Sådan får du biogas af husdyrgødning: oversigt over grundlæggende principper og anlæggets opbygning

Landbrug står hvert år over for problemet med bortskaffelse af gylle. Betydelige beløb går tabt, som bruges på transport og deponering. Men der er en metode, der ikke bare sparer penge, men også får dette naturprodukt til at gavne.

Sparsommelige husejere har længe i praksis anvendt en øko-teknologi, der gør det muligt at udvinde biogas fra gylle og anvende resultatet som brændstof.

Derfor handler vores artikel om teknologien til biogasproduktion, og vi fortæller også, hvordan man bygger et bioenergianlæg.

Fordele ved brug af bioteknologi

Teknologien til produktion af biobrændstof fra forskellige naturlige kilder er ikke ny. Forskning på dette område begyndte allerede i slutningen af 1700-tallet og udviklede sig med succes i 1800-tallet. I Sovjetunionen blev det første bioenergianlæg bygget i 1940'erne.

Bioteknologi har længe været anvendt i mange lande, men netop i dag får den særlig betydning. På grund af forværringen af den økologiske situation på planeten og de høje omkostninger til energikilder, vender mange deres blik mod alternative energikilder til strøm og varme.

Teknologien til omdannelse af gylle til biogas gør det muligt at reducere mængden af skadelige metanudledninger i atmosfæren og få en ekstra kilde til termisk energi.

Der er ingen tvivl om, at gylle er en meget værdifuld gødning, og hvis man har to køer på gården, er der ingen problemer med at anvende den. Anderledes forholder det sig, når det drejer sig om landbrug med store og mellemstore besætninger, hvor der årligt dannes tonsvis af ildelugtende og rådnende biologisk materiale.

For at gylle skal blive til en god gødning, kræves der arealer med en bestemt temperaturstyring, hvilket medfører ekstra omkostninger. Derfor opbevarer mange landmænd den, hvor det passer dem, og kører den derefter ud på markerne.

Afhængigt af mængden af råmateriale, der dannes pr. døgn, bør man tilpasse anlæggets dimensioner og automatiseringsgrad.

Hvis opbevaringsbetingelserne ikke overholdes, fordamper op til 40 % af kvælstoffet og størstedelen af fosforet fra gyllen, hvilket forringer dens kvalitet betydeligt. Desuden frigives metangas til atmosfæren, som påvirker planetens økologiske situation negativt.

Moderne bioteknologi gør det muligt ikke blot at neutralisere metans skadelige virkning på miljøet, men også at få det til at tjene menneskets bedste, samtidig med at der opnås en betydelig økonomisk gevinst. Som resultat af omdannelsen af gylle dannes biogas, hvorfra man efterfølgende kan få tusindvis af kW energi, og produktionsaffaldet udgør en meget værdifuld anaerob gødning.

Mekanismen for gasdannelse fra organisk råmateriale

Biogas er en flygtig substans uden farve og nogen lugt, der indeholder op til 70% metan. Kvalitetsmæssigt minder det om traditionelt brændstof – naturgas. Det har en god brændværdi; 1 m³ biogas afgiver lige så meget varme som forbrænding af halvanden kilo kul.

Vi skylder dannelsen af biogas til anaerobe bakterier, der aktivt arbejder med at nedbryde organisk råmateriale, såsom gødning fra landbrugsdyr, fugleklatter og affald fra alle slags planter.

I egenproduktion af biogas kan der anvendes fugleklatter og afføring fra små og store husdyr. Råmaterialet kan bruges rent eller som en blanding med græs, blade og gammelt papir.

For at aktivere processen skal der skabes gunstige betingelser for bakteriernes aktivitet. De skal ligne dem, hvor mikroorganismer udvikler sig i en naturlig beholder – i dyrenes mave, hvor det er varmt og uden ilt.

Faktisk er det de to vigtigste betingelser, der bidrager til den mirakuløse omdannelse af rådnende gødningsmasse til miljøvenligt brændstof og værdifuld gødning.

For at producere biogas er der brug for en lufttæt reaktor uden luftadgang, hvor gødningen vil gære og nedbrydes til bestanddele:

• metan (op til 70%);
• kuldioxid (cirka 30%);
• andre gasformige stoffer (1-2%).

