Из навоза — биогаз, из биогаза

Предприниматель Серик Кажиев из Карасуского района Костанайской области в 2009 году привез в Казахстан оборудование по переработке коровьего навоза в газ метан, из которого затем образуется электроэнергия.

60 ПРОЦЕНТОВ НАВОЗА — ГАЗ

— Технология получения биогаза в Европе применяется в течение 30 лет. Там в основном используют свиной навоз. Это первая в Казахстане установка по получению биогаза, — говорит предприниматель Серик Кажиев.

Кажиев рассказывает, что на установку оборудования было потрачено полтора года. Привезти этот аппарат было инициативой его компании. Эта мысль пришла в 2008 году по время выставки в Германии.

— У нас есть около пяти тысяч крупного рогатого скота. Одна корова ежегодно оставляет до девяти тонн навоза. В год нам требуется 16 тысяч тонн навоза. Смешивая навоз с водой, закладываем его в два ферментатора в установке. Пока мы получаем только газ метан. 60 процентов навоза — это газ. Есть два импортных двигателя, которые работают за счет газа, затем при помощи двух генераторов превращаем его в электроэнергию, — говорит Серик Кажиев.

По словам Кажиева, цена установки, привезенной из Украины, — 400 миллионов тенге. Он говорит, что в стране есть и другие установки по производству биогаза, однако все они самодельные и небольшие.

Аппарат, который сейчас производит газ из навоза, работает не в полную мощность.

— Когда привезли аппарат, никто не знал, с какими проблемами придется столкнуться. Нет разрешения на самостоятельное получение энергии. Говорят, то один документ нужен, то другой, так и тянется всё, — говорит Кажиев.

Работник животноводческой фермы. Иллюстративное фото.
У аппарата, который запустили в этом году, по словам Кажиева, мощность ежегодной выработки электроэнергии составляет три миллиона 752 киловатт, чего достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией саму компанию да еще несколько поселков. Компании предпринимателя ежегодно требуется один миллион 200 тысяч киловатт. При получении разрешения на производство электроэнергии оставшуюся часть энергии можно продавать энергетическим компаниям, делится своими планами предприниматель.

Он считает свой аппарат экологически и экономически выгодным и надеется, что в ближайшие несколько месяцев будет решен вопрос, связанный с техническими проблемами.

ГОРОДУ — ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ГЛУБИНКАМ — БИОГАЗ

По словам эколога Мусагали Дуамбекова, получение газа посредством установки по производству биогаза — выгодное дело, однако фермеры этим не занимаются.

— Может быть, электроэнергия для них дешевле, чем переход на такие технологии. Поэтому в стране технология использования биогаза развивается не интенсивно. Только некоторая часть фермеров поддерживает эти начинания, — говорит эколог.

Мусагали Дуамбеков считает, что сам процесс установки такого оборудования требует больших затрат. Он сравнивает газ метан, получаемый при помощи установки по производству биогаза, и природный газ:

Мусагали Дуамбеков, лидер экологического движения.
— У обычного используемого в быту газа чистота и коэффициент горения высокий. Однако его сложно довезти до хозяйств, расположенных в степи. Поэтому в больших городах будет выгоднее использовать голубое топливо, в отдаленных районах — технологию биогаза. Однако фермеры, занятые другими проблемами, не обращают на это внимания. Я не слышал, чтобы министерство сельского хозяйства выделило средства на технологию биогаза. По-моему, для развития этой сферы должны быть определенные предложения со стороны министерства.

По словам эколога, установки биогаза могут производить газ и электроэнергию, необходимые только для одного хозяйства.

Некоторые компании по продаже аппаратов биогаза привозят их из Китая, некоторые предлагают украинские аппараты.

МИНИСТЕРСТВО ТОЖЕ ЗАНЯТО НАВОЗОМ

По словам Марата Калиаскарова, заместителя генерального директора Казахского научно-исследовательского института по механизации и электрификации сельского хозяйства, разговоры об установках биогаза в Казахстане ведутся с 1990-х годов.

— Исследования в этом направлении во всем мире ведутся издавна. В Индии, Китае, Америке хорошо поставлено дело по быстрому использованию навоза, накапливающегося в большом количестве, — говорит Марат Калиаскаров.

По его словам, правительство, министерство сельского хозяйства, государственная компания «КазАгроИнновация» уделяют достаточное внимание этой сфере, ведется работа по 42 бюджетным планам.

Индийские женщины несут на голове высушенный коровий навоз. Иллюстративное фото.
— Работа была начата в прошлой трехлетке. Возле сооружений с крупным рогатым скотом, установив биореакторы в пять кубов, предназначенные для переработки навоза, мы провели ряд исследований. Теперь в планах стоит увеличение объемов этих биореакторов, — говорит Марат Калиаскаров.

Специалист говорит, что биореакторы, которые выпускаются сейчас, предназначены для исследовательских работ и поэтому их цена еще не определена, но она будет дешевле, чем на импортные установки.

По словам Марата Калиаскарова, сейчас казахстанские фермеры проявляют интерес к биореакторам, только необходимо предварительно проводить хорошую разъяснительную работу в селах.

Представитель научно-исследовательского института говорит, что не знает о проблеме костанайского предпринимателя Серика Кажиева, однако, если это необходимо, обещает оказать помощь.

По словам сотрудника пресс-службы министерства сельского хозяйства, в их ведомстве также не в курсе проблем бизнесмена Серика Кажиева из Костанайской области.

Биогазовые установки. Производство биогаза

Биогазовые установки. Производство биогаза

 

Комплектные установки из нержавеющей стали для производства биогаза. 

Биогазовые установки – это комплексное решение утилизации отходов пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, производство тепловой, электрической энергии, и удобрений. Производство метана в установке для производства биогаза, является – реализацией биологического процесса.

Немецкая компания разрабатывает и производит комплектные установки  для производства биогаза и продает их во всем мире. Построены, запущены и успешно работают более 300 заводов по производству биогаза в Германии, Франции, Нидерландах, Греции, Великобритании, Швеции, Испании, Люксембурге, Чехии, Литве, США, Японии и на Кипре. Предлагаемые установки – это не экспериментальное, а работающее, проверенное и надежное немецкое оборудование, сертифицированное по ISO и изготовленное в комплекте на собственном заводе.

Мы продемонстрируем Вам, каким образом Вы сможете, осмысленно и экономично использовать биоэнергию. 

Биогаз — это газ, состоящий примерно из 60% метана (СН4) и 40% углекислого газа. Синонимами для биогаза являются канализационный газ, шахтный газ и болотный газ, газ-метан. Если в качестве примера рассмотреть навоз, то, если на предприятии образуется 1 т такого «биоотхода» в день, то это означает, что из него может быть получено 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии, или замещено 35 л дизельного топлива . Срок окупаемости оборудования для переработки навоза находится в пределах 2-3 лет, а для некоторых других видов сырья еще ниже и достигает 1,5 года.    Кроме прямых денежных выгод, постройка биогазовой установки имеет косвенные выгоды. Она, например, обходится дешевле, чем протяжка газопровода, линии электропередач, резервных дизель генераторов и создание лагун. В таблице представлен выход газа для различных видов сырья.

ИСТОЧНИКИ  СЫРЬЯ 

Тип сырья	Выход газа м3 на тонну сырья
Навоз коровий	38-52
Навоз свиной	52-88
Помет птичий	47-94
Отходы бойни	250-500
Жир	1300
Барда послеспиртовая	50-100
Зерно	400-500
Силос	200-400
Трава	300-500
Свекольный жом	30-40
Глицерин технический	400-600
Дробина пивная	40-60

Важная область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы КРС, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинатам, предприятия пищевой промышленности, мясокомбинаты, спиртовые заводы, пивоваренные заводы, молочные заводы, растениеводческие предприятия, сахарные заводы, крахмалопаточные заводы, предприятиям по производству дрожжей, и не только в качестве альтернатив­ного источника энергии, но и как эффективного метода утилизации навоза (помета) и производства дешевого удобрения, как для собственных нужд, так и для продажи на рынке. Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения, что обеспечивает самую активную систему очистки. В качестве сырья может использоваться навоз КРС, навоз свиней, птичий помет, отходы бойни (кровь, жир, кишки, кости), отходы растений, силос, прогнившее зерно, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы, солодовый осадок, выжимка, спиртовая барда, свекольный жом, технический глицерин (от производства биодизеля). Большинство видов сырья можно смешивать друг с другом. Переработка отходов — это в первую очередь система очистки, которая сама себя окупает и приносит прибыль. На выходе установки из отходов образуется одновременно и в больших количествах: биогаз, электричество, тепло и удобрения.

Все перечисленное выше производится по нулевой себестоимости. Ведь навоз бесплатен, а сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Для работы мощной установки достаточно одного человека два ча­са в день. Биогазовые установки полностью автоматизированы и соответс­твенно затраты на оплату труда минимальны. 

Технология и принцип работы биогазовой установки

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биологических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогаз является продуктом жизнедеятельности полезных метанобразующих бактерий. Микроорганизмы метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс, называемый гниением или бескислородным брожением, следует за цепью питания.

Состав типовой биогазовой установки:

1. Участок хранения биотходов
2. Система загрузки биомассы
3. Реактор 
4. Реактор дображивания
5. Субстратер
6. Система отопления
7. Силовая установка 
8. Система автоматики и контроля 
9. Система газопроводов

 Биоотходы могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биогазовую установку насосами. Сначала коферменты высыпаются (перемалываются), гомогенизируются и перемешиваются с навозом (пометом). Гомогенизация чаще всего выполняется при температуре 70^о С в течение одного часа при размере максимальной частицы 1 см. Гомогенизация с навозом производится в перемешивающем резервуаре с мощными мешалками.  

Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора находится миксер, предназначенный для полного перемешивания содержимого реактора. Создаются условия для отсутствия плавающих слоев и/или осадка. 

Микроорганизмы должны быть обеспечены всеми необходимыми питательными веществами. Свежее сырьё должно подаваться в реактор небольшими порциями несколько раз в день. Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) 20- 40 дней. На протяжении этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. На выходе установки образуется два продукта: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). 

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа газгольдере, в котором выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера идет непрерывная подача газа в газовый двигатель генератор. Здесь уже производится тепло и электричество.  При необходимости биогаз дочищается до природного газа (95% метана) после такой очистки, полученный газ — аналог природного газа (90-95 % метана Ch5). Отличие только в его происхождении. 

Биогазовые установки работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, круглый год. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всей системой управляет система автоматики. Для управления достаточно всего один человек два часа в день. 

Этот сотрудник ведет контроль с помощью обыкновенного компьютера, а также работает на тракторе для подачи биомассы. После 2-х недельного обучения на установке может работать человек без особых навыков, т.е. со средним или средним специальным образованием.  

ВЫГОДЫ

• Биогаз.
• Собственная биоэнергетическая станция.
• Правильная утилизацию органических отходов. Отходы в доходы!
• Биоудобрения. При использовании удобрений, полу­ченных на биогазовых установках, уро­жайность может быть повышена на 30-­50%. Обычный навоз, барду или другие отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. При исполь­зовании же биогазовой установки биоот­ходы перебраживают и, переброженная масса тут же может использоваться как высокоэффективное биоудобрение. Переброженная масса — это готовые экологически чистые жидкие и твердые биоудобрения, лишенные нитри­тов, семян сорняков, патогенной микро­флоры, яиц гельминтов, специфических запахов. При использовании таких сба­лансированных биоудобрений урожай­ность значительно повышается.  
• Электроэнергия. Установив био­газовую установку, предприятие бу­дете иметь свою, по сути, бесплатную электроэнергию, а значит, существен­ное снижение себестоимости продук­ции, что в свою очередь позволит пос­леднему получить дополнительные конкурентные преимущества. 
• Тепло. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно ис­пользовать для обогрева предпри­ятия, теплиц, технологических целей, полу­чения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содер­жания скота. Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости производимой предприятием продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений.  
• Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства. Уменьшение энергетической зависимости, умень­шение выбросов парниковых газов, уменьшение загрязнения окружа­ющей среды отходами сельскохозяйс­твенного производства, отсутствие на предприятии неприятного запаха.

Строительство биогазовой установки актуально не только для вновь создаваемых ферм, но и для старых. Ведь часто старые лагуны переполнены, и их ремонт требует значи­тельных средств. Если некоторые отходы можно просто хранить в отстойниках, то на утилизацию некоторых (например, на отходы бойни) необходимо затрачивать энергию и средства. Требования к площадке. Установка может располагаться на месте отстойников, лагун или старой свалки. Средние размеры площадки под установку 40х70 м.  

Цена биогазовой установки

Каждое предприятие индивидуально, поэтому в каждом случае финансовые затраты будут рассчитываться специалистами.  

Пример проекта

Мы приводим пример средних затрат и доходов при установке биогазового оборудования.
Калькуляция затрат и доходов на примере биогазовой установки для спиртового завода. Стоимость установки 1280 тыс. евро. Все услуги и работы включены. Производительность по зерновой барде 100 т в сутки. 

Влажность сепарированной барды 70%. Средний срок окупаемости проекта 2-3 года. А при полном использовании возможностей установки окупаемость может быть 1,5-1,8 года.  Использование возможностей – это добавление коферментов, использование тепла в теплицах, продажа полностью всех производимых удобрений. 

Затраты на энергоносители – одна из основных статей издержек, которая существенно влияет на себестоимость продукции. Очистные сооружения потребляют около 50% энергии, а при постройке биогазовой установки происходит экономия этих 50%.  Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. 

Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства.

Затраты:					Евро.
Обслуживание реактора					32 000
Амортизационные расходы					27 800
Обслуживание электрогенератора					4 000
Электроэнергия (для случая, если производится только газ)					6 500
Оплата труда (с запасом берем 2 человека низкой квалификации)					7 000
Всего затрат за год					77 300
Доходы: 1. Продажа/использование газа (или электроэнергии как производной от газа) 2. Продажа/использование удобрений 3. Продажа квот СО2					Евро.
	Ед. изм.	Выход в час.	Выход за год.	Стоимость евро.	Общая сумма евро
Биогаз	м3	575	5 037 000	0,08	402 960
Гумус	тонн	0,616	5 400	80	432 000
Жидкие биоудобрения	м3	3,221	28 200	4	113 000
Квоты СО2	тонн		22 000	8	176 000
Общая прибыль					1 123 960
Чистая прибыль					1 046 660

Источник – Проспект компании «Биоэнергосила»

Материал подготовлен Шиловой Е.П.

Биогазовые установки и возможности их модернизации — Энергетика и промышленность России — № 19 (255) октябрь 2014 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 19 (255) октябрь 2014 года

Одним из видов таких источников является биогаз. Исследования в этой области, несмотря на известные трудности, проводятся в Республике Казахстан. В значительно меньшем объеме работы проходят в России, хотя полномасштабное развитие биогазовой отрасли здесь, по мнению автора, позволило бы решить ряд важных экономических задач.

Следует отметить, что основным недостатком биогазовой энергетики является значительный вес удельных капитальных затрат (в расчете на единицу мощности), невысокая рентабельность проектов, а также проблемы с организацией сбыта энергии посредством централизованных сетей.

Несмотря на это, в нашей стране наблюдается увеличение спроса на биогазовые установки (БГУ), как для малых потребителей (с объемом метантенка 3‑20 кубических метров), так и для средних (с объемом метантенка 30‑100 кубометров).

Комплексный подход

Современные технологии производства, по возможности, должны быть связаны между собой таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства. Именно такой комплексный подход, когда отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, поможет решить проблему устойчивого развития общества.

Известно, что животные не полностью усваивают энергию растительных кормов и более половины ее уходит в навоз, который является, после того или иного вида переработки, ценным органическим удобрением.

Содержание животных на фермах приводит к увеличению концентрации объемов навоза и навозных стоков в хозяйствах. А это дает возможность организовать их переработку не только в удобрения, но и в биогаз, не загрязняя окружающую среду. При этом биогаз по сути своей становится возобновляемым источником энергии (ВИЭ).

Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе органические, тепловые, водные, газо-воздушные, перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем.

Структура установки

Обычно под биогазовой установкой подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств:

• подготовки сырья;

• производства биогаза и удобрений;

• очистки и хранения биогаза;

• производства электроэнергии и тепла;

• автоматизированной системы управления БГУ.

Метантенк БГУ должен быть герметичен, в него не должно быть доступа кислорода, так как только при отсутствии кислорода возможна жизнедеятельность метано­образующих бактерий.

Оптимальная температура метаногенеза зависит от вида перерабатываемого установкой субстрата (органических отходов).

Контрольно-измерительные приборы, устанавливаемые на метантенке, должны обеспечивать контроль уровня субстрата в нем, температуры и давления внутри него.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование биогазовых технологий для переработки отходов животноводческих и птицеводческих ферм и сточных вод, так как они характеризуются постоянством потока отходов во времени и простотой их сбора.

Сырье для биогаза

Поскольку сырьем для получения биогаза может служить широкий спектр органических отходов, на многих существующих установках используется добавка к обрабатываемым веществам так называемой зеленой массы. Конечно, измельчение зеленой массы приводит к дополнительным затратам энергии.

Активный обмен веществ и высокая скорость биохимических обменных процессов в метантенке достигаются за счет максимального поддерживания и непрерывного обновления величин граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы получить частицы возможно меньшего размера. Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения биогаза. Современные БГУ позволяют перерабатывать субстраты с содержанием сухого вещества до 12 процентов, если размер волокнистых или стеблевых элементов не превышает 30 миллиметров.

