- Иркутский государственный технический университет

УДК 620.95
БИОГАЗ: АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
В.Ю. Конюхов1, Ю.В. Пономарева2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматривается получение биогаза на основе отходов производства и дальнейшее
использование как альтернативного источника энергии.
Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: биогаз; энергия; альтернативное производство; биогазовая установка.
его
BIOGAS AS ALTERNATIVE POWER SOURCE
National Research Irkutsk State Technical University
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The article considers the production of biogas from waste products and its further use as an alternative power source.
Sources: 4 refs
Key words: biogas, alternative production, biogas plant
Рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства – большая и
важная проблема современности. Она связана, с одной стороны, с возможностью использования
огромного энергетического потенциала биомассы для получения жидкого и газообразного топлива
(биогаза), с другой – с необходимостью предотвратить загрязнение водоемов, заражение почвы
болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в навозных стоках животноводческих
ферм.
Конец XX и начало XXI вв. характеризуются невиданными темпами роста производительных
сил в большинстве стран мира, что привело к резкому увеличению потребления всех видов энергии, в
особенности заключенной в ископаемом топливе – угле, нефти и природном газе. В результате этого
происходит истощение мировых запасов данных источников энергии, увеличивается стоимость
разработки новых месторождений, ухудшается экологическая обстановка – все это является
предпосылкой развития альтернативной энергетики (86 % потребляемой в мире энергии получено из
традиционных источников: нефть, газ, уголь). Доля возобновляемых источников в мировом
энергопотреблении – менее 9 %. С точки зрения динамики и объемов потребления основным
сегментом мирового рынка альтернативной энергетики является биогаз, один из «забытых» видов
сырья, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время.
Биогаз – газ, получаемый метановым брожением биомассы. Биогаз имеет следующий состав:
50–87 % метана; 13–50 % CO2; незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от CO 2
получается биометан, который является полным аналогом природного газа. По теплоте сгорания 1 м³
биогаза эквивалентен: 0,8 м³ природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров (в абсолютно
сухом состоянии), 3 кг навозных брикетов. Для получения биогаза можно использовать растительные
и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. Обычно, после разложения, их используют как
органическое удобрение.
Получение биогаза из органических отходов имеет следующие положительные особенности:
1.
осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и
коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;
2.
анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила
позволяет получать уже готовые к использованию минеральные удобрения с высоким содержанием
азотной и фосфорной составляющей (в отличие от традиционных способов приготовления
органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40 % азота);
3.
при метановом брожении высокий (80–90 %) КПД превращения энергии органических
веществ в биогаз;
Конюхов Владимир Юрьевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Управление промышленными
предприятиями».
Konyukhov Vladimir, Candidate of Engineering Sciences, Professor of Enterprises Management Department,
1
Пономарева Юлия Владимировна, студентка 5 курса Института экономики управления и права
Ponomaryova Yulia, a 5th-year student of Economics, Management and Law Institute.
2
1
4.
биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и
электрической энергии, а также в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания;
5.
биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют
строительства дорогостоящих газопроводов и сложной инфраструктуры;
6.
биогазовые установки могут частично или полностью заменить устаревшие
региональные котельные и обеспечить электроэнергией и теплом близлежащие деревни, поселки,
небольшие города.
Биогазовые технологии позволяют наиболее рационально и эффективно конвертировать
энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и
высокоэффективных органических удобрений.
Для широкого распространения биогазовой технологии особое значение имеет стоимость
установки.
Стоимость в значительной степени определяется простотой ее технологической схемы и
отсутствием в ней уникальных компонентов.
На современном этапе развития биотехнологии большое значение приобретает
интенсификация процесса метанового сбраживания и снижение за счет этого капитальных и
эксплуатационных затрат.
Опыт внедрения биоэнергетических установок за рубежом свидетельствует об ускоренном
развитии этого направления. Примерами соответствующих технических решений могут служить
установки модульного типа, разработанные фирмами Швеции, Германии, Финляндии, выполняемые
на основе горизонтальных цилиндрических реакторов с продольными мешалками. Другое
направление в реакторостроении представляют крупные вертикальные метантенки, собираемые на
месте.
Несмотря на то, что биогазовый реактор вносит наибольшую единичную долю в стоимость
всей установки, затраты на него, как правило, не превышают 30 % всех затрат на биоэнергетическую
установку. Вследствие этого более существенным является увеличение скорости переработки и
связанное с этим уменьшение объема реактора, что позволит обеспечить необходимый
экономический эффект раньше, чем произойдет существенное уменьшение затрат на комплектующее
оборудование, входящее в состав биоэнергетической установки или значительное сокращение его
номенклатуры в связи с существенным упрощением установок.
К производству биогаза относится также получение лендфилл-газа или биогаза из мусорных
свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для
твердых бытовых отходов (ТБО) с целью извлечения из них биогаза, используемого для
производства электрической и тепловой энергии. Так, например, большое количество биогазового
топлива производится при переработке ТБО городов: в США – эквивалентно 2 200 000 Гкал,
Германии – 3 300 000 Гкал, Японии – 1 400 000 Гкал, Швеции – 1 200 000 Гкал.
