Biogasanlæg til privatbolig: anbefalinger til indretning af gør det selv-løsning

Den sparsommelige boligejer drømmer om billige energikilder, effektiv affaldshåndtering og gødningsproduktion. Et hjemmebiogasanlæg, du selv bygger, er en billig måde at gøre drømmen til virkelighed.

Selv at samle sådant udstyr koster fornuftige penge, og den producerede gas vil være en god hjælp i husholdningen: den kan bruges til madlavning, opvarmning af huset og andre formål.

Lad os prøve at forstå det særlige ved dette udstyrs funktion, dets fordele og ulemper. Og også om det er muligt selv at bygge et biogasanlæg, og om det vil være effektivt.

Det særlige ved biogasproduktion

Biogas dannes ved gæring af et biologisk substrat. Det nedbrydes af hydrolyse-, syre- og metandannende bakterier. Blandingen af gasser, bakterierne producerer, er brændbar, da den indeholder en stor procentdel metan.

I sine egenskaber adskiller den sig næsten ikke fra naturgas, der anvendes til industrielle og husholdningsbehov.

Hvis du som husejer ønsker det, kan du købe et industrielt fremstillet biogasanlæg, men det er dyrt, og investeringen tjener sig hjem i løbet af 7-10 år. Derfor giver det mening at gøre en indsats og bygge en bioreaktor selv.

Biogas er et miljøvenligt brændstof, og teknologien til at producere det påvirker ikke miljøet i særlig grad. Desuden bruges affald fra husdyr og mennesker, som alligevel skal bortskaffes, som råstof til biogas.

De anbringes i en bioreaktor, hvor forarbejdningen finder sted:

• I nogen tid udsættes biomassen for bakterier. Gæringstiden afhænger af mængden af råmateriale;
• Som et resultat af anaerobe bakteriers aktivitet frigives en brændbar gasblanding, der består af metan (60 %), kuldioxid (35 %) og visse andre gasser (5 %). Under gæringen frigives også små mængder af det potentielt farlige svovlbrinte. Det er giftigt, og det er derfor særdeles uønsket, at mennesker udsættes for det;
• Gasblandingen fra bioreaktoren renses og ledes til en gasbeholder, hvor den opbevares, indtil den skal bruges;
• Gassen fra gasbeholderen kan bruges på samme måde som naturgas. Den leveres til husholdningsapparater – gaskomfurer, varmekedler osv.;
• Den nedbrudte biomasse skal regelmæssigt fjernes fra fermentatoren. Det kræver ekstra arbejde, men indsatsen betaler sig. Efter gæringen bliver råmaterialet til en førsteklasses gødning, der kan bruges på marker og i køkkenhaver.

Et biogasanlæg er kun rentabelt for dig som privat husejer, hvis du har konstant adgang til affald fra husdyrbrug. I gennemsnit kan du få 70-80 m³ biogas fra 1 m³ substrat, men gasproduktionen er ujævn og afhænger af mange faktorer, bl.a. temperaturen på biomassen. Det gør beregningerne vanskelige.

Biogasanlæg er ideelle til landbrug. Affald fra husdyr kan give nok gas til fuld opvarmning af boliger og driftsbygninger.

For at sikre en stabil og kontinuerlig gasproduktion er det bedst at bygge flere biogasanlæg og tilsætte substrat til fermentatorerne med tidsforskydning. Sådanne anlæg arbejder parallelt, og råmaterialet lægges i dem efter tur.

Dette garanterer en konstant gasproduktion, så man kan opnå en uafbrudt forsyning til husholdningsapparaterne.

Ideelt set bør bioreaktoren opvarmes. Hver 10 graders varme fordobler gasproduktionen. Selvom det kræver investeringer at etablere opvarmning, betaler det sig gennem konstruktionens større effektivitet.

Hjemmelavet biogasudstyr, samlet af tilgængelige materialer, er meget billigere end industrielt fremstillede anlæg. Dets effektivitet er lavere, men svarer fuldt ud til de investerede midler. Hvis man har adgang til gødning og viljen til at yde en egen indsats for at samle og vedligeholde konstruktionen, er det meget fordelagtigt.

Fordele og ulemper ved systemet

Biogasanlæg har mange fordele, men også tilstrækkeligt med ulemper, så før man begynder at projektere og bygge, bør man veje alt:

• Affaldshåndtering. Takket være et biogasanlæg kan man få maksimal nytte af affald, som man alligevel ville skulle slippe af med. Denne håndtering er mindre farlig for miljøet end at begrave affald.
• Fornybarhed af råmateriale. Biomasse er ikke som kul eller naturgas, hvis udvinding tømmer ressourcebeholdningerne. Ved landbrug opstår råmaterialet konstant.
• Relativt lille mængde CO2. Ved gasproduktionen forurenes miljøet ikke, men ved brug af gassen udledes en lille mængde kuldioxid. Den er ikke farlig og kan ikke ændre økologien kritisk, da den optages af planter under vækst.
• Moderat svovludledning. Ved afbrænding af biogas frigives en lille mængde svovl til atmosfæren. Dette er negativt, men dets omfang ses i sammenligning: ved afbrænding af naturgas er forureningen med svovloxider meget større.
• Stabil drift. Biogasproduktion er mere stabil end drift af solpaneler eller vindmøller. Hvis sol- og vindenergi ikke kan styres, så afhænger biogasanlæg af menneskelig aktivitet.
• Man kan bruge flere anlæg. Gas er altid forbundet med risici. For at reducere potentiel skade ved et uheld kan man sprede flere biogasanlæg på grunden. Hvis man korrekt designer og samler et system af flere fermentatorer, vil det fungere mere stabilt end én stor bioreaktor.
• Fordele for landbruget. For at opnå biomasse planter man visse plantearter. Man kan vælge sådanne, der forbedrer jordbundens tilstand. For eksempel reducerer sorghum jorderosion og forbedrer jordkvaliteten.

