Um recipiente de transição no qual as matérias-primas entram logo no início do processamento para aquecimento.
• Misturadores para moer grandes partículas de grama e esterco.
• Um recipiente de gás (depósito de gás), no qual é armazenado o gás resultante, é necessário para manter as reservas e a pressão no sistema.
• O biorreator é a parte mais importante da planta de biogás, onde ocorre a fermentação das matérias-primas e a produção do gás.
• Sistema de gás, conjunto de tubos e mangueiras para fornecimento e descarga do gás resultante.
• Os separadores classificam as matérias-primas processadas em fertilizantes sólidos e líquidos.
• Bombas para bombeamento de matérias-primas e água.
• Dispositivos para medir e monitorar a pressão no reator e a temperatura do líquido de aquecimento.
• Uma estação de cogeração serve para distribuir o gás resultante.
• Queimadores de emergência para sangrar o excesso de gás do reator e do tanque de gás são necessários para manter uma determinada pressão.

À primeira vista, parece que o projeto de uma planta de biogás é muito complexo e confuso e inclui unidades e componentes caros. No entanto, na realidade, isso está longe de ser o caso. A maioria dos componentes tem nomes ameaçadores, mas na verdade são baseados em objetos do cotidiano. Em qualquer caso, designs semelhantes têm sido utilizados por pessoas em todo o mundo há muitos anos, o que significa que o princípio de funcionamento da instalação pode ser compreendido sem qualquer dificuldade.

Princípio de funcionamento de uma usina de biogás. Antes de passar a um exame detalhado do princípio de funcionamento de uma planta de biogás, deve-se dizer que este dispositivo surgiu exclusivamente devido aos processos de fermentação e decomposição. Como sabem, qualquer substância orgânica (ao longo do tempo e sob condições adequadas) decompõe-se em substâncias químicas simples, uma das quais é o biogás. É com base nos princípios da fermentação e decomposição que qualquer planta de biogás é criada, e componentes e conjuntos adicionais têm funções auxiliares ou de controle.

Etapas de operação de uma usina de biogás.

• 1. Entrega de produtos processados ​​​​e resíduos à instalação. Se o resíduo for líquido, é aconselhável entregá-lo ao reator por meio de bombas especializadas. Mais resíduos sólidos podem ser entregues ao reator manualmente ou por meio de uma correia transportadora. Em alguns casos, é aconselhável aquecer os resíduos para aumentar a sua taxa de fermentação e decomposição no biorreator. Para aquecer os resíduos, é utilizado um tanque de transição, no qual os produtos processados ​​​​são levados à temperatura desejada.
• 2. Processamento em reator. Após o tanque de transição, os resíduos preparados (e aquecidos!) entram no reator. Um biorreator de alta qualidade é uma estrutura hermética feita de aço ou concreto especialmente resistente com um revestimento antiácido especial. Sem falhas, o reator deve ter isolamento térmico e gasoso ideal. Mesmo a menor entrada de ar ou diminuição da temperatura interromperá o processo de fermentação e decomposição. O reator é aquecido por meio de tubos de água quente. O sistema é autônomo. A água é aquecida com o biogás produzido. O reator opera sem acesso a oxigênio, em ambiente totalmente fechado. Várias vezes ao dia, usando uma bomba, você pode adicionar novas porções da substância processada. O regime de temperatura ideal para o reator é de cerca de 40 graus Celsius. Se a temperatura for mais baixa, o processo de fermentação será significativamente mais lento. Se a temperatura aumentar, ocorrerá uma rápida evaporação da água, o que não permitirá que os resíduos se desintegrem completamente. Para acelerar o processo de fermentação, é utilizado um misturador especial. Este dispositivo mistura a substância no reator após um determinado período de tempo.
• 3. Saída do produto acabado. Depois de um certo tempo (de várias horas a vários dias), aparecem os primeiros resultados da fermentação. São biogás e fertilizantes biológicos. Como resultado, o biogás resultante vai para um reservatório de gás (tanque de armazenamento de gás). A pressão do gás nos tanques de gás é regulada por meio de válvulas. Em caso de pressão excessiva, serão acionados queimadores de emergência, que simplesmente queimarão o excesso de gás, estabilizando a pressão. O biogás resultante precisa ser seco. Só depois disso poderá ser utilizado como gás natural comum. Separadamente, vale dizer que para manter o funcionamento de uma usina de biogás são necessários cerca de 15% do gás produzido. Por sua vez, os fertilizantes biológicos vão para um tanque especialmente preparado com separador. Há uma divisão em fertilizantes sólidos (vermicomposto) e líquidos. O vermicomposto representa apenas cerca de 5% da quantidade total de fertilizante recebido. Na verdade, os fertilizantes podem ser usados ​​imediatamente para os fins pretendidos. Eles não requerem processamento adicional. Além disso, na Europa existem linhas de produção inteiras que embalam os fertilizantes biológicos resultantes em recipientes de plástico. A comercialização desses fertilizantes é um negócio bastante lucrativo. A operação da planta de biogás é contínua. Simplificando, novas porções de material processado entram constantemente no reator, e gás e fertilizantes biológicos também entram constantemente no reservatório de gás e no tanque separador.

Operação e instalação de planta de biogás. A instalação de uma usina de biogás é estritamente individual. Você não pode simplesmente trazer e montar todos os componentes. É necessário realizar toda uma série de trabalhos preparatórios, cavar vários poços grandes e realizar um isolamento de alta qualidade do reator. É necessário levar em consideração todas as características individuais de uma fazenda ou empreendimento e tornar a planta de biogás relevante para tarefas específicas. Uma pessoa pode monitorar a planta de biogás, já que o processo de processamento é totalmente automatizado. A operação da instalação não exige grandes despesas. Com bom cuidado e manutenção oportuna, o custo anual de manutenção de tal instalação não excederá 5% do seu custo original.

Vantagens de usar uma usina de biogás. Uma planta de biogás é um dispositivo verdadeiramente mágico que permite obter coisas verdadeiramente necessárias a partir de resíduos industriais e esterco. Em particular, você pode obter:

• Biogás
• Fertilizantes biológicos
• Energia elétrica e térmica
• Combustível para carros.

Para converter o biogás em energia elétrica e térmica é necessário equipar a instalação com unidades adicionais. Isso aumenta o custo da instalação em si, mas permite obter autonomia significativa das concessionárias e reduzir significativamente as contas. Se o carro estiver equipado com equipamento a gás, ele poderá ser reabastecido com gás produzido por uma usina de biogás. Naturalmente, o gás biológico exigirá purificação adicional, que filtrará o dióxido de carbono. Depois disso, o carro poderá circular com gás produzido pela usina de biogás. Isso ajuda a economizar significativamente na compra de gasolina, que é muito lucrativa com os preços atuais dos combustíveis.

Quem precisa de uma usina de biogás?

Conforme mencionado acima, uma planta de biogás é um dispositivo tecnicamente complexo que requer instalação profissional e manutenção oportuna.

Portanto, um pequeno agricultor cuja fazenda consiste em uma dúzia de vacas e vários hectares de terra definitivamente não precisa desse equipamento. Ele simplesmente não tem esterco e outros fertilizantes suficientes para fazer a usina de biogás funcionar 24 horas por dia e gerar receitas significativas. E é uma questão completamente diferente se falamos de uma grande fazenda, granja avícola ou fábrica de processamento de carne. Essas indústrias geram diariamente centenas de quilos de resíduos diversos, que simplesmente não têm para onde ir. Para eles, adquirir uma usina de biogás é quase a única forma de resolver o problema do descarte de resíduos e, ao mesmo tempo, receber gratuitamente gás, energia elétrica e fertilizantes biológicos.

Como mostra a prática, esses sistemas de biogás começam a se pagar 2 anos após a instalação. Considerando que a vida útil média de uma instalação é de 25 anos, não é difícil calcular o lucro que tal equipamento trará.

O mundo moderno baseia-se num consumo cada vez maior, pelo que os recursos minerais e de matérias-primas estão a esgotar-se de forma especialmente rápida. Ao mesmo tempo, milhões de toneladas de estrume fétido acumulam-se anualmente em numerosas explorações pecuárias e são gastos recursos consideráveis ​​na sua eliminação. Os humanos também acompanham a produção de resíduos biológicos. Felizmente, foi desenvolvida uma tecnologia que nos permite resolver simultaneamente estes problemas: utilizar biorresíduos (principalmente estrume) como matéria-prima, produzindo um combustível renovável amigo do ambiente - o biogás. A utilização de tais tecnologias inovadoras deu origem a uma nova indústria promissora - a bioenergia.

O que é biogás

O biogás é uma substância gasosa volátil, incolor e completamente inodora. Consiste em 50-70 por cento de metano, até 30 por cento dele é dióxido de carbono CO2 e outros 1-2 por cento são substâncias gasosas - impurezas (quando purificadas delas, obtém-se o biometano mais puro).

As características físicas e químicas qualitativas desta substância são próximas às do gás natural comum de alta qualidade. Segundo pesquisas de cientistas, o biogás tem propriedades caloríficas muito elevadas: por exemplo, o calor liberado na queima de um metro cúbico desse combustível natural equivale ao calor de um quilo e meio de carvão.