В метантенке необходимо организовать периодическое перемешивание субстрата, которое обеспечивает эффективную и стабильную работу установки. Цель перемешивания – высвобождение образованного биогаза, примешивание свежего субстрата и бактерий (прививка), предотвращение образования корки и осадка, недопущение образования участков разной температуры внутри метантенка, обеспечение равномерного распределения популяции бактерий, предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь метантенка. При выборе метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой процесс жизнедеятельности симбиоза различных штаммов бактерий и при разрушении этого сообщества процесс ферментации будет непродуктивным до образования нового сообщества бактерий. Поэтому слишком частое или продолжительное перемешивание вредно. Рекомендуется медленное перемешивание субстрата через каждые 4‑6 часов.

Оптимальное перемешивание сырья повышает выход биогаза до 50 процентов.

Режимы производства

БГУ обеспечивают утилизацию (переработку) органических отходов в следующих режимах.

1. В психрофильном режиме. Оптимальная температура в метантенке 15‑20 °С, но может быть и ниже. В таком режиме отходы перерабатываются 30‑40 дней. Психрофильный режим обычно используется в летнее время года в случае, когда тепло и количество субстрата (отходов) значительно меньше обычного, например из‑за выпаса скота.

2. В мезофильном режиме. При температуре 30‑40 °С органические отходы перерабатываются 7‑15 дней, в зависимости от вида отходов.

3. В термофильном режиме. При температуре 52‑56 °С органические отходы перерабатываются за 5‑10 дней, при этом качество газа и удобрений, по ряду показателей, обычно ниже, чем в мезофильном режиме. Кроме того, в термофильном режиме традиционно потребляется больше энергии для обогрева. Он подходит большего всего тем, у кого основная задача – переработать большое количество отходов. При оптимизации работы установки и состава отходов можно ускорить переработку даже до 3‑4 дней. Выгода от работы в термофильном режиме в том, что резко снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ.

Требования к допустимым пределам колебания температуры субстрата, для оптимального газо­образования, тем жестче, чем выше температура процесса ферментации: при психрофильном температурном режиме ± 2 °С в час, мезофильном – ± 1 °С в час, термофильном – ± 0,5 °С в час.

Поскольку, например, в Московском регионе среднегодовая температура исходного субстрата составляет около 10 °С, а температура окружающей среды около 4 °С, то необходимость в системе подогрева субстрата и поддержания его температуры в процессе ферментации очевидна. До 60 процентов полученного биогаза тратится на собственные нужды БГУ. При этом наиболее энергоемким является процесс нагрева субстрата, суточной дозы загрузки метантенка, на который идет около 95 процентов энергии, расходуемой на собственные нужды установки.

Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твердом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °С. Более высокая температура теплоносителя повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника – теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства.

Возможности применения

В состав биогаза входит примерно 55‑60 процентов биометана и 40‑45 процентов углекислого газа. На этом газу могут работать бытовые газовые приборы, включая газовые водонагреватели, обогреватели воздуха и газогенераторы. Биометан – продукт, получаемый путем очищения биогаза от СО2, используемый как биотопливо (ГОСТ Р 52808‑2007).

Биогаз легче воздуха (1,05‑1,2 кг /м³ ), поэтому стремится вверх.

Оптимальный способ накопления биогаза зависит от того, для каких целей он будет использован. При прямом сжигании биогаза в горелках котлов и двигателях внутреннего сгорания не требуются большие газгольдеры. В этих случаях они должны обеспечивать выравнивание неравномерностей газовыделения и улучшение условий последующего горения, в зависимости от типа и выдерживаемого давления объем газгольдера составляет от одной пятой до одной третьей объема реактора. Пластиковые газгольдеры применяют для сбора биогаза в простых, совмещенных установках, где пластиком покрывают открытую емкость, служащую в качестве реактора, или отдельный пластиковый агрегат соединяют с реактором. Газгольдер должен вмещать суточный объем вырабатываемого биогаза. Стальные газгольдеры делят на газгольдеры низкого (0,01‑0,05 кгс / см² ), среднего (8‑10 кгс / см² ) и высокого (200 кгс / см² ) давления. Стальные газгольдеры низкого давления оправданы только в случае большого расстояния (минимум 50‑100 метров) от установки до использующих биогаз приборов. В других случаях следует рассматривать возможность использования более дешевого пластикового газгольдера.

В газгольдеры среднего и высокого давления газ закачивается с помощью компрессора. Агрегаты высокого давления используют для заправки автомашин и баллонов.

Привлекательно применение биогаза для факельного обогрева теплиц. Кроме поступления углекислого газа из газгольдера происходит образование углекислого газа при сгорании биометана, производится освещение теплиц и одновременно образуется вода, увлажняющая воздух.

Биогаз позволяет существенно снизить суточную потребность домашнего хозяйства в газе для приготовления пищи и подогрева воды. Обычно она составляет 2‑3 кубометра природного газа в сутки. Это эквивалентно 3,5‑5 кубометров биогаза.

Еще одно направление использования составных компонентов биогаза – утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 40 процентов. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от биометана, он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.

Преимущества солнечного соляного пруда

Мы рассмотрим традиционную БГУ и установку, метантенк которой размещен на дне солнечного соляного пруда.

Использование для биогаза солнечных соляных прудов имеет ряд отличительных особенностей. Так, например, для БГУ с ССП не требуется здания (помещения) для размещения метантенка.

Не требуется система подогрева субстрата от теплоносителя биогазовой котельной установки (подогрев осуществляется от теплоты рассола солнечного соляного пруда) и система вентиляции с резервным электропитанием. Не требуется система контроля концентрации газов в воздухе помещения метантенка (контроль герметичности метантенка осуществляется по отсутствию / наличию пузырьков биогаза, поднимающегося на поверхность зеркала ССП), оборудование для размораживания сырья зимой, система пожаротушения. Но нужен навес (помещение) для пульта управления (в традиционном варианте последний расположен в здании, где находится метантенк). Поскольку солнечный соляной пруд может одновременно являться и противопожарным водоемом, это предотвращает расход части средств.

БГУ должна располагаться, по возможности, ближе к источникам перерабатываемого сырья (местам содержания животных, складирования отходов и т. д.). Тепловую энергию ССП можно будет использовать для горячего водоснабжения ферм.

Поскольку подогрев субстрата в метантенке, размещенном на дне ССП, осуществляется от теплоты рассола пруда, то режимы ферментации в нем в течение летнего периода различны. Они зависят от температуры, которой обладает рассол.

Весной при переходе с мезофильного на термофильный режим, для повышения температуры субстрата в метантенке объемом 20 кубометров с 35 до 53 °С требуется около 420 кВт-ч теплоты. При использовании для этой цели теплоты рассола пруда площадью 78,5 квадратного метра (диаметр пруда 10 метров) температура рассола понизится примерно на 6 ºС.

Осенью, когда температура в ССП понижается, для поддержания эффективного температурного режима анаэробной обработки отходов животноводства к ним можно добавлять высокоэнергетические компоненты, увеличивающие выделение экзотермической теплоты при ферментации (сахарный жом, отходы пищевой промышленности с высоким содержанием жиров, силос, клеверозлаковая смесь и т. п.).

То, что работа в термофильном режиме и использование теплоты рассола ССП, вместо биогаза, для поддержания температуры ферментации имеет свои неоспоримые преимущества, подтверждается результатами испытаний БГУ в фермерском хозяйстве Республики Казахстан.

Результаты испытаний

Они были проведены сотрудниками Казахского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства.

Биореактор испытывался в режиме биообработки жидкого навоза, поступающего на обработку из коровника на сорок голов. Технология содержания животных – смешанная (стойлово-выгульная).

В результате испытаний установлено, что биогазовая установка соответствует требованиям ГОСТ 31343‑2007.

Производительность установки по биогазу составляет – 6,5‑11,5 м³  / сут., по удобрению – 0,5‑0,7 т / сут., объем биореактора – 5 кубометров, температура субстрата в биореакторе соответствует термофильному режиму – 52‑54 °С, расход биогаза на нагрев – 6,2 м³  / сут., доза загрузки – 10 процентов, плотность полученного удобрения – 964,9 кг / м³ , массовая доля сухого вещества – 4,7 процента, эффективность обеззараживания навоза – 99 процентов.

По результатам проведенной в Казахстане работы следует, что для БГУ, метантенк которой размещен в ССП, для ускорения начала термофильного режима весной и мезофильного осенью, а также снижения времени перерыва в выработке биогаза целесообразно готовить в термостатированной емкости субстрат с колонией термофильных (мезофильных) бактерий анаэробного вида.

В связи с тем, что БГУ обоих типов могут работать как в мезофильном, так и в термофильном режиме ферментации, вырабатываемые ими два вида удобрений будут одинаковы.

Различие будет в товарных объемах этих видов удобрений и биогаза (биометана), поскольку в традиционной установке значительная часть биогаза используется на поддержание температуры термофильного режима, а это не всегда приветствуется в хозяйствах и часто будет вынуждать собственника переходить на мезофильный режим работы.

Самое главное – разработка и регистрация стандарта предприятия на эффлюент – органическое удобрение, полученное в результате анаэробной переработки органических отходов в метантенках (фугата – жидкой фракции эффлюента, шлама – твердой фракции эффлюента) (ГОСТ Р 52808‑2007).

Ведь только при условии надлежащей реализации эффлюента возможен коммерческий успех любого биогазового проекта.

Принцип работы

Перспективным представляется более расширенное использование солнечной энергии, аккумулированной солнечным соляным прудом.

Энергию солнечного соляного рва (пруда в форме кольца, охватывающего придонную боковую поверхность метантенка) можно использовать для подогрева субстрата и для больших биогазовых установок.

Метантенк размещен на дне пруда, в который поступает прямое солнечное излучение и отраженное от боковой наружной поверхности метантенка солнечное излучение.

Поддержание необходимой температуры ферментации в метантенке за счет использования солнечной энергии (теплоты рассола рва) обеспечивается следующим образом.

При заполнении наружного и внутреннего кольцевых зазоров водой поступление тепла из солнечного соляного пруда к субстрату в метантенке максимально. Это обеспечивает, при необходимости, ускоренный нагрев сырья до требуемой температуры ферментации. После нагрева субстрата до требуемой температуры производится слив воды из наружного или внутреннего зазоров, и их осушение. В результате интенсивность поступления тепла из солнечного соляного пруда через воздушные зазоры уменьшается в десятки-сотни раз по сравнению с тем, когда они были заполнены водой. Можно осушать и один из зазоров.

Дальнейшее поддержание температуры субстрата в требуемых пределах можно обеспечивать как за счет синхронного регулирования подачи «горячего» сырья и отвода эффлюента, так и за счет периодического заполнения зазоров водой и создания в этих зазорах низкого вакуума.

Такая комбинированная установка генерации биогаза может обеспечить работу метантенка в термофильном режиме, в первую очередь в странах с жарким климатом (Киргизия, Узбекистан, Таджикистан), без затрат вырабатываемого биогаза на собственные технологические нужды. Это очень актуально, если затем биометан используется в качестве моторного топлива, для обжига кирпича, освещения, для производства асфальта, выработки пара и для других технологических процессов, где нужна температура, намного превышающая 100 °С.

В зазоре наружном, при осушенном внутреннем, в течение всего летнего периода можно подогревать воду для приготовления субстрата.

Кроме того, можно подогревать воду весной, для использования при поливе в теплицах и парниках, обеспечивая поддержание в них приемлемой температуры не только воздуха, но и грунта, т. к., например, в мае естественная средняя месячная температура почвы на юге Омской области на глубине 0,4 метра составляет 8,7 °С, на глубине 0,8 метра – 5,1 °С, а на глубине 1,6 метра – всего 0,9 °С.

При наружном зазоре прокачкой холодной воды по внутреннему можно охлаждать субстрат.

Для более эффективного аккумулирования солнечной энергии солнечным соляным рвом с северной стороны метантенка надо установить отражатель (концентратор солнечной энергии), который будет направлять отраженное солнечное излучение в северную часть рва (пруда) в наиболее солнечное время.

Дополнительные достоинства

Использование в технологическом производстве биогаза солнечной энергии позволяет обеспечить его летнее и осеннее производство с наибольшей эффективностью, что особенно важно в районах, отрезанных от крупных энергетических центров из‑за разлива рек, бездорожья и т. д.

БГУ такого типа позволят более эффективно обеспечивать за счет вырабатываемого удобрения поддержание плодородия почв, предотвращать свободную эмиссию биометана в атмосферу.

Прибыль от эксплуатации БГУ зависит от многих факторов, включая продажи «побочных» продуктов. Самую значительную прибавку к прибыли от продажи биометана можно получать от реализации жидких удобрений, поскольку это высоколиквидная продукция, пользующаяся постоянным спросом. Спрос на удобрения есть всегда, поскольку непреложным фактором функционирования аграрной биосистемы является баланс между внесением в почву и выносом из нее энергии в виде питательных веществ: внесение их должно быть не менее выноса.

При выработке биогаза использование солнечной энергии для подогрева субстрата в большом метантенке позволит летом и осенью применять термофильный режим ферментации. В этом случае, при том же объеме метантенка, выход биогаза увеличится в полтора-два раза.

Стоимость БГУ с солнечным соляным прудом значительно ниже стоимости традиционной БГУ при одинаковых объемах метантенков. При этом использование термофильного режима ферментации в них дополнительно ведет к снижению стоимости 1 кВт их установленной мощности.

За летний период эксплуатации БГУ с ССП при работе большую часть времени в термофильном режиме можно получать больше товарного биогаза по сравнению с традиционной БГУ.

Поскольку эффективность обеззараживания удобрения у БГУ с ССП выше, то и доход от реализации удобрений будет также выше.

Модернизация с использованием соляного пруда БГУ позволит уменьшить вес удельных капитальных затрат в полтора-два раза (в расчете на единицу мощности) и повысить рентабельность биогазовых проектов.

Получение биогаза – путь повышения эффективности производства — Компания Fluitech Systems

Биогаз — один из перспективных для Украины альтернативных источников энергии.

Биогазовая установка (БГУ) — это комплекс по переработке сельскохозяйственных, производственных и бытовых отходов, вырабатывающий биогаз, содержащий не менее 60% метана, и высококачественные удобрения. После очищения биогаза получается биометан, который используют как природный газ.

Большинство животноводческих хозяйств сооружают биогазовые установки для получения электроэнергии и тепла. Из 1 куб. м биогаза при сжигании в когенерационной установке (оборудование для комбинированного производства электроэнергии и тепла), можно получить до 2 кВтч электроэнергии. Выход же самого биогаза зависит от вида используемого сырья. К примеру, из тонны навоза крупного рогатого скота образуется 50–65 куб. м биогаза, из различных видов энергетических растений — 100–500 куб. м. Обычно БГУ производит гораздо больше электроэнергии и тепла (примерно в 1,5–2 раза), чем нужно хозяйству. К примеру, большая молочная ферма на 4 тыс. коров, используя биогазовую установку, производит электроэнергию мощностью около 0,85 МВт и тепло в количестве 1,15 Гкал/ч при существенно меньшем их потреблении. Соответственно их избыток можно продать. Это особенно выгодно в части отпуска электроэнергии, когда энергосистема покупает ее по «зеленому» тарифу. Следует учесть, что себестоимость производимой на биостанции электроэнергии составляет примерно 0,10 грн. за кВтч. Соответственно, владелец хозяйства не только обретает энергонезависимость, но и получает неплохой доход. При работе по «зеленому» тарифу выгодно продавать максимум электроэнергии по высокой цене, чтобы покупать для своих нужд по низкой, как сейчас поступают в Западной Европе.

Кстати, сама биогазовая установка весьма экономна — потребляет всего 10–15% от производимой энергии зимой и 3–7% летом. Вырабатываемого ею тепла достаточно не только для обогрева коровника, свинофермы или птичника, но и для текущих хозяйственных нужд — получения пара, горячей воды, сушки соломы, семян, дров и пр. Возле биогазовых установок выгодно ставить теплицы — излишки тепла могут идти на поддержание нужной температуры. В себестоимости тепличных огурцов, помидоров, цветов 90% затрат — это тепло и удобрения. Получается, что возле биогазовой установки теплица может работать с максимально высокой рентабельностью.

Обычным навозом или другими отходами удобрять почву нет смысла — они должны «вызреть» в течение трех–пяти лет. Если вы производите биогаз, одновременно получаются уже готовые к применению удобрения — это сопутствующий продукт любой биоустановки. В обычных отходах (например, навозе) минеральные вещества химически связаны с органикой, и растения не могут их «переварить». В переброженной биомассе минералы отделены от органики, поэтому легко усваиваются. Кроме того, получается экологически чистый продукт, лишенный нитритов, семян сорняков, болезнетворной микрофлоры, специфических запахов. Как показывает практика, при использовании жидких или твердых биоудобрений урожаи увеличиваются на 40–50%. Причем расход составляет от одной до пяти тонн вместо 60 т необработанного навоза для 1 га земли. Полученные удобрения можно использовать как для собственных целей, так и продавать. Установка, перерабатывающая 100 т навоза в сутки, позволяет производить около 50 т твердых и 40 т жидких удобрений.

Если дополнить биоустановку системой обогащения биогаза, можно получить биометан — газ, аналогичный природному. Его можно использовать для отопления, заправки машин и других целей. Себестоимость производства биогаза составляет около $25–30 за 1000 куб. м, очищенного — $30–40. Очищенный биогаз можно просто продавать.