De dannede gasser stiger op til toppen af beholderen, hvorfra de pumpes ud, og i bunden bundfælder restproduktet – en højkvalitets organisk gødning, der efter behandlingen har bevaret alle de værdifulde stoffer i gødningen – kvælstof og fosfor – og har mistet en betydelig del af patogene mikroorganismer.

Reaktoren til biogasproduktion skal have en fuldstændig lufttæt konstruktion uden ilt, ellers vil nedbrydningsprocessen af gødningen forløbe ekstremt langsomt.

Den anden vigtige betingelse for effektiv nedbrydning af gødning og biogasdannelse er overholdelse af temperaturforholdene. Bakterierne, der deltager i processen, aktiveres ved temperaturer fra +30 grader.

Desuden indeholder gødningen to slags bakterier:

• Mesofile. Deres aktivitet foregår ved temperaturer på +30 – +40 grader;
• Termofile. For deres formering skal der overholdes en temperatur på +50 (+60) grader.

Behandlingstiden for råmaterialet i anlæg af den første type afhænger af blandingssammensætningen og er mellem 12 og 30 døgn. Her giver 1 liter nyttig reaktorplads 2 liter biobrændstof. Ved brug af anlæg af den anden type reduceres tiden til fremstilling af slutproduktet til tre dage, og mængden af biogas stiger til 4,5 liter.

Effektiviteten af termofile anlæg er tydelig for det blotte øje, men deres vedligeholdelsesomkostninger er også meget høje, så før du vælger en bestemt metode til biogasproduktion, skal du nøje overveje alt.

Selvom effektiviteten af termofile anlæg er mange gange højere, bruges de meget sjældnere, da vedligeholdelse af høje temperaturer i reaktoren medfører store omkostninger.

Drift og vedligeholdelse af mesofile anlæg er billigere, hvorfor de fleste landbrug bruger dem til biogasproduktion.

Biogas er energimæssigt kun lidt ringere end almindeligt gasbrændstof. Dog indeholder det svovlsyrerester, hvis tilstedeværelse skal tages i betragtning ved valg af materialer til anlægskonstruktionen.

Effektivitetsberegninger for biogas

Enkle beregninger hjælper med at vurdere alle fordelene ved at bruge alternativt biobrændstof. En ko på 500 kg producerer cirka 35-40 kg gødning om dagen. Denne mængde er nok til at producere omkring 1,5 m³ biogas, som igen kan generere 3 kWh elektricitet.

Ved hjælp af dataene fra tabellen er det let at beregne, hvor mange m³ biogas der kan produceres baseret på det antal husdyr, der er på landbruget.

Til produktion af biobrændstof kan både en enkelt type organisk råmateriale og blandinger af flere komponenter med en fugtighed på 85-90% anvendes. Det er vigtigt, at de ikke indeholder fremmede kemiske urenheder, som påvirker forarbejdningsprocessen negativt.

Den enkleste opskrift på en blanding blev opfundet tilbage i år 2000 af en russisk mand fra Lipetsk oblast, som med egne hænder byggede et meget simpelt anlæg til biogasproduktion. Han blandede 1500 kg komøg med 3500 kg affald fra forskellige planter, tilsatte vand (cirka 65% af vægten af alle ingredienser) og opvarmede blandingen til 35 grader.

Om to uger er det gratis brændstof klar. Denne lille enhed producerede 40 m³ gas om dagen, hvilket var nok til at opvarme huset og udhusene i et halvt år.

Anlægsmuligheder til biobrændstofproduktion

Efter at have foretaget beregningerne skal du beslutte, hvordan du fremstiller et anlæg for at få biogas i overensstemmelse med dine landbrugsbehov. Hvis husdyrbestanden er lille, er den enkleste variant egnet, som let kan fremstilles af hjemmemidler med egne hænder.

For store landbrug, der har en konstant kilde til store mængder råmateriale, er det hensigtsmæssigt at bygge et industrielt automatiseret biogassystem. I dette tilfælde vil det næppe være muligt at undgå at involvere specialister, der vil udvikle projektet og installere anlægget på professionelt niveau.