A liberação de biogás ocorre devido à atividade vital de um tipo especial de bactéria - anaeróbica, enquanto as bactérias mesófilas são ativadas quando o ambiente é aquecido a 30-40 graus Celsius, e as bactérias termofílicas se multiplicam em temperaturas mais altas - até +50 graus.

Sob a influência de suas enzimas, as matérias-primas orgânicas se decompõem com a liberação de gás biológico.

Matérias-primas para biogás

Nem todos os resíduos orgânicos são adequados para transformação em biogás. Por exemplo, o estrume proveniente de explorações avícolas e suinícolas não pode ser utilizado na sua forma pura, porque apresenta um elevado nível de toxicidade. Para obter biogás a partir deles, é necessário adicionar diluentes a esses resíduos: massa de silagem, massa de capim verde, além de esterco de vaca. O último componente é a matéria-prima mais adequada para a produção de combustível ecologicamente correto, já que as vacas comem apenas alimentos vegetais. No entanto, também deve ser monitorado quanto ao teor de impurezas de metais pesados, componentes químicos e surfactantes, que em princípio não deveriam estar presentes na matéria-prima. Um ponto muito importante é o controle sobre antibióticos e desinfetantes. Sua presença no esterco pode impedir o processo de decomposição da massa de matéria-prima e a formação de gases voláteis.

Informações adicionais.É impossível prescindir completamente dos desinfetantes, caso contrário começa a formar-se bolor na biomassa sob a influência das altas temperaturas. Você também deve monitorar e limpar oportunamente o esterco de contaminantes mecânicos (pregos, parafusos, pedras, etc.), que podem danificar rapidamente o equipamento de biogás. A umidade das matérias-primas utilizadas para a produção de biogás deve ser de no mínimo 80-90%.

Mecanismo de formação de gás

Para que o biogás comece a ser liberado das matérias-primas orgânicas durante a fermentação sem ar (cientificamente chamada de fermentação anaeróbica), são necessárias condições adequadas: recipiente lacrado e temperatura elevada. Se feito corretamente, o gás produzido sobe até o topo onde é selecionado para uso, e o que resta de sólidos é um excelente fertilizante agrícola bioorgânico, rico em nitrogênio e fósforo, mas livre de microorganismos nocivos. As condições de temperatura são muito importantes para processos adequados e completos.

O ciclo completo de conversão do esterco em combustível ambiental varia de 12 dias a um mês, dependendo da composição da matéria-prima. A partir de um litro de volume útil do reator, são produzidos cerca de dois litros de biogás. Se você usar instalações modernizadas mais avançadas, o processo de produção de biocombustível será acelerado para 3 dias e a produção de biogás aumentará para 4,5-5 litros.

As pessoas começaram a estudar e utilizar a tecnologia de produção de biocombustíveis a partir de fontes naturais orgânicas desde o final do século XVIII, e na ex-URSS o primeiro dispositivo de produção de biogás foi desenvolvido na década de 40 do século passado. Hoje em dia, essas tecnologias estão se tornando cada vez mais importantes e populares.

Vantagens e desvantagens do biogás

O biogás como fonte de energia apresenta vantagens inegáveis:

• serve para melhorar a situação ambiental nas áreas onde é amplamente utilizado, pois além de reduzir o uso de combustíveis poluentes, ocorre uma destruição muito eficaz de biorresíduos e desinfecção de águas residuais, ou seja, o equipamento de biogás funciona como estação de limpeza;
• as matérias-primas para a produção desse combustível orgânico são renováveis ​​e praticamente gratuitas – desde que os animais das fazendas recebam alimentação, produzirão biomassa e, portanto, combustível para usinas de biogás;
• a aquisição e utilização de equipamentos é economicamente rentável - uma vez adquirida, uma planta de produção de biogás não exigirá mais investimentos e terá manutenção simples e barata; Assim, uma usina de biogás para uso em uma fazenda começa a se pagar três anos após o lançamento; não há necessidade de construir serviços públicos e linhas de transmissão de energia, os custos de lançamento de uma estação biológica são reduzidos em 20 por cento;
• não há necessidade de instalação de serviços públicos como linhas de energia e gasodutos;
• a produção de biogás na estação a partir de matérias-primas orgânicas locais é um empreendimento livre de resíduos, ao contrário dos empreendimentos que utilizam fontes de energia tradicionais (gasodutos, caldeiras, etc.), os resíduos não poluem o meio ambiente e não requerem espaço de armazenamento;
• ao utilizar o biogás, uma certa quantidade de dióxido de carbono e enxofre é liberada na atmosfera, porém, essas quantidades são mínimas em comparação com o mesmo gás natural e são absorvidas pelos espaços verdes durante a respiração, portanto a contribuição do bioetanol para o efeito estufa é mínima ;
• Em comparação com outras fontes alternativas de energia, a produção de biogás é sempre estável; uma pessoa pode controlar as atividades e a produtividade das instalações para a sua produção (ao contrário, por exemplo, dos painéis solares), reunindo várias instalações numa ou, pelo contrário, dividindo-as em secções separadas. reduzir riscos de acidentes;
• nos gases de exaustão ao usar biocombustível, o teor de monóxido de carbono é reduzido em 25% e de óxidos de nitrogênio em 15;
• além do esterco, você também pode usar alguns tipos de plantas para obter biomassa como combustível, por exemplo, o sorgo ajudará a melhorar as condições do solo;
• Quando o bioetanol é adicionado à gasolina, seu índice de octanas aumenta, o próprio combustível se torna mais resistente à detonação e sua temperatura de autoignição diminui significativamente.

Biogás– não é um combustível ideal, ele e a tecnologia para sua produção também apresentam desvantagens:

• a velocidade de processamento de matérias-primas orgânicas em equipamentos para produção de biogás é um ponto fraco da tecnologia em relação às fontes tradicionais de energia;
• O bioetanol tem um valor calorífico inferior ao do petróleo – liberta 30% menos energia;
• o processo é bastante instável; para mantê-lo, é necessária uma grande quantidade de enzimas de certa qualidade (por exemplo, uma mudança na dieta das vacas afeta muito a qualidade do esterco cru);
• produtores inescrupulosos de biomassa para estações de processamento podem esgotar significativamente o solo com o aumento da semeadura, o que perturba o equilíbrio ecológico do território;
• tubulações e recipientes com biogás podem ficar despressurizados, o que levará a uma queda acentuada na qualidade do biocombustível.

Onde o biogás é usado?

Em primeiro lugar, este biocombustível ecológico é utilizado para satisfazer as necessidades domésticas da população, em substituição do gás natural, para aquecimento e cozinha. As empresas podem utilizar o biogás para lançar um ciclo de produção fechado: a sua utilização em turbinas a gás é especialmente eficaz. Com o ajuste adequado e a combinação completa de tal turbina com uma planta de produção de biocombustíveis, seu custo compete com a energia nuclear mais barata.

A eficiência do uso do biogás é muito fácil de calcular. Por exemplo, de uma unidade de gado podem-se obter até 40 quilos de esterco, dos quais se produz um metro cúbico e meio de biogás, suficiente para gerar 3 quilowatts/hora de eletricidade.

Depois de determinadas as necessidades de electricidade do agregado familiar, é possível determinar que tipo de central de biogás utilizar. Com um pequeno número de vacas, é melhor produzir biogás em casa usando uma usina simples de biogás de baixa potência.

Se a fazenda for muito grande e gerar constantemente uma grande quantidade de biorresíduos, é benéfico instalar um sistema automatizado de biogás do tipo industrial.

Observação! Ao projetar e configurar, você precisará da ajuda de especialistas qualificados.

Projeto de planta de biogás

Qualquer instalação biológica consiste nas seguintes partes principais:

• um biorreator onde ocorre a biodecomposição da mistura de dejetos;
• sistema de abastecimento de combustível orgânico;
• unidade para agitação de massas biológicas;
• dispositivos para criar e manter o nível de temperatura necessário;
• tanques para colocação do biogás resultante (depósitos de gás);

• recipientes para colocar ali as frações sólidas resultantes.

Esta é uma lista completa de elementos para instalações industriais automatizadas, enquanto uma instalação de biogás para uma casa particular tem um design muito mais simples.

O biorreator deve estar completamente vedado, ou seja, o acesso ao oxigênio é inaceitável. Pode ser um recipiente metálico em forma de cilindro instalado na superfície do solo, antigos tanques de combustível com capacidade de 50 metros cúbicos são adequados para esses fins. Biorreatores desmontáveis ​​prontos são rapidamente instalados/desmontados e facilmente movidos para um novo local.

Se for planejada uma pequena estação de biogás, é aconselhável colocar o reator no subsolo e fazê-lo em forma de tanque de tijolo ou concreto, além de barris de metal ou PVC. Você pode colocar esse reator de bioenergia dentro de casa, mas é necessário garantir ventilação constante do ar.

Os bunkers para preparação de matérias-primas biológicas são um elemento necessário do sistema, pois antes de entrar no reator devem ser preparados: triturados em partículas de até 0,7 milímetros e embebidos em água para levar o teor de umidade da matéria-prima a 90 por cento .