Но этим польза от БГУ не исчерпывается. Биостанции также решают проблему очистки и утилизации отходов, что зачастую составляет существенную часть расходов предприятия. Благодаря биогазовым установкам на ферме ликвидируется специфический запах, существенно повышается культура производства. Поскольку навоз сразу же идет в дело и его не приходится собирать, хозяйству требуется гораздо меньше лагун. Затраты на строительство навозных отстойников — вынужденная мера и нерационально используемые средства. Вложения в биогазовую установку экономят их и позволяют более эффективно использовать земельные площади. Причем строительство биогазовой установки актуально не только для новых животноводческих хозяйств, но и для уже существующих. Во многих случаях лагуны таких хозяйств переполнены, на их содержание расходуются немалые средства. Более того, при использовании обычных отстойников, свалок и лагун фильтрат (жидкость, загрязненная органическими и неорганическими веществами) иногда попадает в грунтовые воды, что недопустимо с точки зрения охраны природы.

Производство биогаза не только гарантирует прибыль, но и позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. В процессе разложения навоза выделяется метан, способствующий образованию парникового эффекта в 21 раз больше, чем углекислый газ. Свою позитивную экологическую функцию выполняют и биоудобрения, они позволяют снизить применение химических аналогов. Что немаловажно, наличие биогазовой установки позволяет уменьшить санитарную зону (расстояние от предприятия до жилой территории) с 500 до 150 м.

Прежде всего биогазовые установки стоит строить сельскохозяйственным предприятиям — крупным свинофермам, фермам молочного крупного рогатого скота, птицефабрикам. Если при строительстве нового животноводческого хозяйства не устанавливать биогазовую установку, придется протягивать газопровод, линию электропередачи, устанавливать резервные дизель-генераторы и строить лагуны. Целесообразнее расходуемые на эти цели средства направить на сооружение БГУ. Экономия капитальных затрат может составит в этом случае более 30% от стоимости биогазовой установки. В списке наилучших сырьевых источников для БГУ также тепличные хозяйства, мусороперерабатывающие предприятия, коммунальные структуры и городские очистные сооружения. Реальную пользу могут получить спиртовые, пивоваренные и сахарные заводы, мясокомбинаты, изготовители дрожжей, молокозаводы, хлебобулочные комбинаты, заводы по производству чипсов и переработке картофеля, производители соков и консервов, виноделы, рыбные цехи и другие подобные предприятия.

Если у вас нет отходов, но имеются большие земельные площади, для производства биогаза есть смысл выращивать энергетические культуры — силосную кукурузу, многолетние травы и пр. Себестоимость биогаза будет выше, чем при использовании навоза, зато из одной тонны растительного сырья получается его как минимум в три раза больше, чем из коровьего навоза.

Биогазовая установка может стать отдельным бизнесом по переработке отходов. Но в этом случае она зависима от заказчиков услуг. Поэтому стоит инвестировать в проект лишь при наличии долгосрочных контрактов на услуги по очистке и утилизации отходов.

Выбор оборудования для производства биогаза в Украине не так уж широк, очевидно ввиду того, что этот бизнес пока находится на этапе становления. Наиболее известные мировые брэнды — немецкие. Это Schmack, EnviTec Biogas, Biogas Nord, Lipp. Самое дорогое оборудование производит Schmack: стоимость биогазовой станции под ключ составляет 4 млн евро за 1 МВт. Biogas Nord, EnviTec Bio-gas, Lipp — это средний ценовой сегмент (3–3,5 млн евро). Украинско-швейцарский брэнд Zorg предлагает биоустановки за 2,5–2,7 млн евро (собираются по немецкой технологии из немецких компонентов). Во всех случаях комплектующие для биогазовых станций используются одинаковые. На цену влияет в основном престижность брэнда. Кроме того, каждая компания закладывает в стоимость свои внутренние издержки (зарплата персонала, инженерные разработки и т. п.). Из всех упомянутых компаний представительства в Украине имеют лишь две: Zorg (Киев) и EnviTec Biogas (Буча, Киевская обл.). В Украине биогазовые установки не производятся, осуществляется только их проектирование и сборка.

Как правило, в стандартный комплект биогазовой установки входят емкость гомогенизации (где сырье смешивается в однородную массу), загрузчик сырья, реактор, мешалки, газгольдер (для хранения биогаза), газовый водогрейный котел, насосная станция, сепаратор, бак для удобрений, система контроля и безопасности. Такая установка выдает только биогаз и удобрения. Для комбинированного производства электроэнергии и тепла нужна когенерационная установка (дополнительные затраты составят около 30% от цены стандартной комплектации под ключ). Мощность электростанции БГУ зависит от масштабов сырьевой базы, выработки биогаза, потребности предприятия в электроэнергии и размера инвестиций. Она варьируется от 1 кВт (бытовые установки) до нескольких десятков МВт. Наиболее рентабельными являются станции средней и большой мощности — от 500 кВт и выше. БГУ, оснащенные такими станциями, быстрее окупаются.

Как правило биогазовая станция — это модульная установка, мощность которой при необходимости можно наращивать. Для этого просто добавляют дополнительный реактор и ряд другого оборудования. Это удобно развивающимся хозяйствам, увеличивающим поголовье скота, расширяющим площади посевов и т. п. При строительстве биогазовой установки им не придется брать проект с учетом перспективы, а просто на определенном этапе добавить еще один или несколько реакторов с соответствующим оборудованием.

Возможна комплектация биогазовой установки также линией сушки и фасовки удобрений. Твердые удобрения пакетируются, а жидкие разливаются в соответствующую тару.

Для производства биометана установка оснащается системой очистки, которая позволяет производить очистку биогаза до требуемого состояния (полного аналога природного газа с концентрацией метана в пределах 90–97%). После очистки газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей либо подаваться в общую систему газоснабжения.

Биогазовой установкой управляет система автоматики, контролирующая работу насосной станции, мешалок, системы подогрева, газовой автоматики, генератора. При компьютерном управлении и контроле за процессом достаточно всего двух-трех человек, работающих посменно. Причем после соответствующего обучения на установке может работать специалист невысокой квалификации.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья. Это навоз, птичий помет, зерновая и меласная послеспиртовая барда, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки и пр.), бытовые отходы. Используются также отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка) и предприятий по производству соков (фруктовый, ягодный, овощной жом, виноградная выжимка), технический глицерин от производства биодизеля из рапса. Можно производить биогаз из отходов переработки картофеля (очистки, шкурки, гнилые клубни и пр.), различных энергетических культур (силосной кукурузы, рапса, подсолнечника, овса, сахарной и кормовой свеклы вместе с ботвой, зерновых) а также травяного силоса, смеси клевера с другими травами и пр. Качество сырья характеризуется влажностью (чем она ниже, тем лучше), выходом биогаза и содержанием в нем метана. В среднем из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50–65 куб. м биогаза с содержанием метана 60%, из различных видов энергетических растений — 150–500 куб. м с 70% метана. Максимальное количество биогаза —1300 куб. м с содержанием метана до 87 % — можно получить из животного жира. При использовании биотехнологий для переработки отходов животноводческих хозяйств и птицефабрик, предприятий АПК обеспечение сырьем не является проблематичным. Биогазовые установки на навозе — самые простые по конструкции. Микроорганизмы, участвующие в процессе брожения, попадают в навоз уже из кишечника животных, поэтому их не нужно добавлять к отходам для ускорения процесса разложения (как, например, в случае с некоторыми видами растительного сырья). Также не нужно оснащать установку реактором гидролиза (как с птичьим пометом).

Одна дойная корова дает в сутки от 30 до 70 кг навоза. Биогазовая установка будет экономически эффективной для ферм с поголовьем от 300–400 дойных коров. Одна свиноматка с 20–24 поросятами дает в день приблизительно 14,5 кг навоза. Свинья на откорме весом от 30 до 110 кг обеспечивает в среднем 3,5 кг. Из 1 т свиного навоза выходит 65 куб. м биогаза. Птичий помет также является хорошим сырьем для биогазовой установки. Свежий помет несушек, цыплят и бройлеров при клеточном содержании дает выход биогаза 130–140 куб. м с тонны. Помет с подстилкой, убираемый раз в 35–40 дней, обеспечивает около 80 куб. м биогаза с тонны. Хороший потенциал имеют и другие отходы животноводства. Например, продукты бойни в количестве 1 т обеспечивают 300 куб. м биогаза.

Альтернативной базой для производства биогаза и удобрений является растениеводство. В Западной Европе из 15 тыс. биогазовых станций половина работают на кукурузном силосе. В Австрии кукурузу для БГУ выращивают даже в горах. С каждым годом площадей под энергетические культуры становится больше. Если у предприятия нет отходов, но есть большие земельные площади, растениеводство может стать весьма эффективным источником сырья. С точки зрения выхода газа практически все зеленые растения в свежем или силосованном виде дают высокие результаты. Силосная кукуруза на сегодняшний день — один из наиболее эффективных видов растительного сырья для переработки. Она дает хороший урожай с гектара и большой выход газа (с 1 т — 220 куб. м). Затраты на производство кукурузы относительно невелики, а техника для ее посева, уборки и дальнейшей обработки есть практически в каждом хозяйстве. Хорошая альтернатива кукурузе — свекла. Из 1 т ботвы получается 200 куб. м биогаза. Тонна разных видов трав дает 250 куб. м биогаза.

В Западной Европе практикуются так называемые энергетические севообороты, когда одна энергетическая культура сменяется другой, что позволяет собирать зеленую массу два раза в год, подавлять рост сорняков и значительно экономить средства предприятия. Также выращивают по две культуры на одном поле одновременно, например кукурузу и подсолнечник или кукурузу и просо, что позволяет увеличить содержание питательных веществ в силосе и стабилизировать урожайность в засушливые годы. Эти технологии вполне реально применять у нас — хозяйства будут всегда обеспечены качественным высококалорийным сырьем. Причем разные культуры могут в реакторе смешиваться — во многих случаях это дает даже более эффективные результаты, чем при использовании одного вида сырья. Что немаловажно, при выращивании энергетических культур не тратятся средства на удобрения, поскольку они производятся на биогазовой установке. Но у всех видов растительного сырья есть один недостаток — нужно вкладывать средства в их выращивание и уборку. Соответственно, себестоимость производства биогаза из них выше, чем из навоза. Большинство видов сырья можно смешивать. Различие состоит лишь в способах его подачи. Для твердых видов — это шнековые загрузчики, для жидких — приемные резервуары с насосной станцией. Если планирутся использовать разные виды биомассы, стоит укомплектовать станцию обоими типами загрузки.

Оптимальный вариант по сырью — коровий и свиной навоз. Такие установки самые дешевые по конструкции и простые в эксплуатации, а для переработки биомассы не требуются дополнительные модули. Но из-за невысокой калорийности навоза есть смысл устанавливать биогазовые станции лишь на базе достаточно крупных хозяйств. Малые установки будут долго окупаться, приносить невысокий доход, да и сырья для производства биогаза может быть недостаточно. Придется либо его специально закупать, либо параллельно с разведением коров и свиней выращивать какие-нибудь сельхозкультуры. Но это дополнительные расходы, да и не всегда в распоряжении небольшого животноводческого хозяйства имеется для этого достаточно земли.

Основная сложность использования птичьего помета — необходимость двухстадийной технологии производства — он не перерабатывается в биогаз в обычном реакторе. Для этого требуется установить реактор гидролиза, позволяющий контролировать уровень кислотности (чтобы бактерии не погибли из-за повышения содержания кислот и щелочей). Дополнительный модуль приводит к 30%-ному удорожанию биогазовой станции. Помет можно перерабатывать и по обычной одностадийной технологии, но смешивая его с другими видами сырья, например с навозом или силосом (на 2 т помета 1 т силоса). Кроме снижения капитальных затрат смешивание дает повышенный выход биогаза.

Интенсифицировать работу биогазовой установки помогут катаболические (разрушающие) энзимы — природные протеины, ускоряющие разложение органических веществ. Они повышают выход биогаза на 20–30% без увеличения объемов исходного сырья, предотвращают образование корки на поверхности биомассы в реакторах, увеличивают теплопроводность сырья и экономят тепловую энергию на его подогрев. Энзимы уже успели положительно себя зарекомендовать на биогазовых станциях в Германии. Стоимость энзимов — 32 евро за 1 кг. Их расход составляет примерно 100 г на 1 т органического сухого вещества.

Для снижения срока окупаемости следует выбрать самое дешевое сырье, перерабатывать максимальный его объем, использовать все возможности установки, потреблять и продавать продукты производства.

Решение о строительстве биогазовой установки, как и при реализации любого проекта, может быть принято только на основе технико-экономических расчетов, учитывающих все особенности ее применения в конкретных условиях.

Получение биогаза из навоза

В последнее время анаэробное сбраживание навоза животных считается перспективным способом получения биогаза из навоза (посредством процесса анаэробного сбраживания). Технология анаэробного сбраживания рассматривается как метод не только для решения экологических проблем, но и для содействия производству энергии и решению экономических и социальных проблем.

В последние годы животноводческие фермы производят большое количество навоза, что создает серьезную нагрузку на окружающую среду. Поэтому очень важно найти эффективные методы обработки навоза животных. В настоящее время анаэробное сбраживание, которое, как доказано, является оптимальным процессом для обработки отходов сельского хозяйства и животноводства, предлагает множество преимуществ, таких как снижение загрязнения окружающей среды и выбросов парниковых газов.

Навоз животных может быть полезным ресурсом для производства возобновляемой энергии и источником богатых питательными веществами сельскохозяйственных удобрений. Кроме того, с социально-экономической точки зрения биогаз не только обеспечивает экологические выгоды, но и имеет низкую стоимость сырья.

Получение биогаза из навоза роизводится в процессе анаэробного сбраживания несколькими видами микроорганизмов в четыре основных этапа, а именно: гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и метаногенез. Анаэробное сбраживание твердых биологических отходов включает в себя биологическое преобразование растворимых, растворенных органических веществ в биогаз, спирты, летучие жирные кислоты и богатые азотом органические остатки.

На стабильность процесса анаэробного сбраживания большое влияние оказывает состав используемого сырья в биореакторе. В качестве исходного сырья в анаэробном варочном котле для производства биогаза могут использоваться различные виды субстратов, включая навоз животных (36%), отходы агропромышленного комплекса (30%) и твердые бытовые отходы (34%).

Животный навоз богат разнообразными питательными веществами, необходимыми для роста бактерий. Было признано, что использование одного только навоза животных не может представлять собой наиболее эффективный способ производства биогаза из-за его низкого отношения углерода и азота.

Животноводческий навоз содержит высокое содержание азота, например: свежий козий навоз (1,01%), куриный помет (1,03%), молочный навоз (0,35%) и свиной навоз (0,24%).

По данным издания Mid-West Plan Service, соотношение углерода/азота (C/N) для свиного навоза составляет около 6 — 8, что слишком мало для анаэробного варочного котла. В этом случае для получения биогаза из навоза рекомендуется использовать навоз животных при совместном сбраживании с растительными остатками, с целью поддержания сбалансированного соотношения C/N, ускорять рост бактерий и снижать риск ингибирования и подкисления аммиака.

Наиболее важной проблемой биоразлагаемых отходов является то, что они богаты липидами, целлюлозой и белками. Многие исследовательские работы показали, что объединение различных органических отходов для анаэробного процесса совместного сбраживания приводит к лучшей сбалансированности субстрата, что приводит к значительному увеличению производства биогаза. Значительное увеличение производства биогаза в процессе переваривания происходит за счет объединения богатых углеродом сельскохозяйственных отходов со свиным навозом.

Органическая смесь, которая обеспечивает субстрат для процесса анаэробного сбраживания, может содержать широкий спектр источников органического углерода, начиная от сырого осадка сточных вод и заканчивая бытовыми отходами, или материалом биомассы, таким как растения и отходы сельскохозяйственных культур.

Получение биогаза из навоза в процессе анаэробного сбраживания дает множество преимуществ, таких как альтернативное топливо, высококачественные удобрения, электричество, тепло, переработка отходов, сокращение выбросов парниковых газов и охрана окружающей среды.

Не все виды сырья пригодны для производства биогаза, и в некоторых случаях производство биогаза может быть невыгодным. Для оценки пригодности и рентабельности биогазового сырья необходим надежный способ характеризации и анализа сырья.

Результаты и обсуждение

Для оценки пригодности и рентабельности получения биогаза из навоза был проведен мониторинг следующих параметров:  рН, TSS, растворимые белки, редуцирующие сахара, влажность и зола.

Оптимальный уровень pH для метаногенеза составляет около 7,0, а для гидролиза и ацидогенеза — от 5,5 до 6,5. Значение pH является ключевым фактором, влияющим на эффективность производства метана, и было доказано, что оптимальный диапазон pH для получения максимального выхода биогаза при анаэробном сбраживании составляет 6,5-7,5.

Во время процесса анаэробного сбраживания незначительное снижение содержания TSS наблюдалось для свиного навоза с 1,26 до 0,71% и для коровьего навоза с 1,17 до 0,23%, что можно объяснить наличием в растворимой фракции легко разлагаемых соединений.

 Решения для активной дегазации полигонов ТБО

В Самарской области создали установку по выработке биогаза

22.09.2020 10:30:00

Резидент технопарка «Жигулевская долина» компания «БиоТехКомп» (БТК) в рамках проекта «ЭкоБУМ» создал мобильную установку по переработке отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Оборудование позволит владельцам небольших ферм региона качественно повысить уровень работы своих сельхозугодий и сохранить окружающую среду. На днях успешно завершились первые испытания изобретения, сообщается на сайте Технопарка.