Diagrammet viser tydeligt, hvordan det industrielle automatiserede kompleks til produktion af biogas fungerer. Byggeri i sådan skala kan organiseres af flere nabobrug, der ligger i nærheden.

I dag findes der snesevis af virksomheder, der kan tilbyde mange muligheder: fra færdige løsninger til udvikling af et individuelt projekt. For at gøre byggeriet billigere kan du samarbejde med nabobrug (hvis sådanne findes i nærheden) og bygge et fælles anlæg til biogasproduktion.

Det skal bemærkes, at selv til opførelse af et lille anlæg skal du udarbejde de relevante dokumenter, lave et teknologisk diagram, en plan for placering af udstyr og ventilation (hvis udstyret installeres indendørs) samt gennemgå godkendelsesprocedurer med sundheds-, brand- og gasinspektioner.

Et mini-anlæg til gasproduktion til dækning af behovene i en lille privat husstand kan laves i hånden, med udgangspunkt i konstruktionen og specifikationerne for industriel skala anlæg.

Konstruktionerne af anlæg til behandling af gødning og plantemateriale til biogas er ikke komplicerede. Den industrielt fremstillede original er velegnet som skabelon til at bygge dit eget mini-anlæg.

Gør-det-selv-mestre, der beslutter sig for at bygge deres eget anlæg, skal forsyne sig med en vandbeholder, vandrør eller kloakrør af plast, knæk, tætningsmidler og en gasflaske til opbevaring af den producerede gas.

Særlige træk ved biogasanlægget

Et fuldgyldigt biogasanlæg er et komplekst system bestående af:

1. En bioreaktor, hvor nedbrydningsprocessen af gødningen foregår;
2. Et automatiseret system til tilførsel af organiske affaldsstoffer;
3. En anordning til omrøring af biomassen;
4. Udstyr til opretholdelse af optimal temperatur;
5. En gasbeholder – en beholder til opbevaring af gas;
6. En modtager til fast affald.

Alle ovennævnte elementer installeres i industrielle anlæg, der fungerer i automatisk tilstand. Husholdningsreaktorer har som regel en mere forenklet konstruktion.

Diagrammet viser de vigtigste komponenter i et automatiseret biogassystem. Reaktorens volumen afhænger af den daglige tilførsel af organisk råmateriale. For at anlægget kan fungere fuldt ud, skal reaktoren være fyldt til to tredjedele af volumen.

Anlæggets funktionsprincip

Systemets primære element er bioreaktoren. Der findes flere udførelsesvarianter, men hovedpointen er at sikre konstruktionens tæthed og forhindre iltindtrængning. Den kan være udformet som en metalbeholder af forskellig form (oftest cylindrisk), placeret på overfladen. Ofte anvendes 50 kubikmeter tomme brændstoftanke til dette formål.

Man kan købe færdige beholdere med demonterbar konstruktion. Deres fordel er muligheden for hurtig adskillelse og om nødvendigt transport til et andet sted. Industrielle overfladeanlæg er hensigtsmæssige at anvende i store landbrug, hvor der er en konstant tilstrømning af store mængder organisk råmateriale.

Til mindre gårde er en underjordisk placering af tanken mere velegnet. Den underjordiske beholder bygges af mursten eller beton. Man kan nedgrave færdige beholdere, f.eks. tønder af metal, rustfrit stål eller PVC. Det er også muligt at placere dem over jorden udendørs eller i et særligt rum med god ventilation.

Til fremstilling af et biogasanlæg kan man købe færdige PVC-beholdere og installere dem i et rum udstyret med et ventilationssystem.

Uanset hvor og hvordan reaktoren placeres, er den forsynet med en beholder til indlæsning af gødning. Før råmaterialet lastes, skal det gennemgå forberedelse: det knuses til fraktioner på højst 0,7 mm og fortyndes med vand. Ideelt set bør substratets fugtighed være omkring 90%.

Automatiserede industrielle anlæg er udstyret med et råmaterialetilførselssystem, der inkluderer en modtager, hvor blandingen bringes til den nødvendige fugtighed, en rørledning til vandforsyning og en pumpe til at overføre massen til bioreaktoren.