Os sistemas de abastecimento de matéria-prima consistem em um receptor de matéria-prima, um sistema de abastecimento de água e uma bomba para fornecimento da massa preparada ao reator.

Se o biorreator for subterrâneo, o recipiente para matéria-prima é colocado na superfície para que o substrato preparado flua para o reator de forma independente sob a influência da gravidade. Também é possível colocar o receptor de matéria-prima no topo do bunker, caso em que é necessário utilizar uma bomba.

O orifício de saída de resíduos está localizado mais próximo ao fundo, em frente à entrada de matéria-prima. O receptor para frações sólidas é feito em forma de caixa retangular, à qual conduz um tubo de saída. Quando uma nova porção do biosubstrato preparado entra no biorreator, um lote de resíduos sólidos do mesmo volume é alimentado no receptor. Posteriormente, são utilizados nas fazendas como excelentes biofertilizantes.

O biogás resultante é armazenado em reservatórios de gás, que geralmente são colocados no topo do reator e têm formato de cone ou cúpula. Os tanques de gás são feitos de ferro e pintados com tinta a óleo em várias camadas (isso ajuda a evitar destruição corrosiva). Em grandes bioinstalações industriais, os recipientes de biogás são feitos na forma de tanques separados conectados ao reator.

Para dar ao gás resultante propriedades inflamáveis, é necessário livrá-lo do vapor d'água. O biocombustível é canalizado através de um tanque de água (selo hidráulico), após o qual pode ser fornecido através de tubos plásticos diretamente para consumo.

Às vezes você pode encontrar porta-gás especiais em forma de saco feitos de PVC. Eles estão localizados próximos à instalação. À medida que os sacos são preenchidos com biogás, eles se abrem e seu volume aumenta o suficiente para aceitar todo o gás produzido.

Para que ocorram processos de biofermentação eficazes, é necessária a agitação constante do substrato. Para evitar a formação de crosta na superfície da biomassa e retardar os processos de fermentação, é necessário misturá-la constantemente e ativamente. Para isso, agitadores submersíveis ou inclinados são montados na lateral do reator em forma de misturador para mistura mecânica da massa. Para estações pequenas são manuais, para estações industriais são controladas automaticamente.

A temperatura necessária para a atividade vital das bactérias anaeróbicas é mantida por meio de sistemas de aquecimento automatizados (para reatores estacionários, eles iniciam o aquecimento quando o calor cai abaixo do normal e desligam automaticamente quando a temperatura normal é atingida); Você também pode usar sistemas de caldeiras, aquecedores elétricos ou instalar um aquecedor especial no fundo do recipiente com matéria-prima. Ao mesmo tempo, é necessário reduzir a perda de calor do biorreator; para isso, ele é envolto em uma camada de lã de vidro ou é fornecido outro isolamento térmico, por exemplo, de espuma de poliestireno.

Biogás faça você mesmo

Para residências particulares, o uso de biogás é agora muito importante - a partir de esterco quase gratuito você pode obter gás para necessidades domésticas e para aquecer sua casa e fazenda. A sua própria central de biogás é uma garantia contra cortes de energia e aumento do preço do gás, bem como uma excelente forma de reciclar resíduos biológicos, bem como papel desnecessário.

Para a construção pela primeira vez, é mais lógico usar esquemas simples; tais estruturas serão mais confiáveis ​​​​e durarão mais; No futuro, a instalação poderá ser complementada com peças mais complexas. Para uma casa com área de 50 metros quadrados, obtém-se quantidade suficiente de gás com um tanque de fermentação de 5 metros cúbicos. Para garantir a temperatura constante necessária para uma fermentação adequada, pode ser utilizado um tubo de aquecimento.

Na primeira etapa da construção, cavam uma vala para o biorreator, cujas paredes devem ser reforçadas e vedadas com plástico, mistura de concreto ou anéis poliméricos (de preferência com fundo sólido - deverão ser substituídos periodicamente à medida que são usado).

A segunda etapa consiste na instalação de drenagem de gases em forma de tubos de polímero com numerosos furos. Durante a instalação, deve-se levar em consideração que os topos dos tubos devem ultrapassar a profundidade planejada de enchimento do reator. O diâmetro dos tubos de saída não deve ser superior a 7 a 8 centímetros.

A próxima etapa é o isolamento. Depois disso, pode-se encher o reator com o substrato preparado, após o qual ele é embrulhado em filme para aumentar a pressão.

Na quarta etapa são instaladas as cúpulas e o tubo de saída, que é colocado no ponto mais alto da cúpula e conecta o reator ao tanque de gás. O reservatório de gás pode ser forrado com tijolo, uma malha de aço inoxidável é montada na parte superior e coberta com gesso.

Na parte superior do tanque de gás é colocada uma escotilha, que fecha hermeticamente, e dela é retirado um tubo de gás com válvula equalizadora de pressão.

Importante! O gás resultante deve ser retirado e consumido constantemente, pois seu armazenamento prolongado na parte livre do biorreator pode provocar explosão por alta pressão. É necessário prever um selo d'água para que o biogás não se misture com o ar.

Para aquecer a biomassa, pode-se instalar uma serpentina proveniente do sistema de aquecimento da casa - isso é muito mais rentável economicamente do que usar aquecedores elétricos. O aquecimento externo pode ser fornecido com vapor; isso evitará o superaquecimento das matérias-primas acima do normal.

Em geral, uma usina de biogás faça você mesmo não é uma estrutura tão complexa, mas na hora de organizá-la é preciso estar atento aos mínimos detalhes para evitar incêndios e destruição.

Informações adicionais. A construção mesmo da instalação biológica mais simples deve ser formalizada com os documentos adequados, deve possuir diagrama tecnológico e mapa de instalação dos equipamentos, deve obter aprovação da Estação Sanitária e Epidemiológica, serviços de bombeiros e gás.

Atualmente, o uso de fontes alternativas de energia está ganhando força. Entre eles, o subsector da bioenergia é muito promissor – a produção de biogás a partir de resíduos orgânicos, como esterco e silagem. As estações de produção de biogás (industriais ou pequenas residências) podem resolver os problemas de eliminação de resíduos, obtenção de combustível e calor ambiental, bem como fertilizantes agrícolas de alta qualidade.

Vídeo

Os proprietários de residências particulares localizadas em regiões com acesso limitado aos combustíveis tradicionais deveriam definitivamente voltar sua atenção para as modernas usinas de biogás. Essas unidades permitem obter biogás a partir de diversos resíduos orgânicos e utilizá-lo para necessidades pessoais, inclusive para aquecimento de residências.

O gás pode ser obtido a partir de quase qualquer biomassa - resíduos da indústria pecuária, produção de alimentos, agricultura, folhagem, etc. Ao mesmo tempo, você pode construir tal instalação com suas próprias mãos.

Mecanismo de ação das usinas de biogás

Tanto matérias-primas homogêneas quanto misturas de diversas biomassas são adequadas para a produção de biogás. Uma planta de biogás é uma estrutura volumétrica selada equipada com dispositivos para fornecimento de matéria-prima, aquecimento de biomassa, mistura de componentes, descarga do biogás resultante em um coletor de gás e, claro, proteção da estrutura.

No reator, sob a influência de bactérias anaeróbias, ocorre a rápida decomposição da biomassa. Durante a fermentação das matérias-primas orgânicas, é liberado biogás. Aproximadamente 70% da composição desse gás é representada por metano, o restante é dióxido de carbono.

O biogás é caracterizado por excelente valor calorífico, não possui odor ou cor pronunciados. Em termos de propriedades, o biogás praticamente não é inferior ao gás natural mais tradicional.

Nos países desenvolvidos, instalações adicionais são utilizadas para purificar o biogás do dióxido de carbono. Se desejar, você pode comprar a mesma instalação e obter biometano puro.

Usinas de biogás em silos. 1 Poços de silo. 2 Sistema de carregamento de biomassa. 3 Reator. 4 Reator de pós-fermentação. 5 Substrato. 6 Sistema de aquecimento. 7 Usina. 8 Sistema de automação e controle. 9 Sistema de gasoduto

Em média, uma vaca ou outro animal pesando meia tonelada é capaz de produzir esterco suficiente por dia para produzir aproximadamente 1,5 m3 de biogás. O esterco diário de um porco médio pode ser processado em 0,2 m3 de biogás, e um coelho ou galinha em 0,01-0,02 m3 de combustível.

Para efeito de comparação: 1 m3 de biogás proveniente de esterco fornece aproximadamente a mesma quantidade de energia térmica que 3,5 kg de lenha, 1-2 kg de carvão, 9-10 kW/h de eletricidade.

A receita de mistura mais simples para a produção de biogás inclui os seguintes componentes:

• esterco de vaca - cerca de 1.500 kg;
• folhas podres ou outros resíduos orgânicos – 3.500 kg;
• água – 65-75% da massa total dos componentes anteriores. A água deve primeiro ser aquecida a cerca de 35 graus.

Essa quantidade de biomassa será suficiente para produzir biogás durante seis meses de operação com consumo moderado. Em média, o biogás começa a ser liberado dentro de 1,5 a 2 semanas após a mistura ser carregada na instalação.

O gás pode ser usado para aquecer uma casa e uma variedade de edifícios comerciais e domésticos.