— Проект «ЭкоБУМ» – победитель «IВолги 2.0» и «УМНИК» Фонда содействия инновациям. Проект был реализован совместно с нашим технологическим партнером — Самарским аграрным университетом, — рассказал подробности генеральный директор компании ООО «БиоТехКомп» Александр Чистов. — Над созданием оборудования наша команда работала восемь месяцев и сейчас наконец появилась возможность испытать нашу установку в деле. В этом помогла победительница IВолги 2.0 Анастасия Денисова – именно она предоставила свою ферму для проведения испытаний. Установка, созданная в цехах резидента технопарка, рассчитана на стадо до 50 голов и способна переработать до 6000 литров навоза в месяц. Система автоматически определяет, когда необходимо провести перемешивание, чтобы эффективно вывести биогаз для его дальнейшего использования.

Биогаз состоит из метана (60-70%), углекислого газа (25-35%) и сероводорода (около 5%). Сфер применения у биогаза достаточно – он сгорает в котле отопления, а также может быть топливом для машин при дополнительной фильтрации. Предполагается, что установка повлияет на экологию области – у фермеров появится возможность очищать и утилизировать навоз, который в большом количестве может быть причиной загрязнения земель и рек.

По сути, установка является единицей малой энергетики и местом утилизации органических отходов.

— Повсеместное применение этой технологии однозначно улучшит экологию области. Кроме того, по договоренности с Самарским аграрным университетом, студенты инженерного факультета смогут проходить практику, используя на фермах наши установки, — добавил Александр Чистов.

Источник: https://recyclemag.ru/news/samarskoi-oblasti-sozdali-ustanovku-virabotke-biogaza

Сырье для биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Сырье для биогазовых установок

Поскольку технологии в настоящее время стремительно шагнули вперед, сырьем для получения биогаза могут стать самые различные отходы органического происхождения. Показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья приведены ниже.

Таблица 1. Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья	Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья
Коровий навоз	39-51
Навоз КРС, перемешанный с соломой	70
Свиной навоз	51-87
Овечий навоз	70
Птичий помет	46-93
Жировая ткань	1290
Отходы с мясобойни	240-510
ТБО	180-200
Фекалии и сточные воды	70
Послеспиртовая барда	45-95
Биологические отходы производства сахара	115
Силос	210-410
Картофельная ботва	280-490
Свекольный жом	29-41
Свекольная ботва	75-200
Овощные отходы	330-500
Зерно	390-490
Трава	290-490
Глицерин	390-595
Пивная дробина	39-59
Отходы, полученные в процессе уборки ржи	165
Лен и конопля	360
Овсяная солома	310
Клевер	430-490
Молочная сыворотка	50
Кукурузный силос	250
Мука, хлеб	539
Рыбные отходы	300

 

Навоз КРС

Во всем мире к числу наиболее популярных относят биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья коровьего навоза. Содержание одной головы КРС позволяет обеспечить в год 6,6–35 т жидкого навоза. Этот объем сырья может быть переработан в 257–1785 м³ биогаза. По параметру теплоты сгорания указанные показатели соответствуют: 193–1339 кубометрам природного газа, 157–1089 кг бензина, 185–1285 кг мазута, 380–2642 кг дров.

Одним из ключевых преимуществ использования коровьего навоза в целях выработки биогаза является наличие в ЖКТ крупного рогатого скота колоний бактерий, вырабатывающих метан. Это означает, что отсутствует необходимость дополнительного внесения микроорганизмов в субстрат, а следовательно, потребность в дополнительных инвестициях. Вместе с тем однородная структура навоза делает возможным применение данного типа сырья в устройствах непрерывного цикла. Производство биогаза будет еще более эффективным при добавлении в ферментируемую биомассу мочи КРС.

Навоз свиней и овец

В отличие от КРС, животные этих групп содержатся в помещениях без бетонных полов, поэтому процессы производства биогаза здесь несколько осложняются. Использование навоза свиней и овец в устройствах непрерывного цикла невозможно, допускается лишь его дозированная загрузка. Вместе с сырьевой массой данного типа в биореакторы нередко попадают растительные отходы, что может существенно увеличить период ее обработки.

Птичий помет

В целях эффективного применения птичьего помета для получения биогаза рекомендуется оснащать птичьи клетки насестами, поскольку это позволит обеспечить сбор помета в больших объемах. Для получения значительных объемов биогаза следует перемешивать птичий помет с коровьей навозной жижей, что исключит излишнее выделение аммиака из субстрата. Особенностью применения птичьего помета при производстве биогаза является необходимость введения 2-стадийной технологии с использованием реактора гидролиза. Это требуется в целях осуществления контроля над уровнем кислотности, в противном случае бактерии в субстрате могут погибнуть.

Фекалии

Для эффективной переработки фекалий требуется минимизировать объем воды, приходящийся на один санитарный прибор: единовременно он не может превышать 1 л.

С помощью научных исследований последних лет удалось установить, что в биогаз, в случае использования для его производства фекалий, наряду с ключевыми элементами (в частности, метаном) переходит множество опасных соединений, способствующих загрязнению окружающей среды. Например, во время метанового брожения подобного сырья при высоких температурных режимах на станциях биоочистки стоков практически во всех пробах газовой фазы обнаружено около 90 µg/м³ мышьяка, 80 µg/м³ сурьмы, по 10 µg/м³ ртути, 500 µg/м³ теллура, 900 µg/м³ олова, 700 µg/м³ свинца. Упомянутые элементы представлены тетра- и диметилированными соединениями, свойственными процессам автолиза. Выявленные показатели серьезно превышают ПДК указанных элементов, что свидетельствует о необходимости более обстоятельного подхода к проблеме переработки фекалий в биогаз.

Энергетические растительные культуры

Подавляющее большинство зеленых растений обеспечивает исключительно высокий выход биогаза. Множество европейских биогазовых установок функционируют на кукурузном силосе. Это вполне оправданно, поскольку кукурузный силос, полученный с 1 га, позволяет выработать 7800–9100 м³ биогаза, что соответствует: 5850–6825 м3 природного газа, 4758–5551 кг бензина, 5616–6552 кг мазута, 11544–13468 кг дров.

Около 290–490 м³ биогаза дает тонна различных трав, при этом особенно высоким выходом отличается клевер: 430–490м³. Тонна качественного сырья картофельной ботвы также способна обеспечить до 490 м³, тонна свекольной ботвы – от 75 до 200 м³, тонна отходов, полученных в процессе уборки ржи, — 165 м³, тонна льна и конопли – 360 м³, тонна овсяной соломы — 310 м³ .

Следует отметить, что в случае целенаправленного выращивания энергетических культур для производства биогаза существует необходимость инвестирования денежных средств в их посев и уборку. Этим подобные культуры существенно отличаются от иных источников сырья для биореакторов. Необходимости в удобрении подобных культур нет. Что касается отходов овощеводства и производства зерновых культур, то их переработка в биогаз имеет исключительно высокую экономическую эффективность.

«Свалочный газ»

Из тонны сухих ТБО может быть получено до 200 м³ биогаза, свыше 50% объема которого составляет метан. По активности выбросов метана «свалочные полигоны» намного превосходят любые другие источники. Использование ТБО в производстве биогаза не только позволит получить существенный экономический эффект, но и сократит поступление загрязняющих соединений в атмосферу.

Качественные характеристики сырья для получения биогаза

Показатели, характеризующие выход биогаза и концентрацию в нем метана, зависят в том числе от влажности базового сырья. Рекомендуется поддерживать ее на уровне 91% в летний период и 86% в зимний.

Осуществить получение максимальных объемов биогаза из ферментируемых масс можно, обеспечив достаточно высокую активность микроорганизмов. Реализовать эту задачу можно лишь при необходимой вязкости субстрата. Процессы метанового брожения замедляются, если в сырье присутствуют сухие, крупные и твердые элементы. Кроме того, при наличии таких элементов наблюдается образование корки, приводящей к расслоению субстрата и прекращению выхода биогаза. Чтобы исключить подобные явления, перед загрузкой сырьевой массы в биореакторы ее измельчают и осторожно перемешивают.

Оптимальными значениями pH сырья являются параметры, находящиеся в диапазоне 6,6–8,5. Практическая реализация увеличения рН до необходимого уровня обеспечивается посредством дозированного введения в субстрат состава, изготовленного из измельченного мрамора.

В целях обеспечения максимального выхода биогаза большинство различных типов сырья допускается смешивать с другими видами посредством кавитационной переработки субстрата. При этом достигаются оптимальные соотношения углекислого газа и азота: в обрабатываемой биомассе они должны обеспечиваться в пропорции 16 к 10.

Таким образом, при выборе сырья для биогазовых установок имеет смысл уделить его качественным характеристикам самое пристальное внимание.

Биогаз из навоза

Терминология образования биогаза

Анаэробный : жизнедеятельность в безвоздушной среде.

Анаэробные бактерии : микробы, метаболизм которых требует отсутствия свободного кислорода.

Анаэробное расщепление : бактериальное переваривание органического материала в отсутствие свободного озигена.

Биогаз : газообразный продукт анаробного сбраживания, который в основном состоит из метана и диоксида углерода.

Британская тепловая единица (Btu) : единица энергии, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F.

Отношение углерода к азоту (C / N) : отношение углерода к азоту в органических материалах. Анаэробные бактерии производят больше всего биогаза при скармливании органических материалов с соотношением C / N, совместимым с их метаболическими потребностями.

Варочный котел : герметичный резервуар или контейнер, в котором контролируются биологические требования анаэробного сбраживания для ускорения сбраживания и оптимизации производства биогаза.

Стоки : частично сброженный жидкий навоз или навозная жижа, которые выходят из метантенка.

Джоуль (Дж) : метрическая единица измерения энергии. Одна британская тепловая единица равна 1055 джоулей. Поскольку джоуль — очень маленькая единица, его также называют килоджоулями (кДж), тысячей джоулей или мегаджоулями (МДж), миллионом джоулей.

Скорость загрузки : количество летучих твердых веществ, подаваемых в варочный котел за день.

Навоз : фекалии и моча животных, отходы корма, подстилка и противоскользящие материалы из коровника и двора.

Мезофильные : бактерии, которые размножаются в диапазоне температур около 95 ° F (35 ° C).

Метан : горючий газ, получаемый в результате анаэробного сбраживания, также основной компонент природного газа.

Время удерживания : среднее время, в течение которого пульпа остается в варочном котле.

Шлам : отделенные твердые частицы навоза, оседающие на дно варочного котла.

Суспензия : смесь навоза и воды, обработанная в варочном котле.

Термофильные : бактерии, которые наиболее активны в диапазоне температур от 120 ° F до 140 ° F (49 ° C-60 ° C).

Летучие кислоты : промежуточный материал, вырабатываемый в варочном котле кислотообразующими бактериями и используемый метанообразующими бактериями.

Летучие твердые вещества : органические компоненты навоза.

Введение

Навоз может быть альтернативным источником энергии для животноводов. Анаэробный варочный котел частично преобразует навоз в энергию в виде биогаза, который содержит метан.

В 1974 году, в ответ на общественный интерес к производству биогаза в качестве альтернативы энергии, министерство сельского хозяйства Пенсильвании профинансировало проект в штате Пенсильвания по разработке анаэробного варочного котла для использования на фермах. Целью исследования было определение технических требований и экономической целесообразности производства биогаза на ферме. Кафедра сельскохозяйственной инженерии в сотрудничестве с кафедрами молочной науки и сантехники построила и протестировала анаэробный варочный котел объемом 3500 кубических футов (100 м ³ ) в одном из молочных коровников университета.Университет штата Пенсильвания решил изучить производство биогаза на молочных фермах, потому что:

• навоз легко собирается на молочных фермах, где обычно содержатся коровы.
• биогаз наиболее эффективен при использовании непосредственно для отопления, а
• молочные фермы пользуются круглогодичным спросом. для горячей воды.

При разложении органических материалов в теплой безвоздушной среде выделяется биогаз. Этот процесс в природе происходит спонтанно; болотный газ и биогаз практически одинаковы. Производство биогаза можно ускорить, запечатав органический материал внутри нагретого герметичного резервуара, называемого варочным котлом.

Хамфри Дэви провел первые лабораторные эксперименты по анаэробному сбраживанию навоза с получением метана в 1808 году. С тех пор анаэробное сбраживание использовалось в основном для обработки городских отходов. В 1895 году биогаз с завода по переработке отходов в Эксетере, Англия, был собран и использован для освещения близлежащих улиц. Во время Второй мировой войны немцы, которым не хватало топлива, построили около 30 варочных котлов, которые использовали часть биогаза для заправки сельскохозяйственных тракторов. В последние годы небольшие недорогие варочные котлы в Индии и Китае производят биогаз для приготовления пищи и привода электрогенераторов.Пионеры, такие как Р. Б. Сингх из Индии, популяризировали анаэробное сбраживание и убедили других признать потенциал производства биогаза и его применение в качестве топлива.

При определенных условиях производство биогаза сейчас рентабельно. Он станет еще более привлекательным для животноводов по мере роста цен на обычное топливо и когда массовое производство снижает стоимость компонентов системы варочного котла.

В Пенсильвании дойные коровы дают около 5 голов.5 миллионов тонн вторичного навоза ежегодно. Учитывая производительность метантенка штата Пенсильвания, чистую суточную выработку биогаза в 40 кубических футов (1,2 м ³ ) на корову, молочные фермеры Пенсильвании могут производить 5 миллиардов кубических футов (143 триллиона м ³ ) биогаза на одну корову. год. Этого «количества навоза» достаточно, чтобы обеспечить около 20 процентов всей энергии, используемой на молочных фермах Пенсильвании.

Мы должны больше узнать о биологии анаэробного сбраживания, чтобы понять динамику системы варочного котла Пенсильвании.

Процесс анаэробного сбраживания

В варочном котле бактерии разлагают органические материалы в отсутствие воздуха с выделением метана и диоксида углерода. Этот процесс показан на рисунке 1. Кислотообразующие бактерии разрушают или разжижают летучие твердые вещества, превращая их в простые жирные кислоты. Затем метанообразующие бактерии превращают эти летучие кислоты в метан и диоксид углерода. Эти бактерии чувствительны к изменениям в окружающей их среде. Быстрое разложение и эффективное производство биогаза происходит в ограниченном диапазоне температур и зависит от состава сырья.

Рис. 1. Разложение навоза в анэробном варочном котле.

Температура

Оптимальная добыча газа происходит в двух диапазонах температур. Мезофильные бактерии процветают при температуре около 95 ° F (35 ° C), а термофильные бактерии — в диапазоне от 120 ° F до 140 ° F (49 ° C-60 ° C). На рисунке 2 показано, что производство газа уменьшается, когда бактерии подвергаются воздействию температур за пределами этих диапазонов. Хотя термофильные бактерии производят несколько больше газа, часто газ не стоит энергии, необходимой для повышения температуры варочного котла с 95 ° F (35 ° C) до 120 ° F (49 ° C).

Сырье

Состав навоза варьируется в зависимости от кормового рациона и различных методов хозяйствования. Количество навоза, которое можно собрать, также будет различным. Это зависит от типа, веса и количества животных, рациона питания и степени содержания. Например, если бы весь навоз можно было собрать с молочной коровы весом 1500 фунтов (680 кг), фермер мог бы собирать около 125 фунтов (57 кг) в день.

Варочный котел может перерабатывать другие сельскохозяйственные отходы, такие как сточные воды молочных цехов, солому, кукурузную шелуху, траву и листья, с навозом молочных коров или вместо него.Говяжий, свиной и птичий навоз используется в варочных котлах, хотя варочные котлы для птичьего помета требуют дальнейших исследований. Независимо от используемого материала, производство газа протекает наиболее эффективно, когда сырье, подаваемое в варочный котел, имеет определенный pH и отношение углерода к азоту (C / N).

Бактерии размножаются в суспензии с pH около 7,0. Следовательно, если входящая суспензия имеет pH в этом диапазоне, сбраживание должно проходить гладко. В нормальных условиях процесс пищеварения самостоятельно уравновешивает избыточную кислотность или щелочность.

Углерод является основным химическим элементом навоза, и бактерии переваривают углерод с выделением биогаза. Однако для того, чтобы получать энергию из углерода, бактериям необходимо, чтобы в сырье присутствовал азот. Отношение углерода к азоту в сырье имеет решающее значение для эффективного пищеварения. Высокое отношение C / N означает, что азот будет исчерпан до того, как уголь переваривается. И наоборот, низкое соотношение C / N или слишком большое количество азота по отношению к углероду приводит к высоким концентрациям аммония, которые могут стать токсичными для анаэробных бактерий.

Можно регулировать соотношение C / N в варочном котле, добавляя материал, чтобы дополнить материал, уже находящийся в варочном котле. Например, опилки с высоким соотношением C / N могут быть добавлены в птичий помет с низким соотношением C / N. Соотношение C / N в навозе молочных коров немного ниже, чем требуется для бактерий.

Система анаэробного варочного котла

Конструкция системы варочного котла может варьироваться в зависимости от потребностей отдельной фермы; он должен быть адаптирован к топографии фермы, существующему сельскохозяйственному оборудованию, жилью и системам управления.Однако в каждом случае следует учитывать некоторые аспекты конструкции системы варочного котла.