I hjemmeanlæg bruges separate beholdere til substratforberedelse, hvor affaldet knuses og blandes med vand. Derefter læsses massen i modtageafdelingen. I reaktorer placeret under jorden føres substratbeholderen ud, og den forberedte blanding løber ved tyngdekraft gennem rørledningen ind i gæringskammeret.

Hvis reaktoren er placeret på jorden eller indendørs, kan indløbsrøret med modtageanordningen placeres i den nederste side af beholderen. Det er også muligt at føre røret ud i den øverste del og sætte en tragt på halsen. I dette tilfælde skal biomassen tilføres ved hjælp af en pumpe.

I bioreaktoren skal der også være et udløbshul, som laves praktisk talt i bunden af beholderen på den modsatte side af indløbsbeholderen. Ved underjordisk placering installeres udløbsrøret skråt opad og fører til en affaldsmodtager, der har form som en rektangulær kasse. Dens øverste kant skal være lavere end indløbsåbningens niveau.

Indløbs- og udløbsrør placeres skråt opad på forskellige sider af beholderen, mens kompensationsbeholderen, som affaldet løber ind i, skal være lavere end modtagebeholderen.

Processen forløber som følger: indløbsbeholderen modtager en ny portion substrat, som flyder ned i reaktoren, samtidig løftes samme mængde brugt masse gennem et rør op til affaldsmodtageren, hvorfra det senere opsamles og bruges som højkvalitets biogødning.

Opbevaring af biogas sker i en gasbeholder. Oftest er den placeret direkte på reaktorens tag og har form som en kuppel eller kegle. Den er lavet af tagjern og malet med flere lag oliemaling for at forhindre korrosion.

I industrielle anlæg, der er beregnet til at producere store mængder gas, udføres gasbeholderen ofte som en separat tank forbundet til reaktoren med en rørledning.

Den gas, der produceres ved gæring, er ikke egnet til brug, da den indeholder store mængder vanddamp og derfor ikke vil brænde. For at rense den for vandfraktioner ledes gassen gennem en vandlås. Dette gøres ved at føre et rør fra gasbeholderen, hvorigennem biogas strømmer ind i en beholder med vand, og derfra føres den gennem et plast- eller metalrør til forbrugerne.

Diagram over et underjordisk anlæg. Ind- og udløbsåbningerne skal være placeret på modsatte sider af beholderen. Over reaktoren er der en vandlås, hvorigennem den producerede gas ledes for at tørres.

I nogle tilfælde bruges specielle gasbeholderposer af polyvinylchlorid til gasopbevaring. Poserne placeres ved siden af anlægget og fyldes gradvist med gas. Når de fyldes, udvider det elastiske materiale sig, og posernes volumen øges, så der midlertidigt kan opbevares en større mængde slutprodukt om nødvendigt.

Betingelser for effektiv drift af bioreaktoren

For effektiv drift af anlægget og intensiv produktion af biogas er det nødvendigt med ensartet gæring af det organiske substrat. Blandingen skal være i konstant bevægelse. Ellers dannes der en skorpe, nedbrydningsprocessen bremses, og der produceres mindre gas end oprindeligt beregnet.

For at sikre aktiv omrøring af biomassen installeres der i den øvre eller laterale del af en standardreaktor nedsænkede eller skrå omrørere med elektrisk drev. I hjemmelavede anlæg foretages omrøringen mekanisk ved hjælp af en enhed, der ligner en almindelig håndmixer. Den kan betjenes manuelt eller forsynes med elektrisk drev.

Ved lodret placering af reaktoren føres omrørerens håndtag ud i den øvre del af anlægget. Hvis beholderen er placeret vandret, er skruen også vandret, og håndtaget sidder på siden af bioreaktoren.

En af de vigtigste betingelser for at opnå biogas er at opretholde den nødvendige temperatur i reaktoren. Opvarmning kan ske på flere måder. I stationære anlæg anvendes automatiserede varmesystemer, der aktiveres, når temperaturen falder under det indstillede niveau, og deaktiveres, når den nødvendige temperatur er nået.

Til opvarmning kan du bruge gasfyr, foretage direkte opvarmning med elektriske varmeapparater eller indbygge et varmeelement i bunden af beholderen.

For at reducere varmetab anbefales det at bygge en lille ramme omkring reaktoren med et lag glasuld eller isolere anlægget med varmeisolering. Ekspanderet polystyren og andre lignende materialer har gode varmeisolerende egenskaber.