Projeto de uma planta típica de biogás

Usina de biogás

Os principais componentes de um sistema completo de biogás são:

• reator;
• sistema de fornecimento de húmus;
• agitadores;
• biomassa;
• porta-gás;
• separador;
• parte protetora.

Uma instalação doméstica terá um design um tanto simplificado, porém, para uma compreensão completa, convidamos você a ler a descrição de todos os elementos listados.

Usinas de biogás

Reator

Esta parte da instalação geralmente é montada em aço inoxidável ou concreto. Externamente, o reator se parece com um grande recipiente selado com uma cúpula no topo, geralmente de formato esférico.

Atualmente, os mais populares são os reatores com design dobrável, fabricados com tecnologias inovadoras. Esse reator pode ser facilmente montado com suas próprias mãos, com um investimento mínimo de tempo. Se necessário, pode ser facilmente desmontado e transportado para outro local.

O aço é conveniente porque você pode facilmente criar furos para conectar outros elementos do sistema. O concreto é superior ao aço em termos de resistência e durabilidade.

Sistema de alimentação de biomassa

Esta parte da instalação inclui uma tremonha para recebimento de resíduos, uma tubulação de abastecimento para abastecimento de água e uma bomba helicoidal destinada ao envio de húmus ao reator.

Um carregador frontal é usado para carregar o componente seco na tremonha. Em casa, essa tarefa pode ser realizada sem carregadeira, utilizando diversas ferramentas disponíveis, por exemplo, pás.

Na tremonha a mistura é umedecida até o estado semilíquido. Após atingir o nível de umidade desejado, a rosca transfere a massa semilíquida para o compartimento inferior do reator.

Agitadores

A fermentação do húmus no reator deve ocorrer uniformemente. Esta é uma das condições mais importantes para garantir a liberação intensiva de biogás da mistura. É para conseguir o processo de fermentação mais uniforme da mistura que o projeto de uma típica planta de biogás inclui misturadores com acionamentos elétricos.

Existem misturadores submersíveis e inclinados. Mecanismos submersíveis podem ser baixados na biomassa até a profundidade necessária para garantir uma mistura intensiva e uniforme do substrato. Normalmente, esses misturadores são colocados em um mastro.

A instalação dos misturadores inclinados é realizada nas superfícies laterais do reator. Um motor elétrico é responsável por girar a rosca do fermentador.

Sistema de aquecimento automatizado

Para produzir biogás com sucesso, a temperatura dentro do sistema deve ser mantida entre +35-+40 graus. Para este efeito, sistemas de aquecimento automatizados estão incluídos no projeto.

A fonte de calor, neste caso, é uma caldeira de água quente; em algumas situações, são utilizadas unidades de aquecimento elétrico;

Porta-gás

Porta-gás

O biogás é coletado neste elemento estrutural. Na maioria das vezes, o reservatório de gás é colocado no teto do reator.

A produção de tanques de gás modernos geralmente é feita com policloreto de vinila, material resistente à luz solar e a diversos fenômenos naturais adversos.

Porta-gás

Em algumas situações, em vez de um tanque de gasolina normal, são utilizados sacos especiais. Além disso, esses dispositivos permitem aumentar temporariamente o volume do biogás produzido.

Para a fabricação de bolsas porta-gás, é utilizado um policloreto de vinila especial com propriedades elásticas, que pode inflar à medida que o volume de biogás aumenta.

Separador

Separador

Esta parte do sistema é responsável pela secagem do húmus residual e pela produção, se necessário, de fertilizantes de alta qualidade.

O separador mais simples consiste em um parafuso e uma câmara separadora. A câmara é feita em forma de peneira. Isto permite que a biomassa seja separada em um componente sólido e uma parte líquida.

Separador de parafuso de pressão

O húmus seco é enviado para o compartimento de expedição. O sistema direciona a parte líquida de volta para a câmara receptora. Aqui o líquido é usado para umedecer a nova matéria-prima.

A planta de biogás DIY mais simples

Usina de biogás para casa

Uma instalação doméstica de biogás terá um design um tanto simplificado, mas sua fabricação deve ser abordada com a máxima responsabilidade.

Primeiro passo. Cave um buraco. Basicamente, uma usina de biogás é um grande poço com acabamento especial. A parte mais importante e ao mesmo tempo difícil da fabricação do sistema em questão é a correta preparação das paredes do biorreator e de sua base.

O poço deve ser selado. Reforçar a base e as paredes com plástico ou concreto. Em vez disso, você pode comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Tais dispositivos permitem garantir a necessária estanqueidade do sistema. O material manterá suas características originais por muitos anos e, se necessário, você poderá facilmente substituir o anel antigo por um novo.

Segundo passo. Instale um sistema de drenagem de gás. Isso evitará a necessidade de adquirir e instalar agitadores, reduzindo significativamente o tempo e o dinheiro gastos na montagem da instalação.

A versão mais simples de um sistema de drenagem de gás são tubos de esgoto fixados verticalmente feitos de cloreto de polivinila com muitos orifícios ao longo do corpo.

Selecione tubos de comprimento tal que suas bordas superiores fiquem ligeiramente acima do nível superior do húmus carregado.

Terceiro passo. Cubra a camada externa do substrato com filme isolante. Graças ao filme, serão criadas condições para o acúmulo de biogás sob a cúpula em condições de leve excesso de pressão.

Quarta etapa. Instale a cúpula e monte o tubo de exaustão de gases no ponto mais alto.

O consumo de gás deve ser regular. Caso contrário, a cúpula sobre o recipiente de biomassa pode simplesmente explodir. No verão, o gás é formado de forma mais intensa do que no inverno. Para resolver o último problema, compre e instale aquecedores adequados.

Procedimento e condições para o uso bem sucedido de uma planta de biogás

Rendimento médio específico de biogás

Assim, não é difícil montar você mesmo uma simples usina de biogás. Porém, para seu funcionamento bem-sucedido, você deve lembrar e seguir algumas regras simples.

Um dos requisitos mais importantes é que a massa orgânica carregada não contenha substâncias que possam ter um impacto negativo na atividade vital dos microrganismos anaeróbios. As inclusões proibidas incluem vários tipos de solventes, medicamentos antibacterianos e outras substâncias similares.

Várias substâncias inorgânicas também podem levar à deterioração do funcionamento das bactérias. Diante disso, é proibido, por exemplo, diluir o húmus com a água que sobrou da lavagem de roupa ou do carro.

Lembre-se: uma instalação de biogás é uma unidade potencialmente explosiva, por isso siga todas as normas de segurança relevantes para o funcionamento de qualquer equipamento a gás.

Assim, até o esterco e, em princípio, quase tudo de que você antes tentava se livrar, pode ser útil na fazenda. Você só precisa construir adequadamente uma instalação doméstica de biogás e muito em breve sua casa estará aquecida. Siga as recomendações recebidas e não terá mais que gastar enormes somas em aquecimento.

Boa sorte!

Leia também o artigo em nosso site - instalação hidropônica faça você mesmo.

Vídeo - Usina de biogás faça você mesmo

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Usina de biogás faça você mesmo

O artigo sobre produção de biogás forneceu a base teórica para a produção de gás metano a partir de biomassa por digestão anaeróbica.

Foi explicado o papel das bactérias na transformação passo a passo das substâncias orgânicas, com a descrição das condições necessárias para a produção mais intensiva de biogás. Este artigo fornecerá implementações práticas de usinas de biogás, com uma descrição de alguns projetos caseiros.

Dado que os preços da energia estão a subir e muitos proprietários de explorações pecuárias e pequenas explorações têm problemas com a eliminação de resíduos, foram disponibilizados para venda complexos industriais para a produção de biogás e pequenas fábricas de biogás para residências particulares. Utilizando mecanismos de busca, um internauta pode encontrar facilmente uma solução pronta e acessível para que a usina de biogás e seu preço atendam às necessidades, entrar em contato com fornecedores de equipamentos e combinar a construção de um gerador de biogás em casa ou na fazenda.

Complexo industrial para produção de biogás

Biorreator - a base de uma planta de biogás

O recipiente no qual ocorre a decomposição anaeróbica da biomassa é denominado biorreator, fermentador ou tanque de metano. Os biorreatores podem ser totalmente selados, com cúpula fixa ou flutuante, e ter design de sino de mergulho. Os biorreatores psicrofílicos Bell (sem necessidade de aquecimento) têm a forma de um reservatório aberto com biomassa líquida, no qual é imerso um recipiente em forma de cilindro ou sino, onde é coletado o biogás.

O biogás coletado pressiona o cilindro, fazendo com que ele suba acima do tanque. Assim, o sino também serve como reservatório de gás - local de armazenamento temporário do gás gerado.

Biorreator de cúpula flutuante

A desvantagem do projeto em forma de sino do reator de biogás é a impossibilidade de misturar o substrato e aquecê-lo durante os períodos frios do ano. Também um fator negativo é um cheiro forte e condições insalubres devido à superfície aberta de parte do substrato.

Além disso, parte do gás resultante escapará para a atmosfera, poluindo o meio ambiente. Portanto, esses biorreatores são utilizados apenas em usinas artesanais de biogás em países pobres com climas quentes.