Рисунок 2. Влияние температуры на дебит газа. (Roediger,
H. Die anaerobe alkalische Schlammfaulung. Wasser-Abwasser , H.1, Verlag R. Oldenbourg, Muchen u. Wien. 1967.)

Конструкция системы варочного котла

Основные компоненты варочного котла размером с ферму система представляет собой систему обработки навозной жижи, включая зону приготовления навозной жижи, насос для навоза или другой метод загрузки и резервуар для сточных вод; одну или несколько камер варочного котла; и корпус для нагревательного, агитационного и гидравлического оборудования.Для наилучшей производительности эти компоненты должны:

• быть расположены так, чтобы минимизировать тепловые потери,
• обеспечивать простой путь потока материала через систему,
• быть максимально автоматизированными, а
• быть доступными для обслуживания и ремонта.

При проектировании системы варочного котла очень важно соблюдать государственные и местные постановления по безопасности. Биогаз горючий, а значит, опасен. Он может задохнуться, а при смешивании с воздухом в концентрации от 6 до 15 процентов газ становится взрывоопасным.

Все материалы, контактирующие с навозом или биогазом, должны быть устойчивыми к коррозии. Например, ПВХ-пластик использовался для труб для перекачки жидкого навоза в варочном котле штата Пенсильвания. В проекте должны быть предусмотрены альтернативные методы перемещения жидкого навоза или биогаза через систему. Забитая труба может привести к утечке жидкого навоза из варочного котла. Все трубы и газопроводы должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить доступ для чистящих устройств.

Стоимость системы варочного котла

В таблице 1 перечислены основные компоненты и оценочная стоимость системы варочного котла Пенсильвании.Эти затраты отражают уровень цен 1975 года и использование методов сельскохозяйственного строительства.

901 901 начальное стоимость

Таблица 1. Смета затрат на основные компоненты 100-кубового анаэробного варочного котла Penn State.

Фундамент (включая корпус шнека для ила)	2,500 долл. США
Котел (включая изоляцию)	4,600
Накопитель сточных вод	1,900
Газовый насос	700
Котел	600
Гидравлический насос для навоза (включая гидроагрегат)	4,900
Расходные материалы и рабочая сила (оценочно)	3,300	$ 20,000

Система варочного котла Penn State — это прототип, который был построен с испытательным оборудованием, которое не понадобится фермерам.Фермер, рассматривающий возможность строительства варочного котла такого размера, может рассчитывать на инвестиции от 18 000 до 30 000 долларов, в зависимости от местных цен, рабочей силы, которую фермер вносит, и выбора компонентов, включенных в систему.

Варочный котел

Типы варочного котла

Варочный котел можно загружать жидким навозом непрерывно или порциями. Варочный котел периодической загрузки заполняют до отказа, герметизируют до тех пор, пока он не произведет весь биогаз, который он может, опорожняют и снова заполняют. Производство газа неравномерно, потому что бактериальное расщепление начинается медленно, достигает пика, а затем уменьшается по мере потребления летучих твердых веществ.Эту проблему можно решить, подключив серию варочных котлов с периодической загрузкой, которые загружались в разное время, так что надежное количество биогаза доступно ежедневно. Этот метод эффективно использует навоз, но менее эффективен с точки зрения площади варочного котла.

Варочный котел Penn State загружается непрерывно; то есть свежая суспензия добавляется в варочный котел ежедневно. Производство газа стабильно, потому что у бактерий всегда есть свежий запас летучих твердых веществ для переваривания. Варочный котел с непрерывной загрузкой эффективно использует дорогостоящее пространство варочного котла, хотя он может не производить столько газа на фунт (килограмм) навоза.

Конструкция варочного котла

Две основные конструкции варочного котла непрерывной загрузки показаны на рисунке 3. Варочный котел поршневого типа представляет собой горизонтальный цилиндр, установленный в траншее. Жидкий раствор проходит через систему по прямому пути; поступающий шлам проталкивает материал через варочный котел. Эта конструкция обычно изготавливается из гибких материалов, которые недороги, но не долговечны, если не защищены от непогоды.

Рисунок 3. Конструкции варочных котлов непрерывного действия.(Stoner, Производство вашей собственной энергии, , стр. 163.)

Варочный котел Penn State представляет собой вертикальный двухкамерный реактор, показанный на рисунке 4. Варочный котел имеет жесткие стенки, оборудование для перемешивания и минимальную площадь потери тепла.

Рис. 4. Поперечное сечение варочного котла Penn State.

Строительство варочного котла

Варочный котел Пенсильванского университета был построен из бетонных силосных панелей для образования резервуара высотой 16 футов (4,8 м) и диаметром 20 футов (6 м). Стальные арматурные обручи были закреплены с внешней стороны варочного котла.В железобетонный фундамент и пол встроен шнек для удаления шлама. Для системы отопления 188 футов (57 м) стальной трубы дюйма (2 см) были залиты в панели, составляющие среднюю стену, чтобы обеспечить поверхность теплообмена 72 квадратных фута (6,5 м ³ ).

Крыша варочного котла служит местом сбора и хранения газа и может хранить биогаз, произведенный за 6 часов. Плавающая крыша не зависит от резервуара; его нижний край погружен в суспензию, а его вес поддерживается давлением газа внутри.Это сохраняет анаэробные условия в варочном котле, позволяя крыше подниматься и опускаться в зависимости от добычи и использования газа. Плавающая крыша была построена из конструкции крыши бункера из оцинкованной стали диаметром 18 футов (5,4 м) и секции стены высотой 40 дюймов (1 м).

Чтобы уменьшить потери тепла, две трети варочного котла построено под землей. Варочный котел изолировали изнутри с помощью 4 дюймов (10 см) пенополистирола, оштукатуренного примерно 1 дюймом (2,5 см) гунита. Крыша была утеплена 3 дюймами (7,5 см).5 см) пенополиуретана, а армированный нейлоном лист Hypalon обеспечивает газовое уплотнение.

Размер варочного котла

Фермер, планирующий построить систему варочного котла, аналогичную системе штата Пенсильвания, с 14-дневным сроком хранения, должен обеспечивать 30 кубических футов (0,9 м) ³ объема варочного котла на каждые 1500 фунтов (680 кг) лактирующая дойная корова. Если фермер собирает навоз от сухостойных коров и ремонтного поголовья, необходимо добавить 15 кубических футов (0,45 м ³ ) на каждые 1000 фунтов (455 кг) веса животного.

Система подачи жидкого навоза

Эффективная система подачи жидкого навоза имеет решающее значение для бесперебойной работы системы варочного котла. С навозом трудно обращаться, и варочный котел на 100 коров перерабатывает 6,25 тонны (5,6 мг) навоза каждый день. Путь потока пульпы через варочный котел Пенсильванского университета показан на рис. 5.

Рис. 5. Путь пульпы через варочный котел Пенсильванского университета.

Система загрузки навозной жижи

Очистители желобов доставляют навоз из коровника в зону приготовления навозной жижи.Навоз попадает в бункер насоса с достаточным количеством воды, чтобы снизить содержание твердых частиц примерно с 15 до 13 процентов. Навоз необходимо разбавлять, чтобы предотвратить засорение труб и насосов, а также облегчить перемешивание в варочном котле. Однако лучшая система — это та, которая требует наименьшего разбавления; добавленная вода тратит впустую пространство варочного котла и тепло.

В 1975 году система загрузки навозной жижи состояла из центробежного насоса для навоза с электрическим приводом, который перекачивал навозную жижу в приподнятый резервуар, откуда он самотеком выгружался в метантенк.Эта система была заменена гидроцилиндром, который нагнетает навоз прямо в варочный котел. Он был способен обрабатывать более 13 процентов твердых частиц, крупных частиц и длинных волокон без засорения. Испытания будут проводиться с использованием метода прямой гравитационной подачи, для которого не потребуется насос.

Скорость загрузки

Скорость загрузки — это вес летучих твердых веществ, ежедневно подаваемых в метантенк. Концентрация летучих твердых частиц в варочном котле определяет скорость производства газа.Например, варочный котел, загруженный 4 весовыми единицами летучих твердых веществ, будет производить вдвое больше газа, чем тот же варочный котел, загруженный только 2 единицами.

Результаты испытаний с тремя различными скоростями загрузки показаны в таблице 2. Эти результаты показывают, что высокие скорости загрузки сопровождаются высоким суточным выходом газа на единицу объема варочного котла. Это приводит к большей окупаемости капитальных затрат на строительство. С учетом капитальных затрат, связанных с размером, высокая скорость загрузки позволит использовать реактор меньшего размера и снизить эксплуатационные расходы для стада данного размера.Высокая скорость загрузки означает снижение содержания летучих твердых веществ, что приводит к низкому производству газа на единицу летучих твердых веществ. Показанные скорости загрузки и соответствующее время удерживания обеспечивают достаточное время разложения для стабилизации сточных вод.

701 701

Таблица 2. Сводные данные об испытаниях производительности варочного котла Penn State емкостью 100 кубических метров.

Летучие твердые частицы, подаваемые в варочный котел		Время удерживания	Эквив. коров	Общее производство газа
фунтов.в сутки	кг в сутки	суток	число	футов 3 газ / корова- сутки	м 3 газ / корова- сутки	футов 3 газ / фут 3 метантенк / сутки	м 3 газ / м 3 метантенк / сутки	футов 3 / сутки	м 3 / сутки	футов 3 газ / фунт. VS / сутки	м 3 газа / кг VS / сутки
763	346	35	50	47.3	1,34	0,7	0,67	2,365	67	3,1	,19
1,221	554	21	8061		4560	129	3,7	,23
2,270	1030	11	150	47,5	1,35	2,0	2,02 9017.130	202	3,1	,20

Время удерживания

Объем пульпы в варочном котле остается постоянным; входящий шлам вытесняет равное количество обработанного шлама из варочного котла каждый раз, когда варочный котел загружается. Поскольку объем постоянный, то время удерживания определяется долей объема жидкости варочного котла, заменяемой каждый день. Например, если суспензия, составляющая одну десятую объема жидкости варочного котла, добавляется ежедневно, среднее время удерживания суспензии варочного котла составляет 10 дней.

Короткое время удерживания не дает бактериям достаточно времени для переваривания навоза, а длительное время удерживания не дает достаточно свежей суспензии, чтобы способствовать росту бактерий и высокой скорости газообразования.

Сточные воды

Сточные воды через переливную трубу попадают в крытую навозную яму. Содержание органических веществ в переработанном навозе снижается и стабилизируется, так что сточные воды представляют собой гомогенизированную жидкость почти без воды, которая не привлекает грызунов или мух.

Лишь небольшой процент навоза фактически превращается в биогаз. Навоз молочных коров состоит примерно на 85 процентов из воды и на 15 процентов из твердых веществ. Из этих твердых веществ около 91 процента являются летучими, а варочный котел Пенсильванского университета преобразует от 20 до 30 процентов летучих твердых веществ в биогаз. Молочная корова производит около 7,7 кг летучих твердых веществ в день, четверть которых превращается в биогаз. Следовательно, анаэробный варочный котел — это система для обработки навоза, а не для удаления навоза.

Стоки из метантенка — это ресурс; он содержит почти весь азот, который был в неочищенном навозе.Стоки — отличное удобрение, потому что азот в сточных водах легче усваивается растениями, чем азот сырого навоза. Ежедневный сток из варочного котла на 100 коров содержит около 55 фунтов (24 кг) азота.

Стоки наиболее совместимы с системой обработки жидкого навоза. Однако воду можно удалить из сточных вод и повторно использовать в варочном котле в качестве разбавляющей воды. Осадок можно использовать для подстилки или мульчи; он проходит испытания на кормление поголовьем.

Удаление осадка

Отстой, который собирается на дне резервуара метантенка, необходимо регулярно удалять, поскольку накопление осадка уменьшает активное пространство метантенка. Шлам удаляется из варочного котла Пенсильванского университета через заслонки для ила, встроенные в дно варочного котла. Эти заслонки, расположенные на обеих ступенях варочного котла, управляются гидравлическими клапанами. Когда заслонки открываются, ил перетекает в канал шнека, и шнек транспортирует ил в яму для хранения.

Система обогрева жидкого навоза

Система обогрева должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать самые холодные погодные условия, ожидаемые в данной местности. Стандартный газовый котел, работающий на биогазе, поддерживал температуру в варочном котле Penn State на уровне 95 ° F (35 ° C) в течение всего года. Электрический насос циркулировал горячую воду по трубам, расположенным чуть ниже поверхности средней стенки первой ступени варочного котла. Этот способ нагрева оказался удовлетворительным. Если температура поверхности нагрева слишком высока, более 150 ° F (77 ° C), суспензия прикипит к поверхности нагрева.Это не было доказательством этого в варочном котле штата Пенсильвания. За исключением запуска, варочный котел использует производимый биогаз в качестве топлива для своей отопительной системы, которая потребляет примерно 30 процентов биогаза, производимого ежегодно.

Система перемешивания суспензии

Перемешивание суспензии в варочном котле способствует процессу сбраживания за счет поддержания однородной температуры и распределения бактерий и летучих твердых веществ в суспензии. Это также сводит к минимуму образование осадка и предотвращает образование корки на поверхности навозной жижи, которая препятствует выбросу биогаза.Вакуумный насос с электрическим приводом, который используется в доильных установках, забирает биогаз из хранилища под крышей и впрыскивает его в нижнюю часть обеих ступеней варочного котла. Таким образом, рециркуляция биогаза обеспечивает перемешивание.

Другие методы перемешивания включают насосы для рециркуляции суспензии и механические лопасти. Однако механические компоненты, подверженные воздействию суспензии, могут подвергаться коррозии, и их трудно обслуживать или ремонтировать без нарушения пищеварения путем открытия варочного котла.

Биогаз

Биогаз, производимый варочным котлом штата Пенсильвания, состоит примерно на 60 процентов из метана и на 40 процентов из двуокиси углерода.Это означает, что газ содержит 60 процентов энергии природного газа или около 600 британских тепловых единиц на кубический фут (22 МДж / м ³ ). Содержание метана в биогазе будет колебаться в зависимости от условий варочного котла. Биогаз содержит следы сероводорода, который является очень коррозионным, но его можно удалить путем фильтрации газа через стальную вату или железную опилку. Поскольку биогаз на выходе из метантенка является теплым, он содержит водяной пар, который конденсируется при более низких температурах снаружи.Ловушки конденсата в газопроводах необходимы, чтобы вода не забивала нижние точки трубопроводов. После конденсации водяного пара в биогазе газ можно использовать в качестве топлива в печах, водонагревателях и котлах. Однако сопло газовой горелки должно быть увеличено, чтобы компенсировать газ с низким Btu.

Испытания с использованием биогаза в качестве единственного топлива в бензиновом двигателе показали, что энергия в 200 кубических футах (5,7 м ³ ) биогаза равна энергии в 1 галлоне бензина. Варочный котел Пенсильванского университета производил 20 галлонов (76 л) бензина в день.В дизельных двигателях биогаз заменяет большую часть жидкого топлива; для зажигания требовалось немного дизельного топлива. Потребовались регулировки двигателя и комплект для переоборудования биогаза.

Биогаз трудно хранить, сжимать или сжижать. Для сжижения метану требуется температура -117 ° F (-83 ° C) при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа). Температура -260 ° F (-162 ° C) необходима для сжижения метана при атмосферном давлении. Если биогаз используется в качестве топлива для двигателя, двигатель должен быть стационарным, рядом с варочным котлом и часто работать.Таким образом, охлаждающая вода двигателя может использоваться для нагрева варочного котла и, таким образом, повышения эффективности системы.

Биогаз был предложен в качестве топлива для приготовления пищи, обогрева помещений и воды, сушки сельскохозяйственных культур, охлаждения, орошения и выработки электроэнергии.

Ценность биогаза

Помимо преимуществ, недостатков и применяемых технологий, необходимо оценить возможность производства биогаза на ферме с чисто экономической точки зрения. Расчетная годовая стоимость производства биогаза в Пенсильвании показана в таблице 3.

за 20 лет) 8 часов) в год стоимость

Таблица 3. Общая годовая стоимость системы варочного котла штата Пенсильвания.

Капитальные затраты	20000 долларов США
Фиксированные затраты
Проценты	1200 долларов США
Амортизация
Структура оборудования (60000 долларов США	1,000
Ремонт и обслуживание	600
	3 400 долл. США
Эксплуатационные расходы
Электроэнергия (при 4 ¢ / кВтч, 25 кВтч / день)
Принадлежности (масло и L.P. gas)	150
	515 долларов США
Общая стоимость (без учета рабочей силы)	3915 долларов США
Трудозатраты (1,5 часа в день при 3,00 долларов США в час)	1,642	$ 5,557

С учетом капитальных и эксплуатационных затрат на варочный котел в Пенсильвании, стоимость энергии в биогазе эквивалентна обычным видам топлива по ценам, указанным в таблице 4.

Сравнения в таблице 4 дают некоторые представление об относительной стоимости энергии различных видов топлива по сравнению со стоимостью биогаза.Они указывают, что биогаз может быть осуществим, когда:

• он может фактически заменить обычное топливо,
• цена обычного топлива выше, чем биогаз, и
• весь биогаз используется.