Прогресс в использовании биогазовых установок привел к существенному повышению
эффективности их работы. Возможность решения не только энергетических (производство
электроэнергии и тепла путем сжигания биогаза), но и экологических (утилизация отходов с/х и
пищевой промышленности) и агрохимических (производство удобрений) проблем позволили
значительно повысить рентабельность таких установок и существенно сократить сроки окупаемости.
Рынок биогаза на сегодняшний момент наиболее развит в Европе и оценивается в 2 млрд
долл., а прогнозы роста – до 25 млрд долл. к 2020 г. Среди развивающихся стран лидером по
использованию биогазовых установок является Китай, где на постоянной основе работает более 20
млн установок, размещенных на свалках и канализациях. Причѐм это количество применяется для
выработки электроэнергии в сугубо бытовых целях. Эксперты полагают, что при условии сохранения
темпов роста рынка биогазовых установок, Китай станет мировым лидером в этом направлении к
2020 г.
Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза
по относительным показателям принадлежит Дании – биогаз занимает до 18 % в её общем
энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее
место занимает Германия – около 9000 тыс. шт.
На фоне того, как большинство стран мира обратило свое внимание на развитие
альтернативной энергетики, Россия, напротив, продолжает наращивать темпы добычи и экспорта
традиционного топлива. В структуре топливно-энергетического баланса страны ведущая роль
принадлежит таким энергоресурсам, как газ (53 % совокупного потребления энергии) и нефть (18,9
%). Кроме того, около 18 % энергобаланса приходится на долю твердого топлива (угля и пр.).
Нетопливные источники энергии занимают только 10,4 % спроса.
2
Биогазовая станция «Байцуры» ОАО «Региональный Центр Биотехнологий» является первой
промышленной установкой в России, прошедшей все необходимые экспертизы и согласования,
выдающей электрическую энергию в сеть.
Проект направлен на повышение экологической безопасности территорий Белгородской
области (атмосферы и земельных угодий) путем переработки отходов животноводства и
птицеводства, существующих и планируемых к созданию производств, поиск и реализацию
технологий утилизации биоотходов на основе биоэнергетики с использованием альтернативных
возобновляемых источников энергии и производством электрической и тепловой энергии, а также на
производство и внедрение в рыночный оборот области органических удобрений с замещением
применения минеральных удобрений, приобретаемых за пределами области.
Станция расположена в Белгородской области, на территории Грузсчанского сельского
поселения Борисовского района, в районе свинокомплекса «Стригуновский».
В 2008 г. компания «Балтика» начала использовать биогаз в качестве топлива на заводе
«Балтика-Хабаровск». Получение биогаза происходит в процессе очистки сточных вод от
производства пива.
В 2010 г. биогазовые технологии были внедрены сразу на двух заводах: «Балтика-Самара» и
«Балтика-Ярославль». Использование биогаза в качестве альтернативного источника энергии
приведет к экономии затрат на тепловую энергию около 10 % в год и сократит расходы условного
топлива на 250 т/год (экономия составит около 5 млн руб.).
Внедрение технологии по использованию альтернативной энергии позволит не только
сэкономить на теплоэнергии, но и снизить вред окружающей среде, уменьшив парниковый эффект,
поскольку продукты сгорания биогаза практически не содержат диоксида углерода.
В мае 2010 г. в Ростовской области введена в строй БиоТЭС. БиоТЭС входит в состав
Миллеровского завода растительных масел (Миллеровский филиал ОАО АСТОН) и работает на
биотопливе растительного происхождения.
Завод перерабатывает до 400 тыс. т семян рапса, сои и прочих масличных культур в год.
БиоТЭС работает на лузге подсолнечника, оболочке сои, соломе и т.д. Мощность БиоТЭС составляет
50 т технологического пара и 6,5 МВт электроэнергии в час. Стоимость получаемой электроэнергии
составляет не более 70 копеек за кВт, тепловой энергии – 150 рублей за ГКал.
В Курской области построена биогазовая станция мощностью 2 МВт. Станция рассчитана на
переработку 105 т/сут стоков свинокомплекса и 105 т/сут кукурузного силоса. Генерируемой мощности
хватит для обеспечения энергией всего производства.
В качестве развития альтернативной энергетики в Иркутской области можно рассматривать
проект создания биогазового энергетического комплекса для переработки сточных вод на городских
очистных сооружениях города Иркутска. Создание данного комплекса позволит получить ряд
положительных эффектов:
1.
возможность рекультивация освобожденных земель (иловые площадки);
2.
возможность использования освободившейся территории;
3.
потенциальная экономия бюджетных расходов, так как на фоне увеличивающейся
массы отходов исчезает необходимость в строительстве технических сооружений для переноса части
иловых отложений;
4.
получение в процессе сжигания биогаза фосфатных удобрений, которые можно
использовать в сельском хозяйстве;
5.
уменьшение выброса парникового газа в окружающую среду;
6.
ожидаемое улучшение экологической обстановки позволит снизить уровень
социальной напряженности, повысит доверие к местной власти.
Библиографический список
1. Промышленная микробиология / под ред. Н.С.Егорова. – М.: Высш. шк., 2004. – 688 с.
2. Егорова Т.А., Клунова С.М. Основы биотехнологии. – М.: Академия, 2003. – 207 с.
3. Шомин А.А. Биогаз на сельском подворье. – М.: Балаклея, 2005. – 68 с.
4. Баадер В., Доне Е. Биогаз: теория и практика. – М.: Колос, 2002 – 184 с.
3