Outro exemplo de biorreator com cúpula flutuante

Para prevenir a poluição ambiental e eliminar odores desagradáveis, os reatores em usinas de biogás para residências e grandes indústrias são projetados com cúpula fixa. A forma da estrutura no processo de formação do gás não tem grande importância, mas ao utilizar um cilindro com cobertura em forma de cúpula, consegue-se uma economia significativa de materiais de construção. Os biorreatores com cúpula fixa são equipados com tubos para adição de novas porções de biomassa e seleção de substrato gasto.

Um tipo de biorreator de cúpula fixa

Principais tipos de usinas de biogás

Como o projeto mais aceitável é uma cúpula fixa, a maioria das soluções de biorreatores prontos para uso são desse tipo. Dependendo do método de carregamento, os biorreatores possuem designs diferentes e são divididos em:

• Por parcela, com carregamento único de toda a biomassa e posterior descarregamento completo após o processamento da matéria-prima. A principal desvantagem deste tipo de biorreator é a liberação desigual de gás durante o processamento do substrato;
• carga e descarga contínua de matérias-primas, conseguindo assim uma liberação uniforme de biogás. Graças ao desenho do biorreator, durante a carga e descarga, a produção de biogás não para e não ocorrem vazamentos, pois as tubulações pelas quais a biomassa é adicionada e retirada são feitas em forma de selo d'água que evita vazamentos de gás.

Exemplo de um biorreator em lote

Os reatores de biogás em lote podem ter qualquer projeto que evite vazamento de gás. Por exemplo, ao mesmo tempo, na Austrália, eram populares tanques de canal de metano com teto inflável elástico, onde um leve excesso de pressão dentro do biorreator inflava uma bolha feita de polipropileno durável. Ao atingir determinado nível de pressão dentro do biorreator, um compressor era ligado, bombeando o biogás produzido.

Biorreatores de canal com suporte de gás elástico

O tipo de fermentação nesta planta de biogás pode ser mesofílico (baixo aquecimento). Devido à grande área da cúpula inflável, os biorreatores de canal só podem ser instalados em salas aquecidas ou em regiões de clima quente. A vantagem do projeto é que não há necessidade de receptor intermediário, mas a grande desvantagem é a vulnerabilidade da cúpula elástica a danos mecânicos.

Biorreator de canal grande com tanque de gás elástico

Recentemente, biorreatores descontínuos com fermentação a seco de esterco sem adição de água ao substrato vêm ganhando popularidade. Como o esterco possui umidade própria, será suficiente para a vida dos organismos, embora a intensidade das reações diminua.

Os biorreatores do tipo seco parecem uma garagem lacrada com portas bem fechadas. A biomassa é carregada no reator por meio de um carregador frontal e permanece neste estado até que o ciclo completo de formação do gás seja concluído (cerca de seis meses), sem a necessidade de adicionar substrato ou misturá-lo.

Biorreator em lote com carregamento através de porta hermeticamente fechada

Planta de biogás faça você mesmo

Deve-se notar que na maioria dos biorreatores, via de regra, apenas a zona de formação de gás é vedada, e a biomassa líquida na entrada e na saída está sob pressão atmosférica. A pressão excessiva dentro do biorreator desloca parte do substrato líquido para os bicos, razão pela qual o nível de biomassa neles é um pouco maior do que dentro do recipiente.

As linhas vermelhas no diagrama indicam a diferença de níveis no biorreator e nas tubulações

Esses projetos de biorreatores caseiros são populares entre os artesãos que fazem usinas de biogás de forma independente com as próprias mãos para o lar, permitindo repetidas cargas e descargas manuais do substrato. Ao fazer biorreatores com as próprias mãos, muitos artesãos experimentam recipientes totalmente lacrados, usando vários tubos de borracha de pneus de veículos de grande porte como reservatório de gás.

Desenho de um porta-gás feito de câmaras de ar de trator

No vídeo abaixo, um entusiasta da produção caseira de biogás, usando como exemplo barris cheios de excrementos de pássaros, comprova a possibilidade de realmente produzir gás combustível em casa, processando resíduos de aviários em fertilizantes úteis. A única coisa que pode ser acrescentada ao projeto descrito neste vídeo é que você precisa instalar um manômetro e uma válvula de segurança em um biorreator caseiro.

Cálculos de produtividade do biorreator

A quantidade de biogás é determinada pela massa e qualidade das matérias-primas utilizadas. Na Internet você encontra tabelas que indicam a quantidade de dejetos produzidos por diversos animais, mas para os proprietários que têm que retirar o esterco todos os dias, essa teoria não adianta, pois graças à sua própria prática sabem a quantidade e a massa do substrato futuro. Com base na disponibilidade de matérias-primas renováveis ​​diariamente, é possível calcular o volume necessário do biorreator e a produção diária de biogás.

Tabela para obtenção da quantidade de esterco de alguns animais com cálculo aproximado da produção de biogás

Após feitos os cálculos e aprovado o projeto do biorreator, pode-se iniciar sua construção. O material pode ser um recipiente de concreto armado enterrado no solo ou uma alvenaria selada com um revestimento especial que é usado no tratamento de piscinas.

Também é possível construir o tanque principal de uma usina doméstica de biogás em ferro revestido com material anticorrosivo. Pequenos biorreatores industriais geralmente são feitos de tanques plásticos resistentes a produtos químicos de grande volume.

Construção de biorreator em alvenaria

Nas usinas industriais de biogás, sistemas de controle eletrônico e diversos reagentes são utilizados para corrigir a composição química do substrato e seu nível de acidez, e substâncias especiais são adicionadas à biomassa - enzimas e vitaminas que estimulam a reprodução e atividade vital dos microrganismos dentro do biorreator . No processo de desenvolvimento da microbiologia, estão sendo criadas cepas cada vez mais estáveis ​​​​e eficazes de bactérias metanogênicas, que podem ser adquiridas de empresas envolvidas na produção de biogás.

O gráfico mostra que com o uso de enzimas o rendimento máximo de biogás ocorre duas vezes mais rápido

A necessidade de bombear e purificar o biogás

A produção constante de gás em um biorreator de qualquer projeto leva à necessidade de bombear biogás. Algumas usinas de biogás primitivas podem queimar o gás resultante diretamente em um queimador instalado nas proximidades, mas a instabilidade do excesso de pressão no biorreator pode levar ao desaparecimento da chama com posterior liberação de gás venenoso. A utilização de uma instalação de biogás tão primitiva ligada a um fogão é categoricamente inaceitável devido à possibilidade de envenenamento pelos componentes tóxicos do biogás não purificado.

A chama do queimador durante a queima do biogás deve ser limpa, uniforme e estável.

Portanto, quase qualquer esquema de instalação de biogás inclui tanques de armazenamento de gás e um sistema de purificação de gás. Como complexo de limpeza caseiro, você pode usar um filtro de água e um recipiente caseiro cheio de aparas de metal ou adquirir sistemas de filtragem profissionais. Um recipiente para armazenamento temporário de biogás pode ser feito a partir de câmaras de ar de pneus, das quais o gás é bombeado de tempos em tempos por um compressor para cilindros de propano padrão para armazenamento e uso posterior.

Em alguns países africanos, porta-gás insufláveis ​​em forma de almofada são utilizados para armazenar e transportar biogás

Um biorreator aprimorado com cúpula flutuante pode ser considerado uma alternativa ao uso obrigatório de tanque de gás. A melhoria consiste na adição de uma divisória concêntrica, que forma uma bolsa de água, agindo como selo d'água e evitando que a biomassa entre em contato com o ar. A pressão dentro da cúpula flutuante dependerá do seu peso. Ao passar o gás por um sistema de limpeza e redutor, ele pode ser utilizado em fogão doméstico, ventilando-o periodicamente do biorreator.

Biorreator com cúpula flutuante e bolsa de água

Moagem e mistura do substrato em um biorreator

A agitação da biomassa é uma parte importante do processo de biogás, proporcionando às bactérias acesso a nutrientes que podem ter se aglomerado no fundo do digestor. Para que as partículas de biomassa se misturem melhor no biorreator, elas devem ser trituradas mecanicamente ou manualmente antes de serem carregadas no tanque de metano. Atualmente, em usinas de biogás industriais e caseiras, são utilizados três métodos de mistura do substrato:

1. agitadores mecânicos, acionados por motor elétrico ou manualmente;
2. mistura por circulação por meio de bomba ou hélice bombeando o substrato para dentro do biorreator;
3. mistura borbulhante usando purga de biomassa líquida com biogás existente. A desvantagem deste método é a formação de espuma na superfície do substrato.

A seta indica o parafuso de circulação de mistura em um biorreator caseiro

A mistura mecânica do substrato dentro do biorreator pode ser feita manualmente ou automaticamente ligando o motor elétrico por meio de um temporizador eletrônico. O jato de água ou a mistura borbulhante de biomassa só podem ser realizados por meio de motores elétricos controlados manualmente ou por meio de um algoritmo de software.

Este biorreator está equipado com um dispositivo de mistura mecânica.