11

Таблица 4. Эквивалентная стоимость энергии биогаза по сравнению с обычным топливом

Пример: Предполагая, что биогазовый водонагреватель работает с 70-процентной эффективностью, будет дешевле нагревать воду биогазом вместо электричества всякий раз, когда затраты на электричество больше 3.2 ¢ за кВтч. Это предполагает, что водяной нагрев потребляет весь биогаз.
Годовая стоимость варочного котла Пенсильванского университета в размере 5 557 долларов США составляет: 1 460 000 кубических футов (42 000 м 2) 3 биогаза из навоза 100 коров. Энергетическая ценность этого биогаза составляет 876 000 000 британских тепловых единиц (924 000 британских тепловых единиц). МДж). Если мы знаем энергетическую ценность традиционных видов топлива, мы можем рассчитать цену, эквивалентную стоимости обычного топлива биогазу, разделив годовые затраты на количество топливного эквивалента энергии в произведенном биогазе:
Топливо	Энергия на единицу	Эквивалент топлива от до 876000000 БТЕ (924000 МДж)	Эквивалентная цена
Биогаз	600000 БТЕ / 1000 футов 3	14607086 90 фут.80/1000 футов 3
	22,2 МДж / м 3	42000 м 3	$ 0,13 / м 3
Природный газ	1,000,000 BTU / 100017 футов 3 901	876/1000 футов 3	$ 6,34 / 1000 футов 3
	37 МДж / м 3	25000 м 3	$ 0,22 / м 3
Мазут	140,000 БТЕ / галлон	6,257 галлонов	$.89 / галлон
	39 МДж / л	23,700 л	0,23 долл. США / л
Бензин	124000 БТЕ / галлон	7,065 галлон 0
	34,5 МДж / л	26,700 л	0,21 долл. США / л
Дизель	135 000 БТЕ / галлон	6,489 галлонов
	6,489 галлонов
37.6 МДж / л	24600 л	0,23 долл. / Л
Сжиженный газ	92000 БТЕ / галлон	9522 галлон	0,58 долл.	36000 л	0,15 долл. США / л
	Электроэнергия	3413 БТЕ / кВтч	257000 кВтч	0,022 долл. США / кВтч
3,6 МДж / кВтч
3,6 МДж / кВтч	,257170 кВтч
Уголь	25000000 БТЕ / тонна	35 тонн	$ 158.00 / тонна
	29 МДж / Мг	32 Мг	$ 173,00 / Мг

Избранная библиография

• Джуэлл, Уильям Дж., Изд. Энергия, сельское хозяйство и управление отходами . Труды Корнельской конференции по управлению отходами сельского хозяйства 1975 года. Ann Arbor: Ann Arbor Science Publishers, Inc., 1975.
• Справочник новостей Матери-Земли по самодельной энергии . Нью-Йорк: Bantam Books, Inc., 1974, стр. 278-355.
• Перссон, С.P.E. и H.D. Бартлетт. Сельскохозяйственные анаэробные варочные котлы: конструкция и работа . Юниверсити Парк, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания, Сельскохозяйственный колледж, Экспериментальная сельскохозяйственная станция, Бюллетень 827, 1979.
• Стоунер, Кэрол Х., изд. Производство собственной энергии . Эммаус, Пенсильвания: Rodale Press, Inc., 1974, стр. 137-190.

Подготовлено Ив Хоман при консультации с Марком Д. Шоу, сельскохозяйственная инженерия, Говардом Бартлеттом, сельскохозяйственная инженерия, и Сверкером Перссоном, сельскохозяйственная инженерия.

Эта публикация частично поддержана контрактом с Министерством сельского хозяйства Пенсильвании, Энергетическим советом губернатора и Министерством энергетики.

Информационный бюллетень | Биогаз: преобразование отходов в энергию | Официальные документы

США ежегодно производят более 70 миллионов тонн органических отходов. В то время как сокращение источников и кормление голодных являются необходимыми приоритетами для сокращения ненужных пищевых отходов, органические отходы многочисленны и распространяются на непищевые источники, включая навоз домашнего скота, сельскохозяйственные отходы, сточные воды и непищевые пищевые отходы.При неправильном обращении с этими отходами они представляют значительный риск для окружающей среды и здоровья населения. Патогены, химические вещества, антибиотики и питательные вещества, присутствующие в отходах, могут загрязнять поверхностные и грунтовые воды через стоки или вымывание в почвы. Избыток питательных веществ вызывает цветение водорослей, наносит вред дикой природе и заражает питьевую воду. Питьевая вода с высоким содержанием нитратов связана с гипертиреозом и синдромом голубого ребенка. Коммунальные предприятия водоснабжения очищают питьевую воду от нитратов, но это требует больших затрат.

Органические отходы также выделяют большое количество метана при разложении. Метан — мощный парниковый газ, который удерживает тепло в атмосфере более эффективно, чем углекислый газ. При равных количествах метана и углекислого газа метан поглотит в 86 раз больше тепла за 20 лет, чем углекислый газ. Чтобы уменьшить выбросы парниковых газов и риск загрязнения водных путей, органические отходы можно удалять и использовать для производства биогаза, возобновляемого источника энергии. При вытеснении ископаемого топлива биогаз способствует дальнейшему сокращению выбросов, что иногда приводит к образованию углеродных отрицательных систем.Несмотря на многочисленные потенциальные выгоды от утилизации органических отходов, включая защиту окружающей среды, инвестиции и создание рабочих мест, в США в настоящее время имеется всего 2200 действующих биогазовых систем, что составляет менее 20 процентов от общего потенциала.

Введение

Что такое биогаз?

Биогаз образуется после того, как органические материалы (продукты растительного и животного происхождения) расщепляются бактериями в бескислородной среде. Этот процесс называется анаэробным сбраживанием.Биогазовые системы используют анаэробное сбраживание для переработки этих органических материалов, превращая их в биогаз, который содержит как энергию (газ), так и ценные почвенные продукты (жидкости и твердые частицы).

Рисунок 1: Процесс анаэробного сбраживания (рисунок Сары Танигава, EESI).

Анаэробное сбраживание уже происходит в природе, на свалках и в некоторых системах управления навозом, но его можно оптимизировать, контролировать и ограничивать с помощью анаэробного варочного котла.Биогаз содержит примерно 50-70 процентов метана, 30-40 процентов углекислого газа и следовые количества других газов. Жидкий и твердый переваренный материал, называемый дигестатом, часто используется в качестве удобрения почвы.

Рис. 2. Действующие биогазовые системы на континентальной части США (предоставлено Американским советом по биогазу)

Некоторые органические отходы сложнее разложить в варочном котле, чем другие.Пищевые отходы, жиры, масла и смазки — это органические отходы, которые легче всего разложить, а отходы животноводства — самые сложные. Смешивание нескольких отходов в одном варочном котле, называемое совместным сбраживанием, может помочь увеличить выход биогаза. Более теплые варочные котлы, обычно поддерживаемые при температуре от 30 до 38 градусов по Цельсию (86-100 по Фаренгейту), также могут способствовать более быстрому разложению отходов.

После улавливания биогаза он может производить тепло и электричество для использования в двигателях, микротурбинах и топливных элементах.Биогаз также можно превратить в биометан, также называемый возобновляемым природным газом или ГСЧ, и закачать в трубопроводы природного газа или использовать в качестве автомобильного топлива.

В настоящее время в Соединенных Штатах имеется 2200 действующих биогазовых систем во всех 50 штатах, и есть потенциал для добавления более 13 500 новых систем.

Преимущества биогаза

Накопленный биогаз может обеспечить чистый, возобновляемый и надежный источник энергии базовой нагрузки вместо угля или природного газа. Мощность базовой нагрузки постоянно вырабатывается для удовлетворения минимальных требований к мощности; возобновляемая мощность базовой нагрузки может дополнять более возобновляемые источники энергии.Подобно природному газу, биогаз также можно использовать в качестве источника пиковой мощности, которую можно быстро наращивать. Использование хранимого биогаза ограничивает количество метана, выбрасываемого в атмосферу, и снижает зависимость от ископаемого топлива. Сокращение выбросов метана в результате использования всего потенциального биогаза в Соединенных Штатах будет равно ежегодным выбросам от 800 000 до 11 миллионов легковых автомобилей. Согласно оценке утилизации отходов в колеса, сжатый природный газ, полученный из биогаза, снижает выбросы парниковых газов до 91 процента по сравнению с нефтяным бензином.

Город Нью-Йорк ежегодно тратит около 400 миллионов долларов на транспортировку 14 миллионов тонн отходов на мусоросжигательные заводы и свалки. Направление этих отходов на анаэробное сбраживание превратит затраты в возможность, принося доход от производства энергии и побочных продуктов. Источник: New York Times, 2 июня 2017 г.

Помимо преимуществ для климата, анаэробное сбраживание может снизить затраты, связанные с восстановлением отходов, а также принести пользу местной экономике.Строительство 13 500 потенциальных биогазовых систем в Соединенных Штатах может добавить более 335 000 временных рабочих мест в строительстве и 23 000 постоянных рабочих мест. Анаэробное пищеварение также снижает запахи, количество патогенов и риск загрязнения воды отходами животноводства. Дигестат, материал, оставшийся после процесса переваривания, можно использовать или продавать в качестве удобрения, уменьшая потребность в химических удобрениях. Дигестат также может принести дополнительный доход при продаже в качестве подстилки для домашнего скота или улучшения почвы.

Сырье для биогаза

Пищевые отходы

Около 30 процентов мировых запасов продовольствия ежегодно теряется или выбрасывается.Только в 2010 году в Соединенных Штатах образовалось около 133 миллиардов фунтов (66,5 миллиона тонн) пищевых отходов, в основном в жилищном и коммерческом пищевых секторах. Чтобы справиться с этими отходами, Иерархия восстановления пищевых продуктов EPA уделяет приоритетное внимание сначала сокращению источников, а затем использованию дополнительных продуктов питания для борьбы с голодом; производство кормов для животных или энергии менее приоритетны. Продовольствие следует отправлять на свалки в крайнем случае. К сожалению, пищевые отходы составляют 21 процент свалок в США, и только 5 процентов пищевых отходов перерабатываются в почвоулучшители или удобрения.Большая часть этих отходов отправляется на свалки, где при разложении выделяется метан. В то время как свалки могут улавливать образующийся биогаз, захоронение органических отходов не дает возможности рециркулировать питательные вещества из исходного органического материала. В 2015 году EPA и USDA поставили цель сократить количество пищевых отходов, отправляемых на свалки, на 50 процентов к 2030 году. Но даже если эта цель будет достигнута, останутся излишки пищевых продуктов, которые необходимо будет переработать. Энергетический потенциал значителен. Приведу лишь один пример: при 100 тоннах пищевых отходов в день анаэробное сбраживание может генерировать достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией от 800 до 1400 домов в год.Жир, масло и жир, собранные в сфере общественного питания, также могут быть добавлены в анаэробный варочный котел для увеличения производства биогаза.

Свалочный газ

Свалки являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана в США. Свалки содержат те же анаэробные бактерии, которые присутствуют в варочном котле, которые расщепляют органические материалы с образованием биогаза, в данном случае свалочного газа (свалочный газ). Вместо того, чтобы позволить свалку уйти в атмосферу, его можно собирать и использовать в качестве энергии.В настоящее время проекты свалочного газа в Соединенных Штатах вырабатывают около 17 миллиардов киловатт-часов электроэнергии и ежегодно поставляют 98 миллиардов кубических футов свалочного газа в трубопроводы природного газа или напрямую конечным пользователям. Для справки, средний дом в США в 2015 году потреблял около 10812 киловатт-часов электроэнергии в год.

Отходы животноводства

Рисунок 3: Текущее количество действующих и потенциальных биогазовых систем в Соединенных Штатах по сырью. EPA

Молочная корова весом 1000 фунтов производит в среднем 80 фунтов навоза в день. Перед внесением на поля этот навоз часто хранят в сборных резервуарах. При разложении навоз не только производит метан, но и может способствовать увеличению количества питательных веществ в водных путях. В 2015 году на использование навоза домашнего скота приходилось около 10 процентов всех выбросов метана в Соединенных Штатах, однако только 3 процента отходов животноводства перерабатываются анаэробными метантенками.Когда навоз домашнего скота используется для производства биогаза, анаэробное сбраживание может снизить выбросы парниковых газов, уменьшить запахи и сократить до 99 процентов патогенов навоза. По оценкам EPA, существует потенциал для 8 241 биогазовой системы животноводства, которые вместе могут вырабатывать более 13 миллионов мегаватт-часов энергии в год.

Очистка сточных вод

Многие очистные сооружения сточных вод (КОС) уже имеют анаэробные варочные котлы для обработки осадка сточных вод, твердых частиц, отделяемых в процессе очистки.Однако многие очистные сооружения не имеют оборудования для использования производимого ими биогаза и вместо этого сжигают его на факеле. Из 1269 очистных сооружений, использующих анаэробный метантенк, только около 860 используют их биогаз. Если бы все предприятия, которые в настоящее время используют анаэробное сбраживание — обрабатывающие более 5 миллионов галлонов в день, — установили бы установку для рекуперации энергии, Соединенные Штаты могли бы сократить годовые выбросы углекислого газа на 2,3 миллиона метрических тонн, что равно годовому выбросу от 430000 легковых автомобилей .

Остатки урожая

Остатки сельскохозяйственных культур могут включать стебли, солому и обрезки растений. Некоторые пожнивные остатки оставляют на поле для сохранения содержания органических веществ и влаги в почве, а также предотвращения эрозии. Однако более высокие урожаи приводят к увеличению количества пожнивных остатков, и удаление их части может быть устойчивым. Устойчивые нормы сбора урожая зависят от выращиваемой культуры, типа почвы и климатических факторов. По оценкам Министерства энергетики США, принимая во внимание устойчивые темпы сбора урожая, в настоящее время доступно около 104 миллионов тонн пожнивных остатков по цене 60 долларов за тонну сухого вещества.Остатки сельскохозяйственных культур обычно перевариваются совместно с другими органическими отходами, поскольку высокое содержание лигнина затрудняет их расщепление.

Конечное использование биогаза

Сырой биогаз и дигестат

Практически не обрабатывая, биогаз можно сжигать на месте для обогрева зданий и энергетических котлов или даже самого реактора. Биогаз можно использовать для комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), или биогаз можно просто превратить в электричество с помощью двигателя внутреннего сгорания, топливного элемента или газовой турбины, в результате чего электричество будет использоваться на месте или продаваться в электрическую сеть.

Дигестат — это богатый питательными веществами твердый или жидкий материал, остающийся после процесса пищеварения; он содержит все переработанные питательные вещества, которые присутствовали в исходном органическом материале, но в форме, более доступной для растений и почвостроения. Состав и содержание питательных веществ в дигестате будут зависеть от сырья, добавляемого в варочный котел. Жидкий дигестат можно легко разбрызгивать на фермах в качестве удобрения, что снижает потребность в покупке синтетических удобрений. Твердый дигестат можно использовать в качестве подстилки для домашнего скота или компостировать с минимальной обработкой.Недавно биогазовая промышленность предприняла шаги по созданию программы сертификации дигестата, чтобы гарантировать безопасность и контроль качества дигестата.

С помощью биогазовых систем молочные заводы, фермы и промышленность могут снизить эксплуатационные расходы, используя собственные органические отходы для питания своего оборудования и зданий. Fair Oaks Dairy в Индиане производит 1,2 миллиона кубических футов биогаза каждый день из навоза от 9000 дойных коров. Часть биогаза модернизируется до КПГ и используется для питания прицепов, доставляющих молоко на перерабатывающие предприятия Fair Oaks, что сокращает использование дизельного топлива на 1.5 миллионов галлонов в год. Источник: EPA.

Возобновляемый природный газ

Возобновляемый природный газ (ГСЧ) или биометан — это биогаз, очищенный для удаления двуокиси углерода, водяного пара и других газовых примесей, чтобы он соответствовал стандартам газовой промышленности. RNG может быть закачан в существующую сеть природного газа (включая трубопроводы) и использоваться взаимозаменяемо с обычным природным газом. Природный газ (обычный и возобновляемый) обеспечивает 26 процентов U.S. электричество, а 40 процентов природного газа используется для производства электроэнергии. Остальной природный газ используется в коммерческих целях (отопление и приготовление пищи) и в промышленных целях. RNG может заменить до 10 процентов природного газа, используемого в Соединенных Штатах.

Сжатый природный газ и сжиженный природный газ

Подобно обычному природному газу, RNG можно использовать в качестве автомобильного топлива после его преобразования в сжатый природный газ (CNG) или сжиженный природный газ (LNG).Экономия топлива транспортных средств, работающих на КПГ, сравнима с экономией топлива обычных автомобилей с бензиновым двигателем, и их можно использовать в автомобилях малой и большой грузоподъемности. СПГ не так широко используется, как СПГ, потому что его производство и хранение дорого, хотя его более высокая плотность делает СПГ лучшим топливом для большегрузных транспортных средств, которые путешествуют на большие расстояния. Чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций в заправочную инфраструктуру, КПГ и СПГ лучше всего подходят для транспортных средств, которые возвращаются на базу для дозаправки. По оценкам Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, ГСЧ может заменить пять процентов природного газа, используемого для производства электроэнергии, и 56 процентов природного газа, используемого для производства автомобильного топлива.

Федеральная политика поддержки биогазовой промышленности

Стандарт возобновляемого топлива

Производство целлюлозного биотоплива (в галлонах) по видам топлива
	Этанол	Возобновляемый КПГ	Возобновляемый СПГ
2015	2 181 096	81,490,266	58 368 879
2016	3 805 246	116,582,508	71 974 041
2017 *	3,536,721	56 916 606	34 224 820
* По состоянию на июль 2017 г.