For at etablere et varmesystem til biomassen kan du føre en rørledning fra husets opvarmning, som forsynes fra reaktoren

Bestemmelse af det nødvendige volumen

Reaktorens volumen bestemmes ud fra den daglige mængde gødning, der produceres på bedriften. Der skal også tages hensyn til råmaterialetypen, temperaturforholdene og gæringstiden. For at anlægget kan fungere fuldt ud, fyldes beholderen til 85-90 % af volumen, mindst 10 % skal forblive frit til gasudslip.

Nedbrydningsprocessen for organisk materiale i et mesofilt anlæg ved en gennemsnitstemperatur på 35 grader varer fra 12 døgn, hvorefter de fermenterede rester fjernes, og reaktoren fyldes med en ny portion substrat. Da affaldet fortyndes med vand til 90 % før det sendes til reaktoren, skal væskemængden også tages i betragtning ved bestemmelse af den daglige belastning.

Baseret på de angivne parametre vil reaktorens volumen være lig med den daglige mængde forberedt substrat (gødning med vand) ganget med 12 (tiden, der kræves til nedbrydning af biomassen) og forøget med 10 % (beholderens frie volumen).

Bygning af en underjordisk konstruktion

Lad os nu tale om det enkleste anlæg, der gør det muligt at opnå biogas derhjemme med minimale omkostninger. Overvej opførelsen af et underjordisk system. For at fremstille det skal du grave en grube, og dens bund og vægge støbes med armeret letbeton.

På modsatte sider af kammeret placeres indløbs- og udløbsåbninger, hvori der monteres skrå rør til tilførsel af substrat og udpumpning af brugt masse.

Udløbsrøret med en diameter på ca. 7 cm skal være placeret næsten i bunden af beholderen, den anden ende monteres i en rektangulær kompensationsbeholder, hvortil affaldet pumpes. Rørledningen til tilførsel af substrat placeres cirka 50 cm fra bunden og har en diameter på 25-35 cm. Den øverste del af røret går ind i rummet til modtagelse af råmateriale.

Reaktoren skal være helt tæt. For at undgå luftindtrængning skal beholderen dækkes med et lag bitumen fugtisolering.

Den øverste del af bunkeren er en gasklokke med kuppel- eller konisk form. Den fremstilles af metalplader eller tagplader. Man kan også afslutte konstruktionen med murværk, som derefter beklædes med stålnet og pudses ovenpå. På toppen af gasklokken skal der laves en tæt luge, føres et gasrør gennem en vandlås, og monteres en ventil til trykaflastning.

Til blanding af substratet kan anlægget udstyres med et drænsystem, der fungerer efter bobleprincippet. Fastgør lodret plastrør inde i konstruktionen, så deres overkant er over substratlaget. Lav mange huller i dem. Gas under tryk vil bevæge sig nedad, og når den stiger op, vil gasboblerne blande biomasen i beholderen.

Hvis du ikke ønsker at bygge en betonbunker, kan du købe en færdig PVC-beholder. For at bevare varmen skal den isoleres rundt om med et lag termisk isolering – polystyren. Bunden af graven støbes med armeret beton i et lag på 10 cm. PVC-beholdere kan bruges, hvis reaktorvolumen ikke overstiger 3 m³.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Hvordan du laver det simpleste anlæg af en almindelig tønde, kan du se i videoen:

Hvordan opførelsen af en underjordisk reaktor foregår, kan du se i videoklippet:

Hvordan gødning læsses i det underjordiske anlæg, vises i følgende video:

Anlægget til biogasproduktion fra gødning vil give betydelige besparelser på varme- og elomkostninger og omdanne organisk materiale, som findes i overflod på enhver landbrugsejendom, til en god sag. Før byggeriet påbegyndes, skal alt nøje beregnes og forberedes.

Den simpleste reaktor kan laves på få dage med egne hænder ved hjælp af tilgængelige materialer. Hvis landbruget er stort, er det bedst at købe et færdigt anlæg eller kontakte fagfolk.

Hvis du har spørgsmål eller forslag, som du vil dele med besøgende på siden, så efterlad venligst en kommentar i boksen nedenfor.