Aquecimento de substrato em usinas de biogás mesófilas e termofílicas

A temperatura ideal para a formação de gás é a temperatura do substrato entre 35-50ºC. Para manter esta temperatura, vários sistemas de aquecimento podem ser instalados no biorreator - água, vapor, elétrico. O controle da temperatura deve ser feito por meio de termostato ou termopares conectados a um atuador que regula o aquecimento do biorreator.

Você também precisa lembrar que uma chama aberta superaquecerá as paredes do biorreator e a biomassa interna queimará. Um substrato queimado reduzirá a transferência de calor e a qualidade do aquecimento, e a parede quente do biorreator entrará em colapso rapidamente. Uma das melhores opções é o aquecimento da água pelo tubo de retorno do sistema de aquecimento doméstico. É necessário instalar um sistema de válvulas elétricas para poder desligar o aquecimento do biorreator ou conectar o aquecimento do substrato diretamente da caldeira caso esteja muito frio.

Sistema de aquecimento elétrico e de água do biorreator

O aquecimento do substrato num biorreator utilizando elementos de aquecimento só será benéfico se estiver disponível eletricidade alternativa, obtida a partir de um gerador eólico ou de painéis solares. Neste caso, os elementos de aquecimento podem ser conectados diretamente a um gerador ou bateria, o que elimina conversores de tensão caros do circuito. Para reduzir a perda de calor e reduzir o custo de aquecimento do substrato em um biorreator, é necessário isolá-lo tanto quanto possível usando vários materiais isolantes.

Isolamento do biorreator com material isolante térmico

Experimentos práticos inevitáveis ​​ao construir usinas de biogás com suas próprias mãos

Por mais literatura que leia um novato entusiasta da autoprodução de biogás, e por mais vídeos que assista, na prática ele terá que aprender muito sozinho, e os resultados, via de regra, estarão longe de os calculados.

Portanto, muitos artesãos iniciantes seguem o caminho de experimentos independentes na produção de biogás, começando com pequenos recipientes, determinando quanto gás sua pequena planta experimental de biogás produz a partir das matérias-primas disponíveis. Os preços dos componentes, a produção de metano e os custos futuros da construção de uma central de biogás totalmente funcional determinarão a sua rentabilidade e viabilidade.

No vídeo acima, o mestre demonstra as capacidades de sua instalação de biogás, medindo quanto biogás é produzido em um dia. No caso dele, quando oito atmosferas são bombeadas para o receptor do compressor, o volume do gás resultante após recálculo levando em consideração o volume do recipiente de 24 litros será de cerca de 0,2 m².

Esse volume de biogás obtido de um barril de duzentos litros não é significativo, mas, como mostra o vídeo deste mestre a seguir, essa quantidade de gás é suficiente para queimar um queimador de fogão por uma hora (15 minutos multiplicados por quatro atmosferas de um cilindro, que tem o dobro do tamanho do receptor).

Em outro vídeo abaixo, o mestre fala sobre a produção de biogás e fertilizantes biologicamente puros a partir do processamento de resíduos orgânicos em uma usina de biogás. Deve-se ter em mente que o valor dos fertilizantes ambientais pode exceder o custo do gás resultante, e então o biogás se tornará um subproduto útil do processo de produção de fertilizantes de qualidade. Outra propriedade útil das matérias-primas orgânicas é a capacidade de armazená-las por um determinado período para uso no momento certo.

infoelectrik.ru

Biogás faça você mesmo: tecnologia para produção de combustível alternativo a partir de resíduos biológicos

Preocupada com a crise energética iminente, a humanidade está tentando ativamente desenvolver fontes de energia renováveis.

Junto com as usinas solares e eólicas, surgiram instalações para a produção de combustível gasoso denominado biogás a partir de resíduos orgânicos.

O melhor desta tecnologia é a sua simplicidade: qualquer pessoa pode implementá-la em pequena escala. Então, biogás faça você mesmo – é disso que falaremos.

Se devemos o surgimento dos painéis solares e dos geradores eólicos às descobertas dos cientistas, então no caso do biogás eles não tiveram que inventar nada - a natureza fez tudo sozinha. Esse tipo de combustível é produto da atividade vital de bactérias especiais, que são chamadas coletivamente de hidrolíticas, formadoras de ácido e formadoras de metano.

Pelo nome não é difícil adivinhar o principal componente do biogás - é o metano, que também é encontrado no gás natural. No biogás, representa 60% do volume total. Cerca de um terço (35%) é dióxido de carbono, os 5% restantes são outros gases, por exemplo, sulfeto de hidrogênio.

Diagrama esquemático de uma usina de biogás

De onde vêm esses maravilhosos microrganismos? São microflora natural que vive no intestino do gado e decompõe seu conteúdo. Essas bactérias são excretadas junto com o esterco, que é utilizado como combustível para a nova unidade geradora de gás.

Quando os micróbios se instalam em um novo local de residência, seu “cardápio” pode ser diversificado com outros resíduos. Qualquer matéria orgânica serve: excrementos de outros animais e pássaros, plantas e serragem, resíduos da indústria alimentícia. Tudo isso é fermentado para formar biogás. Nesse caso, as matérias-primas são transformadas em fertilizantes valiosos.

Um pré-requisito para a atividade vital dos metanógenos e outras bactérias é a ausência de acesso ao ar (tais microrganismos são chamados de anaeróbios).

Fatores que influenciam a produção de biogás

O volume de biogás produzido por uma equipe amigável de micróbios sob diferentes condições pode variar e depende de vários fatores.

Tipo de matéria-prima

A maior parte do biogás pode ser obtida a partir de resíduos da indústria alimentar contendo polpa de açúcar e grandes quantidades de gordura. O tipo de matéria-prima menos rentável é o esterco bovino.

Estrume – matéria-prima para biogás

Temperatura

À medida que a temperatura aumenta, a produtividade das bactérias aumenta. De acordo com as condições de temperatura, os geradores de gás são divididos em três tipos.

Psicofílico

São instalações não aquecidas em que a temperatura é mantida entre 18 e 25 graus. No momento eles quase nunca são usados.

Mesofílico

Graças ao aquecimento, a temperatura é mantida na faixa de 25 a 40 graus.

Vantagens:

• baixo consumo de energia;
• A composição de aminoácidos dos fertilizantes é tão benéfica quanto possível.

Imperfeições:

• produtividade relativamente baixa do biogás;
• falta de efeito desinfetante (as matérias-primas contêm bactérias patogênicas que devem ser eliminadas).

Termófilo

É utilizado aquecimento intensivo, a temperatura ultrapassa os 40 graus.

Vantagens:

• alta performance;
• bactérias patogênicas morrem.

Imperfeições:

• alto consumo de energia;
• fertilizantes de baixa qualidade.

Biorreator de esterco termofílico

Para cada tipo de matéria-prima existe um regime de temperatura ideal. Por que você não pode simplesmente aquecer o reator até a temperatura mais alta possível? Por dois motivos:

• devido ao aumento dos custos de energia, a rentabilidade da instalação diminuirá;
• À medida que a temperatura aumenta, a quantidade de amônia livre também aumenta.

Esta última dependência leva à inibição da geração de gás (este gás é tóxico para as bactérias).

Metabolismo e liberdade de movimento

A matéria-prima deve ser liquefeita o suficiente para que micróbios e bolhas de gás possam se mover nela. Para isso, adiciona-se água quente à instalação, elevando a umidade da carga para 85% no inverno e até 92% no verão.

Para que os processos metabólicos ocorram melhor no reator, seu conteúdo deve ser agitado de tempos em tempos (aproximadamente a cada 4 a 6 horas).

Tempo de fermentação

Se a matéria-prima for descarregada antes do previsto, as bactérias não terão tempo de compensar a perda numérica e a produtividade de suas colônias diminuirá.

Se mantida por muito tempo, a produtividade também diminui devido à falta de nutrientes.

Em média, o tempo ideal de fermentação é:

• para regime psicrofílico: 30 – 40 dias ou mais;
• para mesófilo: 10 – 20 dias;
• para termofílico: 5 – 10 dias.

Equilíbrio ácido-base

A maior produtividade é observada em valores de pH de 6,5 a 8,5 (dependendo da matéria-prima).

Proporção carbono/nitrogênio

O valor ideal depende novamente da matéria-prima. Deve haver 10 a 20 vezes mais carbono do que nitrogênio.

Comparação do biogás com combustíveis mais tradicionais

Os pontos fortes desta tecnologia incluem o seguinte:

1. As matérias-primas utilizadas para produzir biogás são um recurso inesgotável e são gratuitas.
2. A energia do biogás não está vinculada a um local específico – a matéria-prima para instalação pode ser encontrada em qualquer região.
3. Ampla gama de aplicações: o biogás pode atuar como fonte de calor, eletricidade e combustível para motores.

Em termos de custos de construção (3–4 mil euros por kW de potência), as centrais de biogás situam-se entre as centrais nucleares (5 mil euros por 1 kW) e as de carvão (2 mil euros por 1 kW).

Instalação para produção de biogás

Na prática está comprovado: quanto maior a potência da instalação, mais barata é a energia gerada com a sua ajuda. A rentabilidade também depende do tipo de matéria-prima utilizada.