Стандарт возобновляемого топлива (RFS) был создан Конгрессом как часть Закона об энергетической политике 2005 года.RFS требует добавления возобновляемых видов топлива в топливо для транспортных средств США. В настоящее время около 10 процентов поставок бензина обеспечивается возобновляемым топливом, в первую очередь этанолом. RFS устанавливает объемы топлива для различных категорий топлива: дизельное топливо на основе биомассы, усовершенствованное биотопливо, целлюлозное биотопливо и возобновляемое топливо в целом. Каждая категория имеет необходимое минимальное сокращение выбросов парниковых газов.

EPA одобрило биогаз в качестве квалифицируемого целлюлозного сырья в соответствии с RFS в 2014 году.Целлюлозное биотопливо должно быть на 60 процентов меньше парниковых газов, чем бензин. В настоящее время большая часть объемов целлюлозного топлива удовлетворяется за счет использования ГСЧ в качестве автомобильного топлива. Соблюдение RFS отслеживается с помощью возобновляемых идентификационных номеров (RIN), которыми можно торговать, а RIN для целлюлозного биотоплива могут приносить производителям RNG 40 долл. США / млн БТЕ (по состоянию на сентябрь 2017 г.). По словам производителей биогаза, RFS стал важным драйвером инвестиций в отрасль.

В рамках утверждения биогаза EPA обновило RFS, чтобы позволить электричеству, полученному из биогаза, используемому в качестве автомобильного топлива, соответствовать критериям RIN, или «e-RIN».«Однако по состоянию на 2017 год EPA не одобрило никаких запросов производителей на запуск электронных RIN, несмотря на то, что производство биогаза уже превышает текущий спрос на электроэнергию для транспортировки.

Закон о ферме Программы

в рамках Закона об энергетике (IX) Закона о фермах сыграли решающую роль в развитии биогазовой промышленности. В соответствии с Законом о сельском хозяйстве 2014 года программа Министерства сельского хозяйства США по биоэнергетике для передового биотоплива предусматривает выплаты производителям для продвижения производства передового биотоплива, очищенного не из кукурузного крахмала, а из других источников.В настоящее время программа получает 15 миллионов долларов в год в виде обязательного финансирования с 20 миллионами долларов в год в виде дискреционного финансирования до 2018 года.

С помощью грантов и ссуд REAP на сумму более 500 000 долларов, Pennwood Farms смогла установить анаэробный варочный котел в 2011 году. Постельные принадлежности, изготовленные из дигестата, экономят ферме около 60 000 долларов в год на затратах на подстилку и отходы от 600 дойных коров. электричества более чем достаточно для удовлетворения потребностей на месте. Источник: USDA

Программа «Энергия в сельских районах для Америки» (REAP) предоставляет гранты и гарантии по кредитам сельскохозяйственным производителям и сельским малым предприятиям для содействия производству возобновляемой энергии и повышению энергоэффективности. Программа имеет обязательное финансирование в размере 50 миллионов долларов США в год до 2018 года и 100 миллионов долларов США в виде дискреционных фондов.

Инициатива по исследованию и развитию биомассы — это совместная программа Министерства сельского хозяйства США и Министерства энергетики США.Имея 3 миллиона долларов обязательного финансирования до 2017 финансового года и 20 миллионов долларов дискреционного финансирования до 2018 финансового года, Совет по исследованиям и развитию биомассы предоставляет гранты, контракты и финансовую помощь проектам, которые стимулируют исследования и разработки биотоплива и биопродуктов. Однако эти программы постоянно сокращают финансирование за счет процесса выделения ассигнований.

Другие программы агентств

AgSTAR — это совместная программа EPA, USDA и DOE.Программа способствует использованию анаэробных варочных котлов на животноводческих фермах для сокращения выбросов метана из отходов животноводства. Программа AgSTAR поддерживает планирование и реализацию проектов по созданию анаэробных реакторов и включает государственных и негосударственных партнеров.

Программа Landfill Methane Outreach Program (LMOP) Агентства по охране окружающей среды поощряет утилизацию и использование биогаза, образующегося из органических отходов на свалках. LMOP формирует партнерские отношения с сообществами, коммунальными предприятиями, владельцами полигонов и другими заинтересованными сторонами для оказания технической помощи и поиска финансирования для проектов по биогазу на полигонах.

Заключение

Биогазовые системы превращают затраты на управление отходами в возможность получения дохода для американских ферм, молочных заводов и промышленности. Преобразование отходов в электричество, тепло или автомобильное топливо обеспечивает возобновляемый источник энергии, который может снизить зависимость от иностранного импорта нефти, сократить выбросы парниковых газов, улучшить качество окружающей среды и увеличить количество рабочих мест. Биогазовые системы также дают возможность повторно использовать питательные вещества в пищевых продуктах, снижая потребность как в нефтехимических, так и в минеральных удобрениях.

Биогазовые системы — это решение для управления отходами, которое решает множество проблем и дает множество преимуществ, включая потоки доходов. В настоящее время в Соединенных Штатах есть возможность добавить 13 500 новых биогазовых систем, что обеспечит более 335 000 рабочих мест в строительстве и 23 000 постоянных рабочих мест. Однако, чтобы полностью реализовать свой потенциал, отрасль нуждается в постоянной политической поддержке. Надежное финансирование энергетических программ Farm Bill и строгий стандарт по возобновляемым источникам топлива стимулируют инвестиции и инновации в биогазовой отрасли.Если Соединенные Штаты намерены диверсифицировать свои поставки топлива и принять меры против изменения климата, им следует серьезно подумать о многих преимуществах биогаза.

Автор: Сара Танигава

Редактор: Джесси Столарк

Информационный бюллетень

| Предложения по сокращению субсидий на ископаемое топливо (2021 г.) | Официальные документы

Прямые субсидии США отрасли ископаемого топлива оцениваются примерно в 20 долларов.5 миллиардов долларов в год, в том числе 14,7 миллиарда долларов за счет федеральных субсидий и 5,8 миллиарда долларов за счет государственных субсидий. С учетом внешних факторов, таких как факторы здоровья, окружающей среды и климата, предполагается, что Соединенные Штаты субсидируют ископаемое топливо в размере 649 миллиардов долларов в год. Отмена субсидий на ископаемое топливо сэкономит деньги налогоплательщиков при одновременном сокращении выбросов парниковых газов.

В этом информационном бюллетене рассматривается Указ президента Байдена на 2021 год 14008, «Борьба с климатическим кризисом в стране и за рубежом », бюджетное предложение администрации на 2022 финансовый год (FY) и недавние действия Конгресса по обзору потенциальных способов сокращения U.С. Государственные субсидии на ископаемое топливо.

Налоговые расходы Постановление №

№ 14008 призывает к отмене субсидий на ископаемое топливо в бюджетной заявке на 2022 финансовый год и в дальнейшем. Бюджет администрации Байдена-Харриса на 2022 финансовый год направлен на достижение этой цели путем отмены 13 налоговых льгот на ископаемое топливо, что приведет к увеличению федеральных доходов примерно на 35 миллиардов долларов в течение следующих 10 лет. Дополнительные 86 миллиардов долларов будут привлечены за тот же период за счет реформирования налогообложения иностранных доходов от ископаемого топлива.Министерство финансов поясняет, что «эти налоговые льготы на нефть, газ и уголь искажают рынки, стимулируя больше инвестиций в сектор ископаемого топлива, чем это могло бы быть при более нейтральной налоговой системе».

Аренда и ставки роялти

Отрасль ископаемого топлива также субсидируется за счет недорогой аренды и низких ставок роялти за ископаемое топливо, добываемое на государственных землях. Цена аренды федеральных земель ниже рыночной начинается с 2 долларов за акр — цифра, которая не менялась с 1987 года, — а ставка роялти на сушу осталась на уровне 12.5 процентов с 1920 года. Бюджетное управление Конгресса оценивает, что увеличение ставки роялти за новые участки до 18,75 процента, что эквивалентно ставке роялти за офшоры, приведет к увеличению федеральных доходов на 200 миллионов долларов в течение десяти лет. Правительственный указ 14008 предписывает министру внутренних дел «приостановить новые договоры аренды нефти и природного газа на государственных землях или в прибрежных водах до завершения всестороннего обзора и пересмотра федеральной практики выдачи разрешений и аренды на нефть и газ.«Правительственный указ 14008 также призывает к рассмотрению корректировок роялти за уголь, нефть и газ для учета климатических издержек.

Исследования и разработки ископаемого топлива

Министерство энергетики (DOE) исторически субсидировало ископаемое топливо посредством исследований и разработок (НИОКР). В период с 1978 по 2018 год 24% бюджета Министерства энергетики на исследования и разработки было потрачено на ископаемое топливо. Однако исполнительный указ 14008 призывает правительственные учреждения, такие как Министерство энергетики, «предпринять шаги для обеспечения того, чтобы… федеральное финансирование не финансировалось прямым субсидированием ископаемого топлива.В бюджетном запросе Министерства энергетики на 2022 финансовый год предлагается отменить прямые субсидии на НИОКР по ископаемому топливу путем изменения приоритетов или отмены финансирования следующих программ:

Международное финансирование проектов по ископаемому топливу

В период с 2015 по 2020 год Международная корпорация финансирования развития США (DFC), предшественница DFC, Корпорация зарубежных частных инвестиций (OPIC) и Экспортно-импортный банк США (EXIM) предоставили более 13 миллиардов долларов на проекты по ископаемому топливу за рубежом.Правительственный указ 14008 призывает DFC и EXIM «определить шаги, с помощью которых Соединенные Штаты могут способствовать прекращению международного финансирования углеродоемкой энергии на основе ископаемого топлива, одновременно продвигая устойчивое развитие и экологическое восстановление». В апреле 2021 года DFC взяла на себя обязательство к 2040 году достичь нулевого уровня выбросов в своем портфеле.

Усилия Конгресса по реформированию субсидий на ископаемое топливо (117 ^{-й Конгресс} )

Законодательство, предложенное 117-м Конгрессом для реформирования субсидий на ископаемое топливо, включает следующие законопроекты:

• Закон о защите от загрязнения окружающей среды от 2021 года (H.R.2102 и S.1167), наиболее полный законопроект, устранит некоторые налоговые субсидии, запретит НИОКР в области ископаемой энергии, финансируемые налогоплательщиками, и обновит ставки роялти и арендные цены.
• Закон о налоговых субсидиях на нефть и газ от 2021 года (H.R.2184) отменит 11 налоговых субсидий, включая вычет нематериальных затрат на бурение и процентное истощение (подробности см. На графике).
• Окончание Закона о социальном обеспечении налогоплательщиков для нефтегазовых компаний от 2021 года (HR 1517) повысит ставки роялти за оншорные услуги до 18.75 процентов и увеличить минимальную ставку для земельных участков на суше федерального значения до 5 долларов за акр.
• Закон о чистой энергии для Америки (S.1298) устранит некоторые налоговые льготы для ископаемого топлива, такие как вычет нематериальных затрат на бурение, и предоставит налоговые льготы для производства чистой электроэнергии.

Автор: Саванна Бертран

Рисунок: Эмма Джонсон

Редактор: Анна МакГинн

Для примечаний, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого информационного бюллетеня.

Информационный бюллетень

| Предложения по сокращению субсидий на ископаемое топливо (2021 г.) | Официальные документы

Прямые субсидии США отрасли ископаемого топлива оцениваются примерно в 20,5 млрд долларов США в год, включая 14,7 млрд долларов США за счет федеральных субсидий и 5,8 млрд долларов США за счет государственных субсидий. С учетом внешних факторов, таких как факторы здоровья, окружающей среды и климата, предполагается, что Соединенные Штаты субсидируют ископаемое топливо в размере 649 миллиардов долларов в год.Отмена субсидий на ископаемое топливо сэкономит деньги налогоплательщиков при одновременном сокращении выбросов парниковых газов.

В данном информационном бюллетене рассматривается Указ президента Байдена на 2021 год 14008, «Борьба с климатическим кризисом в стране и за рубежом », бюджетное предложение администрации на 2022 финансовый год (FY) и недавние действия Конгресса по обзору потенциальных способов сокращения государственных субсидий США. на ископаемое топливо.

Налоговые расходы Постановление №

№ 14008 призывает к отмене субсидий на ископаемое топливо в бюджетной заявке на 2022 финансовый год и в дальнейшем.Бюджет администрации Байдена-Харриса на 2022 финансовый год направлен на достижение этой цели путем отмены 13 налоговых льгот на ископаемое топливо, что приведет к увеличению федеральных доходов примерно на 35 миллиардов долларов в течение следующих 10 лет. Дополнительные 86 миллиардов долларов будут привлечены за тот же период за счет реформирования налогообложения иностранных доходов от ископаемого топлива. Министерство финансов поясняет, что «эти налоговые льготы на нефть, газ и уголь искажают рынки, поощряя больше инвестиций в сектор ископаемого топлива, чем это было бы при более нейтральной налоговой системе.«

Аренда и ставки роялти

Отрасль ископаемого топлива также субсидируется за счет недорогой аренды и низких ставок роялти за ископаемое топливо, добываемое на государственных землях. Цена аренды федеральных земель ниже рыночной начинается с 2 долларов за акр — цифра, которая не менялась с 1987 года, — а ставка роялти на сушу остается на уровне 12,5% с 1920 года. Бюджетное управление Конгресса оценивает, что повышение ставки роялти на сушу до 18.75 процентов для новых участков, что эквивалентно ставке лицензионных отчислений за офшор, повысили бы федеральные доходы на 200 миллионов долларов за десять лет. Правительственный указ 14008 предписывает министру внутренних дел «приостановить новые договоры аренды нефти и природного газа на государственных землях или в прибрежных водах до завершения всестороннего обзора и пересмотра федеральной практики выдачи разрешений и аренды на нефть и газ». Правительственный указ 14008 также призывает учитывать корректировки роялти за уголь, нефть и газ для учета климатических издержек.

Исследования и разработки ископаемого топлива

Министерство энергетики (DOE) исторически субсидировало ископаемое топливо посредством исследований и разработок (НИОКР). В период с 1978 по 2018 год 24% бюджета Министерства энергетики на исследования и разработки было потрачено на ископаемое топливо. Однако исполнительный указ 14008 призывает правительственные учреждения, такие как Министерство энергетики, «принять меры для обеспечения того, чтобы… федеральное финансирование не финансировалось напрямую на ископаемое топливо». В бюджетном запросе Министерства энергетики на 2022 финансовый год предлагается отменить прямые субсидии на НИОКР по ископаемому топливу путем изменения приоритетов или отмены финансирования следующих программ:

Международное финансирование проектов по ископаемому топливу

В период с 2015 по 2020 год U.S. International Development Finance Corporation (DFC), предшественник DFC, Корпорация зарубежных частных инвестиций (OPIC) и Экспортно-импортный банк США (EXIM) предоставили более 13 миллиардов долларов на проекты по ископаемому топливу за рубежом. Правительственный указ 14008 призывает DFC и EXIM «определить шаги, с помощью которых Соединенные Штаты могут способствовать прекращению международного финансирования углеродоемкой энергии на основе ископаемого топлива, одновременно продвигая устойчивое развитие и экологическое восстановление». В апреле 2021 года DFC взяла на себя обязательство достичь нулевых выбросов в своем портфеле к 2040 году.

Усилия Конгресса по реформированию субсидий на ископаемое топливо (117 ^{-й Конгресс} )

Законодательство, предложенное 117-м Конгрессом для реформирования субсидий на ископаемое топливо, включает следующие законопроекты:

• Закон о защите от загрязнения окружающей среды от 2021 года (H.R.2102 и S.1167), наиболее полный законопроект, отменит несколько налоговых субсидий, запретит НИОКР в области ископаемой энергии, финансируемые налогоплательщиками, и обновит ставки роялти и арендные цены.
• Закон о налоговых субсидиях на нефть и газ от 2021 года (H.R.2184) отменит 11 налоговых субсидий, включая вычет нематериальных затрат на бурение и процентное истощение (подробности см. На графике).
• Прекращение действия Закона о социальном обеспечении налогоплательщиков для нефтегазовых компаний от 2021 года (1517 г.
• Закон о чистой энергии для Америки (S.1298) устранит некоторые налоговые льготы для ископаемого топлива, такие как вычет нематериальных затрат на бурение, и предоставит налоговые льготы для производства чистой электроэнергии.

Автор: Саванна Бертран

Рисунок: Эмма Джонсон

Редактор: Анна МакГинн

Для примечаний, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого информационного бюллетеня.

Информационный бюллетень

| Предложения по сокращению субсидий на ископаемое топливо (2021 г.) | Официальные документы

U.Прямые субсидии отрасли ископаемого топлива оцениваются примерно в 20,5 миллиардов долларов в год, включая 14,7 миллиардов долларов из федеральных субсидий и 5,8 миллиардов долларов из государственных субсидий. С учетом внешних факторов, таких как факторы здоровья, окружающей среды и климата, предполагается, что Соединенные Штаты субсидируют ископаемое топливо в размере 649 миллиардов долларов в год. Отмена субсидий на ископаемое топливо сэкономит деньги налогоплательщиков при одновременном сокращении выбросов парниковых газов.

В этом информационном бюллетене рассматривается Указ президента Байдена на 2021 год 14008, «Борьба с климатическим кризисом в стране и за рубежом », бюджетное предложение администрации на 2022 финансовый год (FY) и недавние действия Конгресса по обзору потенциальных способов сокращения U.С. Государственные субсидии на ископаемое топливо.

