Подсчитано, что для годового снабжения домашнего хозяйства, где проживают четыре человека, электроэнергией, получаемой из биогаза, достаточно животноводческих стоков от 4 коров или 20 свиней, либо урожая с 2,2 гектара кукурузного поля.
Получение энергии в биогазовой установке в принципе является ничем иным, как ускоренным природным циклом: растения или другие органические вещества разлагаются, и без доступа кислорода образуется биогаз. Однако не все так просто. Как из растений иметь то, что можно эффективно использовать?
Основой является возобновляемое сырье: значит, полученная энергия из биогаза включается в естественный природный круговорот. В установках и комплексах для получения биогаза используются специальные анаэробные бактерии. В отличие от естественных условий брожение в ферментаторе биогазового комплекса — эффективно управляемый процесс. Передовые технологии на возобновляемой основе позволяют преобразовать энергию, заключенную в урожае 1 гектара кукурузного поля, в 27000 кВт/ч электроэнергии, которой достаточно для снабжения электричеством шести домов усадебного типа. Эффективность сегодняшних биогазовых установок поразительна: один гектар «энергетических» культур позволяет получить в пять раз больше энергии, чем необходимо для выращивания урожая.
Процесс брожения происходит в ферментаторах в оптимальной окружающей среде. Установки для получения биогаза многокомпонентные, однако все элементы (мешалки, насосы, резервуары, генераторы) оптимально подобраны, автоматизированы и связаны в единый комплекс. Применение автоматики позволяет не только контролировать процесс производства и предоставлять полную информацию по каждому производственному циклу, но и делает его безопасным.
В реакторе осуществляется термофильное сбраживание. При температуре не ниже 40 градусов процесс сбраживания продолжается около 5 суток. Мешалки гарантируют энергосберегающее смешивание содержимого ферментатора и позволяют выделяться газу. С содержанием от 60 до 80 процентов метана по трубопроводу он подается в когенерационный блок, где при сжигании в двигателе внутреннего сгорания приводится в действие генератор и происходит выработка электрической энергии. В процессе эксплуатации двигателя образуется тепловая энергия, которая используется для подогрева реактора и производственных помещений. Выработанная электроэнергия, пройдя трансформаторную подстанцию, попадает в линию электропередачи. Отработавший продукт из ферментатора в виде остатков брожения (шлама) направляется в хранилище и затем применяется в качестве органического удобрения, замыкая тем самым естественный круговорот веществ. Во всем процессе получения биогаза практически не остается ничего, что нельзя было бы использовать.
В зависимости от содержания органического вещества из 1 м3 исходного сырья можно получить до 5—15 м3 газа. В среднем из 1 кг органического вещества образуется 1,1—1,4 м3 биогаза. Энергосодержание 1 м3 биогаза составляет 22—26 МДж, что эквивалентно содержанию энергии в 0,5 кг дизельного топлива, сгоранию 0,6 л бензина, 1,7 кг дров или 1 кг каменного угля. Подсчитано также, что энергия, заключенная в 1 м3 биогаза, эквивалентна энергии 0,6 м3 природного газа, 0,74 л нефти, 0,65 л дизельного топлива, 0,86 т условного топлива.
Лидером по потреблению биогаза является Дания — этот вид топлива составляет 18 процентов энергетики страны. Не отстает и Германия — на ее территории построено более 8000 биогазовых комплексов, что бьет рекорды по всем абсолютным показателям производства биогаза. В Европе его уже широко используют на птицефабриках, мясокомбинатах, заводах по переработке сельскохозяйственной продукции и для работы общественного транспорта. В развивающихся странах распространены домашние биоустановки: полученный в них газ в Индии, Непале, Вьетнаме идет на приготовление пищи и отопление жилищ.
В соответствии с Республиканской программой энергосбережения на 2006—2010 годы в Республике Беларусь в организациях Министерства сельского хозяйства и продовольствия построены три биогазовые установки: на РУСП СГЦ «Западный» Брестского района — проектная мощность 520 кВт/ч, в ОАО «Гомельская птицефабрика» — 340 кВт/ч, на ППЗ «Белорусский» (ранее РУСНП «БелЗОСП») Минского района — 340 кВт/ч и 180 кВт/ч.
Создается также биогазовая установка в передовом хозяйстве «Снов» Несвижского района, для функционирования которой планируется также использовать побочную продукцию животноводческих ферм и комплексов.
Процесс биоконверсии позволяет решать важную для сельского хозяйства задачу поддержания плодородия почвы. Используемое в реакторе биогазовой установки органическое вещество способствует получению на 10—15 проц. большей урожайности сельскохозяйственных культур в сравнении с обычным навозом. Объясняется это тем, что анаэробное метановое сбраживание позволяет сохранить весь азот в аммонийной или органической формах. Фосфор в этих удобрениях находится в основном в виде усвояемых солей, что обеспечивает их лучшее использование растениями.
Высокая эффективность применения биоорганических удобрений объясняется не только степенью обеспечения растений элементами питания, но и изменением микробиологических процессов в самой почве, которые способствуют преобразованию и накоплению питательных веществ в доступной для растений форме.
Другое очень важное достоинство процесса переработки биомассы на биогазовых установках состоит в том, что в ней содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, а также всхожих семян сорняков, чем в исходном материале. Такое органическое удобрение можно применять без этапов выдержки и хранения.
Таким образом, производство и использование биогаза является натуральным компонентом в сфере жизнедеятельности современного общества. Развиваемые проекты соответствуют высоким экологическим требованиям и способны обеспечить значительные экономические выгоды. Разработанное современное оборудование для производства и использования биогаза обеспечивает высокую степень автоматизации и управления процессами, является безопасным для человека и окружающей среды. Опыт европейских стран и Республики Беларусь подтверждает реальность реализации проектов использования биогаза при необходимой государственной поддержке и стимулировании. Переработка органических отходов на биогазовых установках позволяет дополнительно получать готовые к употреблению ценные органические удобрения, что весьма актуально для повышения содержания гумуса в почве.
Александр КЛОЧКОВ, заведующий кафедрой сельскохозяйственных машин УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», доктор технических наук, профессор