Esquema para organizar a produção de biogás em casa

Na construção de um gerador a gás com capacidade superior a 10 MW, que funcione com resíduos alimentares, terá de gastar cerca de 2 mil euros por cada kW de potência; ao mesmo tempo, uma instalação com capacidade até 1 MW, utilizando estrume de vaca como matéria-prima, custará 7 mil euros por 1 kW.

A unidade é composta por diversas unidades tecnológicas.

Reator

É um contentor maciço de betão armado revestido com isolamento térmico com vários furos tecnológicos. O reator deve ser hermeticamente fechado para evitar a entrada de ar em seu interior.

Sistema de alimentação de biomassa

Para carregar a matéria-prima, a instalação está equipada com um bunker. Os resíduos são alimentados aqui manualmente ou por meio de uma esteira.

Uma tubulação com água quente também é fornecida ao reator.

Agitadores

As lâminas misturadoras são montadas em um eixo vertical, cuja haste se estende através de um orifício vedado na tampa do reator.

O dispositivo é acionado por um motor elétrico através de um redutor.

O motor elétrico pode ser ligado manual ou automaticamente.

Sistema de aquecimento automatizado

O aquecimento é instalado na parte inferior do reator. O refrigerante pode ser água ou eletricidade. Os elementos de aquecimento são ligados por um termostato ajustado para uma determinada temperatura.

Porta-gás

Este é o recipiente por onde entra o biogás gerado no reator.

Separador

Conforme mencionado acima, o biogás é uma mistura de vários gases. O separador permite separar o metano das impurezas para posterior entrega ao consumidor.

A planta de biogás DIY mais simples para casa

Um gerador de biogás caseiro, é claro, tem características inferiores às unidades caras fabricadas na fábrica, mas exigirá custos iniciais significativamente mais baixos.

Para construí-lo você precisará de:

• anéis de concreto armado;
• bunker de aço;
• uma tampa maciça de aço ou concreto armado (há um caso conhecido em que um sino pesado foi usado como tampa);
• dutos para abastecimento de água e descarga do produto acabado.

O volume do reator deve exceder o volume de carga em 1,5 vezes.

Diagrama de instalação

Em seu design mais simples, o gerador de gás não é equipado com aquecimento e dispositivo de mistura. Os trabalhos de construção da instalação são realizados na seguinte sequência:

1. É cavado um poço de tamanho suficiente, cujo fundo é concretado.
2. Vários anéis de concreto armado são baixados na cava, um após o outro, formando um tanque cilíndrico a partir deles. Todas as juntas devem ser seladas com mastique betuminoso.
3. O recipiente de concreto é revestido com isolamento térmico e impermeabilizante, após o que se inicia o preenchimento da cava.
4. Uma tampa com uma escotilha de carregamento bem fechada é colocada no topo do reator. Durante a fermentação da matéria-prima, é gerada alta pressão no reator, de modo que a tampa pode ser fixada com cabos para maior confiabilidade. Não seria supérfluo instalar nele uma válvula de segurança com um contrapeso em forma de peso.
5. Uma tremonha deve ser fixada na escotilha de carregamento.
6. Resta apenas conectar as tubulações ao reator. Neste caso, deve ser instalado um selo d'água na linha de descarga do produto acabado.

A biomassa é preparada da seguinte forma:

• Você deve levar 3 partes de esterco de vaca e 7 partes de resíduos vegetais podres - folhas de vegetais, cascas, etc.
• A mistura resultante deve ser diluída em água, aumentando assim sua umidade para 60% - 70%.

Para aumentar a produtividade, você pode usar um esquema de instalação mais avançado que inclui aquecimento de água. O gerador de calor será uma caldeira de água quente alimentada pelo combustível produzido pela instalação.

Planta de biogás DIY - desenho

Ao carregar a matéria-prima, basta aquecê-la até 35 graus, após o que sua temperatura como resultado da fermentação subirá para 70 graus.

Como a prática tem mostrado, um carregamento de biomassa de 5 toneladas permite obter uma média diária de cerca de 40 metros cúbicos em 6 meses. m de combustível gasoso.

Vídeo sobre o tema

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Usina de biogás faça você mesmo para uma residência particular: recomendações para o aparelho e um exemplo de arranjo de um produto caseiro

Um proprietário econômico sonha com recursos energéticos baratos, eliminação eficiente de resíduos e obtenção de fertilizantes. Uma usina doméstica de biogás DIY é uma maneira barata de tornar seu sonho realidade. A automontagem desses equipamentos custará uma quantia razoável e o gás produzido será uma boa ajuda no lar: pode ser usado para cozinhar, aquecer a casa e outras necessidades.

O que é necessário para produzir biogás

O biogás é formado como resultado da fermentação de um substrato biológico. É decomposto por bactérias hidrolíticas, formadoras de ácido e metano. A mistura de gases produzida pelas bactérias é inflamável, pois contém uma grande porcentagem de metano.

Suas propriedades praticamente não diferem do gás natural, utilizado para necessidades industriais e domésticas.

Se desejar, todo proprietário de casa pode comprar uma planta de biogás industrial, mas é cara e o investimento compensa dentro de 7 a 10 anos. Portanto, faz sentido fazer um esforço e fazer um biorreator com as próprias mãos

O biogás é um combustível ecologicamente correto e a tecnologia para sua produção não causa muito impacto ao meio ambiente. Além disso, os resíduos que precisam ser descartados são utilizados como matéria-prima para o biogás. Eles são colocados em um biorreator, onde ocorre o processamento:

• A biomassa fica exposta a bactérias por algum tempo. O período de fermentação depende do volume de matéria-prima.
• Como resultado da atividade das bactérias anaeróbias, é liberada uma mistura inflamável de gases, que inclui metano (60%), dióxido de carbono (35%) e alguns outros gases (5%). A fermentação também libera sulfeto de hidrogênio potencialmente perigoso em pequenas quantidades. É venenoso, por isso é altamente indesejável que as pessoas sejam expostas a ele.
• A mistura de gases do biorreator é purificada e fornecida a um tanque de gás, onde é armazenada até ser utilizada para o fim a que se destina.
• O gás de um reservatório de gás pode ser usado da mesma forma que o gás natural. Vai para eletrodomésticos - fogões a gás, caldeiras de aquecimento, etc.
• A biomassa decomposta deve ser regularmente removida do fermentador. Este é um trabalho adicional, mas o esforço compensa. Após a fermentação, a matéria-prima se transforma em fertilizante de alta qualidade, que é utilizado em campos e hortas.

Uma usina de biogás só é benéfica para o proprietário de uma casa particular se ele tiver acesso constante aos resíduos das fazendas de gado. Em média, a partir de 1 metro cúbico. Você pode obter 70-80 metros cúbicos de substrato. biogás, mas a produção de gás é desigual e depende de muitos fatores, incluindo temperaturas da biomassa. Isso complica os cálculos.

As usinas de biogás são ideais para fazendas. Os resíduos animais podem fornecer gás suficiente para aquecer totalmente instalações residenciais e anexos

Para que o processo de produção de gás seja estável e contínuo, é melhor construir várias usinas de biogás e adicionar o substrato aos fermentadores em momentos diferentes. Essas instalações operam em paralelo e as matérias-primas são carregadas nelas sequencialmente. Isto garante uma produção constante de gás, para que possa ser fornecido continuamente aos eletrodomésticos.

Idealmente, o biorreator deve ser aquecido. Cada 10 graus de calor aumenta a produção de gás pela metade. Embora a instalação de aquecimento exija investimento, compensa pela maior eficiência do projeto

Equipamentos caseiros de biogás, montados a partir de sucata, são muito mais baratos do que plantas de produção industrial. Sua eficiência é menor, mas vale a pena o investimento. Se você tem acesso a esterco e deseja se esforçar para montar e manter a estrutura, isso é muito lucrativo.

Vantagens e desvantagens do sistema

As usinas de biogás têm muitas vantagens, mas também muitas desvantagens, portanto, antes de iniciar o projeto e a construção, você deve pesar tudo:

• Reciclando. Graças a uma usina de biogás, você pode obter o máximo benefício dos resíduos que, de outra forma, teriam que ser descartados. Este descarte é menos perigoso para o meio ambiente do que o aterro.
• Renovabilidade de matérias-primas. A biomassa não é carvão ou gás natural, cuja extracção esgota os recursos. Na agricultura, as matérias-primas aparecem constantemente.
• Quantidade relativamente pequena de CO2. Quando o gás é produzido, o meio ambiente não fica poluído, mas quando é utilizado, uma pequena quantidade de dióxido de carbono é liberada na atmosfera. Não é perigoso e não é capaz de alterar criticamente o ambiente, porque... é absorvido pelas plantas durante o crescimento.
• Liberação moderada de enxofre. Quando o biogás é queimado, uma pequena quantidade de enxofre é liberada na atmosfera. Este é um fenômeno negativo, mas sua escala pode ser vista em comparação: quando o gás natural é queimado, a poluição do meio ambiente com óxidos de enxofre é muito maior.
• Trabalho estável. A produção de biogás é mais estável do que painéis solares ou turbinas eólicas. Embora a energia solar e eólica não possa ser controlada, as usinas de biogás dependem da atividade humana.
• Várias configurações podem ser usadas. O gás sempre traz riscos. Para reduzir potenciais danos em caso de acidente, diversas usinas de biogás podem ser espalhadas pelo local. Se um sistema de vários fermentadores for adequadamente projetado e montado, ele operará de forma mais estável do que um único grande biorreator.
• Benefícios para a agricultura. Alguns tipos de plantas são plantados para obtenção de biomassa. Você pode escolher aqueles que melhoram as condições do solo. Por exemplo, o sorgo reduz a erosão do solo e melhora a sua qualidade.