Налоговые расходы Постановление №

№ 14008 призывает к отмене субсидий на ископаемое топливо в бюджетной заявке на 2022 финансовый год и в дальнейшем. Бюджет администрации Байдена-Харриса на 2022 финансовый год направлен на достижение этой цели путем отмены 13 налоговых льгот на ископаемое топливо, что приведет к увеличению федеральных доходов примерно на 35 миллиардов долларов в течение следующих 10 лет. Дополнительные 86 миллиардов долларов будут привлечены за тот же период за счет реформирования налогообложения иностранных доходов от ископаемого топлива.Министерство финансов поясняет, что «эти налоговые льготы на нефть, газ и уголь искажают рынки, стимулируя больше инвестиций в сектор ископаемого топлива, чем это могло бы быть при более нейтральной налоговой системе».

Аренда и ставки роялти

Отрасль ископаемого топлива также субсидируется за счет недорогой аренды и низких ставок роялти за ископаемое топливо, добываемое на государственных землях. Цена аренды федеральных земель ниже рыночной начинается с 2 долларов за акр — цифра, которая не менялась с 1987 года, — а ставка роялти на сушу осталась на уровне 12.5 процентов с 1920 года. Бюджетное управление Конгресса оценивает, что увеличение ставки роялти за новые участки до 18,75 процента, что эквивалентно ставке роялти за офшоры, приведет к увеличению федеральных доходов на 200 миллионов долларов в течение десяти лет. Правительственный указ 14008 предписывает министру внутренних дел «приостановить новые договоры аренды нефти и природного газа на государственных землях или в прибрежных водах до завершения всестороннего обзора и пересмотра федеральной практики выдачи разрешений и аренды на нефть и газ.«Правительственный указ 14008 также призывает к рассмотрению корректировок роялти за уголь, нефть и газ для учета климатических издержек.

Исследования и разработки ископаемого топлива

Министерство энергетики (DOE) исторически субсидировало ископаемое топливо посредством исследований и разработок (НИОКР). В период с 1978 по 2018 год 24% бюджета Министерства энергетики на исследования и разработки было потрачено на ископаемое топливо. Однако исполнительный указ 14008 призывает правительственные учреждения, такие как Министерство энергетики, «предпринять шаги для обеспечения того, чтобы… федеральное финансирование не финансировалось прямым субсидированием ископаемого топлива.В бюджетном запросе Министерства энергетики на 2022 финансовый год предлагается отменить прямые субсидии на НИОКР по ископаемому топливу путем изменения приоритетов или отмены финансирования следующих программ:

Международное финансирование проектов по ископаемому топливу

В период с 2015 по 2020 год Международная корпорация финансирования развития США (DFC), предшественница DFC, Корпорация зарубежных частных инвестиций (OPIC) и Экспортно-импортный банк США (EXIM) предоставили более 13 миллиардов долларов на проекты по ископаемому топливу за рубежом.Правительственный указ 14008 призывает DFC и EXIM «определить шаги, с помощью которых Соединенные Штаты могут способствовать прекращению международного финансирования углеродоемкой энергии на основе ископаемого топлива, одновременно продвигая устойчивое развитие и экологическое восстановление». В апреле 2021 года DFC взяла на себя обязательство к 2040 году достичь нулевого уровня выбросов в своем портфеле.

Усилия Конгресса по реформированию субсидий на ископаемое топливо (117 ^{-й Конгресс} )

Законодательство, предложенное 117-м Конгрессом для реформирования субсидий на ископаемое топливо, включает следующие законопроекты:

• Закон о защите от загрязнения окружающей среды от 2021 года (H.R.2102 и S.1167), наиболее полный законопроект, устранит некоторые налоговые субсидии, запретит НИОКР в области ископаемой энергии, финансируемые налогоплательщиками, и обновит ставки роялти и арендные цены.
• Закон о налоговых субсидиях на нефть и газ от 2021 года (H.R.2184) отменит 11 налоговых субсидий, включая вычет нематериальных затрат на бурение и процентное истощение (подробности см. На графике).
• Окончание Закона о социальном обеспечении налогоплательщиков для нефтегазовых компаний от 2021 года (HR 1517) повысит ставки роялти за оншорные услуги до 18.75 процентов и увеличить минимальную ставку для земельных участков на суше федерального значения до 5 долларов за акр.
• Закон о чистой энергии для Америки (S.1298) устранит некоторые налоговые льготы для ископаемого топлива, такие как вычет нематериальных затрат на бурение, и предоставит налоговые льготы для производства чистой электроэнергии.

Автор: Саванна Бертран

Рисунок: Эмма Джонсон

Редактор: Анна МакГинн

Для примечаний, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого информационного бюллетеня.

Биогазовое решение: прибыль от навоза | Сообщения в блоге

Еще одна энергетическая революция развивается из самого неожиданного места — коровьего навоза

Сегодня президент Обама опубликовал «Дорожную карту возможностей использования биогаза» как часть плана действий администрации по борьбе с изменением климата — стратегии по сокращению выбросов метана. Дорожная карта продвигает рыночный потенциал и преимущества биогаза и поощряет внедрение биогазовых систем с замкнутым контуром.На практике это сбор коровьего навоза и его ферментация в герметичном резервуаре. Метан, выделяющийся во время брожения, улавливается и используется для получения энергии. В системе с замкнутым контуром «приготовленный» навоз — по сути стерилизованный — разделяется на жидкое и твердое. Жидкость используется в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур, а твердые частицы можно использовать в качестве подстилки для коров или компоста.

Биогазовые системы повышают устойчивость повседневной деятельности молочной, свиноводческой или птицеводческой фермы, помогая фермерам сберегать ресурсы и сокращая выбросы метана — и то, и другое борется с изменением климата.

Биогазовые системы работают за счет использования анаэробного сбраживания, процесса, при котором биоразлагаемый материал разрушается бактериями в отсутствие кислорода.

• Коровий навоз собирается и хранится в бескислородном вольере.

• Некоторые фермы, например молочная ферма Sensenig в Кирквуде, штат Пенсильвания, также собирают пищевые отходы из ближайших продуктовых магазинов. Это присоединится к навозу в варочном котле.

• В противном случае эти пищевые отходы были бы отправлены на свалки.

• Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, в результате чего образуется метан.

• Метан отделяется, собирается и преобразуется в электроэнергию для производства энергии на фермах или в домах, или перерабатывается в КПГ, чтобы приводить в движение грузовики, или даже может использоваться для производства биопластиков.

• Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для изготовления компоста, волокна для подстилки коров, горшечной почвы или даже картона.

• Жидкость, оставшаяся в варочном котле, используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.

• Урожай, удобренный жидкостью из варочного котла, убирается на корм коровам.

Никогда не слышали об анаэробном пищеварении? Это нормально.Для фермеров это работает так: фермер сбрасывает коровий навоз в бескислородный вольер. Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, в результате чего образуется метан. Метан отделяется, собирается и преобразуется в электроэнергию для электростанций или домов, или перерабатывается в КПГ, чтобы приводить в движение грузовики, или даже может использоваться для производства биопластиков.

Но это еще не все. Причина, по которой эти биогазовые системы называются системами с замкнутым контуром, заключается в том, что жидкость, которая остается в варочном котле, затем используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.На этой земле выращивают зерновые, которые затем скармливают коровам, которые затем производят навоз, который используется в варочном котле. Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для изготовления компоста, волокна для коровьей подстилки, горшечной почвы или даже картона. Дополнительный бонус? При этом запаха не выделяется! Хотите узнать, как это работает?

Эти системы становятся еще лучше, если в смесь добавляются органические отходы промышленных предприятий по переработке пищевых продуктов и напитков. Например, такие компании, как The Coca Cola Company и Cabot Creamery, отправляют органические отходы со своих заводов по розливу и производству сыра на фермы с биогазовыми системами вместо того, чтобы отправлять их на свалки.Это снижает выбросы парниковых газов от их деятельности, помогает удобрять посевные площади и экономит деньги на сборах за захоронение мусора — все это увеличивает ценность членов местного сообщества, которые используют зеленую энергию, вырабатываемую метантенками. Рассмотрим это великое усилие команды Cleveland Browns в качестве другого примера.

В настоящее время на животноводческих фермах США установлено 239 анаэробных варочных котлов, но есть потенциал для установки более 2600 анаэробных варочных котлов на молочных фермах США. В случае смешивания с пищевыми отходами потенциальная рыночная стоимость этого продукта превышает 3 миллиарда долларов США, а выбросы углерода сокращаются на 13 миллионов метрических тонн CO2-экв.Это сопоставимо с ежегодными выбросами углерода более 3,2 миллиона легковых автомобилей в США.

Итак, почему не у каждого фермера есть биогазовая система?
До сих пор фермеры сталкивались с несколькими препятствиями, которые необходимо преодолеть. Фермерам поручено найти партнеров для заключения долгосрочных контрактов на поставку органических пищевых отходов, сторон, которые могут предоставлять ссуды, а процесс утверждения разрешения на строительство варочного котла может быть сложным. Кроме того, местные электроэнергетические компании должны поставлять электроэнергию в сеть по конкурентоспособным ценам.

Таким образом, Дорожная карта по биогазу определяет четыре направления действий по развитию биогазовой отрасли, которые поддерживают фермеров, в том числе:

1. Содействие использованию биогаза через существующие программы агентств
USDA, DOE и EPA будут использовать свои существующие программы для продвижения биогазовой системы путем согласования программ, исследовательских планов и стандартов.

2. Стимулирование инвестиций в биогазовые системы
Высокие капитальные затраты и ограниченные финансовые стимулы препятствуют использованию биогазовых метантенков.Агентства будут разрабатывать возможности для финансирования и финансовых стимулов.

3. Укрепление рынков биогазовых систем и системных продуктов
Существуют рыночные возможности для варочных котлов и сопутствующих продуктов, которые могут быть реализованы посредством вспомогательной деятельности со стороны агентств, в частности, связанной с энергетикой и другими неэнергетическими продуктами с добавленной стоимостью , например, восстановление и переработка питательных веществ, клетчатка и добавки в почву.

4. Улучшение коммуникации и координации
USDA, DOE и EPA будут координировать и инвестировать в исследования и разработки, чтобы помочь усилиям отрасли по развитию биогазового сектора.

По мере развития биогазовой промышленности у молочной промышленности появляется возможность определить и оптимизировать ценность молочной продукции. Поскольку биогазовые варочные котлы играют важную роль в сохранении природных ресурсов, WWF продолжит работать с такими партнерами, как Центр инноваций для молочной промышленности США, чтобы продвигать внедрение и дальнейшее развитие биогазовых котлов на фермах США.

Цель состоит в том, чтобы превратить навоз в такие продукты, как электричество, топливо, волокно и удобрения, которые сокращают выбросы метана, сохраняют природные ресурсы, а также нашу зависимость от ископаемого топлива.Это приносит пользу не только фермерам, но и корпорациям, сообществам и окружающей среде.

Подходит ли анаэробное пищеварение для вашей фермы?

Анаэробные варочные котлы могут быть установлены по многим причинам, в том числе для обработки отходов, уменьшения запахов, обеспечения источника дохода и улучшения имиджа общества. Несмотря на простоту концепции, варочные котлы бывают разных размеров, стилей и областей применения. Для успешной реализации проектов требуется подробное техническое и финансовое планирование.

Чтобы выяснить, подходит ли ваша ферма для анаэробного сбраживания, ответьте на следующие вопросы:

1. Какой навоз производит ваша ферма?
2. Ваша животноводческая ферма «большая»?
3. Совместима ли ваша технология удаления навоза с технологией восстановления биогаза?
4. Есть ли польза от рекуперированной энергии?
5. Сможете ли вы эффективно управлять системой?

Кроме того, Контрольный список начального проекта может помочь определить потенциал жизнеспособности проекта.

---

1. Какой навоз производит ваша ферма?

Если на вашей ферме производится навоз крупного рогатого скота, свиней и / или птицы, вам подойдут анаэробные варочные котлы.

---

2. Ваша животноводческая ферма «большая»?

Для целей предварительного отбора животноводческие фермы с этими характеристиками являются потенциальными кандидатами на анаэробное сбраживание:

• Минимум 500 голов крупного рогатого скота, 2000 свиней с анаэробными лагунами или системами удаления жидкого навоза или 5000 свиней с системами удаления навоза из глубоких ям
• Регулярно собирается минимум 90 процентов навоза

Тем не менее, небольшие замкнутые объекты также могут поддерживать успешные проекты по восстановлению, учитывая определенные специфические особенности площадки и рыночные условия.Кроме того, совместное переваривание других органических отходов, образующихся поблизости, может сделать осуществимым меньший проект.

---

3. Совместима ли ваша технология удаления навоза с технологией восстановления биогаза?

Производство биогаза лучше всего подходит для хозяйств, которые регулярно собирают жидкий, жидкий или полутвердый навоз с небольшой подстилкой или без нее. Для этого требуется, чтобы ферма собирала навоз:

• В виде жидкости, суспензии или полутвердого вещества (см. Определения в таблице ниже)
• В одной точке
• Ежедневно или через день
• Без большого количества постельных принадлежностей или других материалов (например,г., камни, камни, солома, песок)

Виды навоза

Тип навоза	Определение	Совместимо с анаэробным пищеварением?
Жидкий навоз	Разбавлен до содержания твердых веществ менее 5%. Этот навоз обычно «смывается» там, где он образуется, с использованием свежей или оборотной воды. Навоз и промывные воды можно перекачивать в резервуары для обработки и хранения, пруды, лагуны или другие подходящие сооружения.	Может быть . Может быть адаптирован для производства биогаза и рекуперации энергии в теплом климате. В более холодном климате можно ограничиться сжиганием газа для контроля запаха, если другие органические материалы не перевариваются.
Навоз	Разбавлен до содержания твердых частиц 5-10% и обычно собирается с помощью механической скребковой системы. Его можно перекачивать и часто обрабатывают или хранят в резервуарах, прудах или лагунах до внесения на сушу.	Есть . Для регенерации биогаза и производства энергии, в зависимости от климата и факторов разбавления.
Полутвердый навоз	Обрабатывается как полутвердое вещество с содержанием твердых частиц 10-20% и обычно очищается со скребка. В навоз не добавляют воду, и навоз обычно хранят до тех пор, пока он не будет разбросан по местным полям.	Есть . Свежий очищенный навоз (возрастом менее одной недели) можно использовать для производства биогаза и энергии в любом климате, поскольку его можно нагревать для стимулирования роста бактерий.
Твердый навоз	Имеет содержание твердых частиц более 20% и обрабатывается как твердое вещество ковшовым погрузчиком.	Может быть. Выдержанный твердый навоз или навоз, оставленный «необработанным» (т.е. оставленный на пастбище, где он откладывается животными) или оставленный для высыхания, не подходят для традиционных варочных котлов. Однако регулярно собираемый навоз можно использовать в варочном котле.

Фермы с различными методами содержания животных и использования навоза могут использовать анаэробное сбраживание, хотя может потребоваться предварительная обработка или модификации.Методы содержания животных и обработки навоза, наиболее совместимые с анаэробным сбраживанием, включают:

• Крупный рогатый скот: стойла и загоны для сушки вымытым или зачищенным способом
• Боровы: птичники с системами смыва, подпитки или вытяжной ямы
• Птица: птичники с промывочной системой

Анаэробные варочные котлы могут использовать одно или несколько видов сырья. Варочные котлы, которые переваривают навоз вместе с другим сырьем (например, жирами, маслами и жирами, пищевыми отходами, отходами сыра или вина, навозом), могут увеличить производство биогаза.Для совместной переваривания может потребоваться дополнительное оборудование для предварительной обработки и резервуары для хранения. Кроме того, совместное пищеварение может увеличить количество питательных веществ в сточных водах, поэтому фермы, рассматривающие совместное пищеварение, должны гарантировать, что они по-прежнему будут соблюдать свои планы управления питательными веществами.

---

4. Есть ли польза от рекуперированной энергии?

Фотография двигателя-генератора мощностью 120 кВт сжигает рекуперированный биогаз, вырабатывая электроэнергию для использования на фермах

Использование или продажа энергии биогаза может повысить рентабельность проекта.Стоимость энергии, произведенной из газа, может компенсировать затраты на сбор и переработку газа.

Канистра для биогаза:

• Производить электроэнергию для:
  • Топливо для поршневого двигателя или газовой турбины.
  • Эксплуатация оборудования в хозяйстве. Например, на молочных заводах работают вакуумные насосы, чиллеры, смесители кормов и вентиляторы. Свиноводческие фермы обычно используют тепловые лампы и вентиляционное оборудование.
  • Продам в местную электросеть.
• Используется непосредственно на ферме по адресу:
  • Топливные котлы или нагреватели, а также в большинстве процессов, требующих тепла, пара или охлаждения.Молочные и свиноводческие фермы обычно нуждаются в горячей промывной воде для очистки и других операций.
• Переработка в топливо более высокого качества, в том числе:
  • Трубопроводный возобновляемый природный газ
  • Компримированный природный газ (КПГ) в качестве топлива для транспортных средств
• До:
  • Контроль запаха
  • Снижение выбросов парниковых газов

---

5. Сможете ли вы эффективно управлять системой?

Биогазовые системы требуют, чтобы владелец / оператор:

• Обращайте регулярное внимание на работу системы
• Обеспечить необходимый ремонт и обслуживание
• Есть желание увидеть в системе получится

Свяжитесь с нами, если вы ответили утвердительно на один или несколько из этих вопросов и хотите узнать больше.

---

Дополнительные ресурсы

.