O biogás também tem desvantagens. Embora seja um combustível relativamente limpo, ainda polui a atmosfera. Também poderá haver problemas com o fornecimento de biomassa vegetal. Proprietários de plantas irresponsáveis ​​muitas vezes colhem-nas de tal forma que esgotam a terra e perturbam o equilíbrio ecológico.

Como calcular a rentabilidade de uma instalação

O esterco de vaca é normalmente utilizado como matéria-prima para a produção de biogás. Uma vaca adulta pode produzir o suficiente para fornecer 1,5 metros cúbicos. combustível; porco – 0,2 metros cúbicos; frango ou coelho (dependendo do peso corporal) – 0,01-0,02 metros cúbicos. Para entender se isso é muito ou pouco, você pode compará-lo com tipos de recursos mais familiares.

1 metro cúbico o biogás fornece a mesma quantidade de energia térmica que:

• lenha – 3,5kg;
• carvão – 1-2 kg;
• eletricidade – 9-10 kW/h.

Se você souber o peso aproximado de resíduos agrícolas que estarão disponíveis nos próximos anos e a quantidade de energia necessária, poderá calcular a rentabilidade de uma usina de biogás.

Uma das principais desvantagens da produção de biogás é o cheiro. A possibilidade de utilizar pequenos montes de compostagem é uma grande vantagem, mas você terá que suportar os transtornos e controlar cuidadosamente o processo para não provocar a propagação de patógenos

Para colocá-lo no biorreator, é preparado um substrato que inclui diversos componentes nas seguintes proporções:

• estrume (melhor vaca ou porco) – 1,5 t;
• resíduos orgânicos (podem ser folhas podres ou outros componentes de origem vegetal) – 3,5 t;
• água aquecida a 35 graus (a quantidade de água quente é calculada de modo que sua massa seja 65-75% da quantidade total de matéria orgânica).

O cálculo do substrato foi feito para uma postura durante seis meses, com base no consumo moderado de gás. Após cerca de 10-15 dias, o processo de fermentação dará os primeiros resultados: o gás aparecerá em pequenas quantidades e começará a encher o armazenamento. Após 30 dias, você pode esperar a produção total de combustível.

Os equipamentos para produção de biogás ainda não estão particularmente difundidos em nosso país. Isto se deve em grande parte à falta de conscientização das pessoas sobre as vantagens e características dos sistemas de biogás. Na China e na Índia, muitas pequenas explorações agrícolas estão equipadas com fábricas improvisadas para produzir combustível limpo adicional

Se a instalação funcionar corretamente, o volume de biogás aumentará gradativamente até o substrato apodrecer. O desempenho da estrutura depende diretamente da taxa de fermentação da biomassa, que por sua vez está relacionada com a temperatura e umidade do substrato.

Instruções para autoconstrução

Se você não tem experiência na montagem de sistemas complexos, faz sentido selecionar online ou desenvolver o desenho mais simples de uma planta de biogás para uma residência particular.

Quanto mais simples for o design, mais confiável e durável ele será. Posteriormente, quando você tiver as habilidades necessárias para construir e manusear o sistema, poderá refazer o equipamento ou instalar uma instalação adicional.

Projetos industriais caros incluem sistemas para mistura de biomassa, aquecimento automático, purificação de gás, etc. Os equipamentos domésticos não são tão complicados. É melhor montar uma instalação simples e depois adicionar os elementos necessários

Ao calcular o volume do fermentador, deve-se focar em 5 metros cúbicos. Esta instalação permite obter a quantidade de gás necessária para aquecer uma casa privada com área de 50 metros quadrados, caso seja utilizada uma caldeira a gás ou fogão como fonte de calor. Este é um valor médio, porque O conteúdo calórico do biogás geralmente não é superior a 6.000 kcal/m3.

Para que o processo de fermentação prossiga de forma mais ou menos estável, é necessário atingir as condições corretas de temperatura. Para isso, o biorreator é instalado em uma cova de terra ou um isolamento térmico confiável é pensado antecipadamente. O aquecimento constante do substrato pode ser garantido se um tubo de aquecimento de água for instalado sob a base do fermentador

A construção de uma usina de biogás pode ser dividida em várias etapas.

Etapa 1: preparação da cava para o biorreator

Quase toda a usina de biogás é subterrânea, então depende muito de como a cava foi cavada e acabada. Existem várias opções para reforçar as paredes e vedar a fossa - anéis de plástico, concreto, polímero.

A intensidade da fermentação do substrato e a liberação do gás dependem do preparo das paredes e do fundo do biorreator, por isso a cava é cuidadosamente reforçada, isolada e vedada. Esta é a etapa mais difícil e demorada do trabalho

A solução ideal é comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Eles custarão mais do que os materiais disponíveis, mas nenhuma vedação adicional será necessária. Os polímeros são sensíveis a cargas mecânicas, mas não têm medo de umidade e substâncias quimicamente agressivas. Eles não podem ser reparados, mas, se necessário, podem ser facilmente substituídos.

Etapa 2: arranjo de drenagem de gás

Comprar e instalar misturadores especiais para usinas de biogás é uma proposta cara. O sistema pode ser barateado com a instalação de drenagem de gás. Consiste em tubos de esgoto de polímero instalados verticalmente com muitos furos.

Para drenagem de gases, você pode escolher tubos de metal ou polímero. Os primeiros são mais fortes e os últimos são mais resistentes às influências químicas. É melhor dar preferência aos polímeros, pois o metal enferruja e apodrece rapidamente

Ao calcular o comprimento dos tubos de drenagem, você deve se concentrar na profundidade planejada de enchimento do biorreator. Os topos dos tubos devem estar acima deste nível.

Etapa 3: disposição da camada isolante

Você pode carregar imediatamente o substrato no biorreator acabado. É coberto por uma película para que o gás liberado durante a fermentação fique sob leve pressão. Quando a cúpula estiver pronta, isso garantirá o fornecimento normal de biometano através do tubo de saída.

Etapa 4: instalação da cúpula e tubos

A etapa final da montagem da planta de biogás mais simples é a instalação da parte superior da cúpula. No ponto mais alto da cúpula, um tubo de exaustão de gás é instalado e estendido até o reservatório de gás.

O espaço livre do biorreator serve, em certa medida, como armazenamento de gás, mas não é suficiente para o funcionamento seguro da instalação. O gás deve ser consumido constantemente, caso contrário, é possível uma explosão devido ao excesso de pressão sob a cúpula

O recipiente do biorreator é fechado com uma tampa hermética. Para evitar que o biometano se misture com o ar, é instalado um selo d'água. Também serve para purificação de gases. Deve ser fornecida uma válvula de liberação que funcionará se a pressão no fermentador for muito alta.

Duas maneiras de aquecer um biorreator

Os microrganismos que processam o substrato estão constantemente presentes na biomassa, mas para sua reprodução intensiva necessitam de uma temperatura de 38 graus ou superior. Para aquecimento durante os períodos de frio, você pode usar uma bobina conectada ao sistema de aquecimento doméstico ou aquecedores elétricos. O primeiro método é mais rentável economicamente, por isso é usado com mais frequência.

A maneira mais fácil de organizar o aquecimento por baixo é colocar um tubo do sistema de aquecimento, mas a eficiência desse trocador de calor é relativamente baixa. É melhor providenciar aquecimento externo, de preferência a vapor, para que a biomassa não superaqueça

A usina de biogás não precisa ser enterrada, existem outras opções de arranjo; Um exemplo de funcionamento de um sistema montado a partir de barris é mostrado no vídeo abaixo.

Vídeos sobre montagem e disposição do sistema

Embora não haja nada complicado na montagem e disposição dos equipamentos de biogás, é preciso estar extremamente atento aos detalhes. Erros são inaceitáveis, porque pode levar a explosões e destruição. Oferecemos instruções em vídeo que o ajudarão a entender o projeto das usinas, montá-las corretamente e complementá-las com dispositivos úteis para um uso mais conveniente do biogás.

O vídeo descreve como funciona e funciona uma planta de biogás padrão:

Um exemplo de planta de biogás caseira. Tutorial em vídeo sobre como configurar um sistema com suas próprias mãos:

Instruções em vídeo para montar uma usina de biogás a partir de um barril:

Descrição do processo de fabricação dos misturadores de substrato:

Descrição detalhada do funcionamento de um armazenamento de gás caseiro:

Por mais simples que seja a instalação de biogás escolhida para uma casa particular, não se deve economizar. Se possível, é melhor comprar um biorreator industrial dobrável. Caso contrário, faça-o com materiais sustentáveis ​​e de alta qualidade: polímeros, concreto ou aço inoxidável. Isso permitirá que você crie um sistema de fornecimento de gás verdadeiramente confiável e seguro em casa.

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Como instalar aquecimento em uma casa particular com as próprias mãos