Biogas har også ulemper. Selvom det er et relativt rent brændstof, forurener det alligevel atmosfæren. Der kan også opstå problemer med leverancer af plantebiomasse.

Uansvarlige ejere af anlæg høster det ofte på en måde, der udtømmer jorden og forstyrrer den økologiske balance.

Beregning af anlæggets rentabilitet

Som råmateriale til biogasproduktion bruges typisk kogødning. En voksen ko kan give nok til at levere 1,5 m³ brændstof; en gris – 0,2 m³; en høne eller kanin (afhængigt af kropsvægt) – 0,01-0,02 m³. For at forstå, om det er meget eller lidt, kan man sammenligne med mere velkendte ressourcer.

1 m³ biogas giver samme mængde termisk energi som:

• Brænde – 3,5 kg;
• Kul – 1-2 kg;
• Elektricitet – 9-10 kWh.

Hvis man kender den omtrentlige vægt af landbrugsaffald, der vil være tilgængeligt i de kommende år, og den nødvendige mængde energi, kan man beregne rentabiliteten af biogas-anlægget.

En af de største ulemper ved biogasudvinding er lugten. Muligheden for at bruge små kompostbunker er en stor fordel, men man må affinde sig med ulemperne og nøje kontrollere processen for ikke at fremme spredning af sygdomsfremkaldende mikroorganismer.

Til fyldning af bioreaktoren forbereder man et substrat, der indeholder flere komponenter i følgende proportioner:

• Gødning (helst ko- eller svinegødning) – 1,5 t;
• Organisk affald (det kan være rådne blade eller andre plantebaserede komponenter) – 3,5 t;
• Vand opvarmet til 35 grader (mængden af varmt vand beregnes sådan, at dets masse udgør 65-75% af den samlede mængde organisk materiale).

Substratberegningen er lavet til én fyldning i et halvt år, baseret på et moderat gasforbrug. Efter cirka 10-15 dage vil fermenteringsprocessen give de første resultater: der vil komme små mængder gas, som begynder at fylde lageret. Efter 30 dage kan man forvente fuld produktion af brændstof.

Udstyr til produktion af biogas er endnu ikke særlig udbredt i vores land. Det skyldes i høj grad, at folk er dårligt informeret om fordelene og funktionerne ved biogas-systemer. I Kina og Indien er mange små landbrug udstyret med hjemmelavede anlæg til at producere ekstra rent brændstof.

Hvis anlægget fungerer korrekt, vil mængden af biogas gradvist stige, indtil substratet er rådnet helt. Anlæggets ydeevne afhænger direkte af biomasseudrådningshastigheden, som igen er forbundet med substratets temperatur og fugtighed.

Vejledning til selvværksbyggeri

Hvis man ikke har erfaring med at samle komplekse systemer, giver det mening at finde eller udvikle den simpleste tegning af et biogasanlæg til et privat hus.

Jo enklere konstruktion, desto mere pålidelig og holdbar er den. Senere, når man har fået færdigheder i byggeri og håndtering af systemet, kan man ombygge udstyret eller montere et ekstra anlæg.

I dyre konstruktioner af industriel produktion er der indbygget systemer til blanding af biomasse, automatisk opvarmning, gasrensning osv. Husholdningsudstyr er ikke så kompliceret. Det er bedre at samle et simpelt anlæg og derefter tilføje de elementer, der bliver nødvendige.

Ved beregning af fermenteringskammerets volumen bør man sigte efter 5 m³. Et sådant anlæg kan producere den mængde gas, der er nødvendig for at opvarme et privat hus på 50 m², hvis der bruges en gaskedel eller -ovn som varmekilde.

Dette er et gennemsnitstal, da biogassens brændværdi normalt ikke overstiger 6000 kcal/m³.

For at fermenteringsprocessen kan forløbe nogenlunde stabilt, skal man opnå den rette temperatur. Derfor installeres bioreaktoren i en jordgrav, eller man planlægger på forhånd en pålidelig varmeisolering. Konstant opvarmning af substratet kan sikres ved at føre et vandvarmerør under fermenteringskammerets fundament.

Byggeriet af et biogasanlæg kan opdeles i flere faser.

Trin 1 – forberedelse af grav til bioreaktor

Stort set hele biogasanlægget er under jorden, så meget afhænger af, hvordan gruben er gravet og beklædt. Der er flere muligheder for at forstærke væggene og tætne gruben – plastik, beton, polymerringe.

Den optimale løsning er at købe færdige polymerringe med blind bund. De er dyrere end improviserede materialer, men kræver ikke yderligere tætning. Polymerer er følsomme over for mekanisk belastning, men tåler fugt og kemisk aggressive stoffer. De kan ikke repareres, men kan om nødvendigt let udskiftes.

Intensiteten af substratets gæring og gasudbyttet afhænger af forberedelsen af bioreaktorens vægge og bund, derfor forstærkes, isoleres og tætnes gruben omhyggeligt. Dette er det mest komplekse og tidskrævende arbejdstrin.

Trin 2 – etablering af gasdræn

Køb og installation af specielle omrørere til biogasinstallationer er en dyr fornøjelse. Systemet kan billiggøres ved at etablere et gasdræn. Det består af vertikalt installerede polymer kloakrør, hvori der er lavet mange huller.

Ved beregning af drænrørenes længde skal man tage højde for den planlagte fyldningsdybde i bioreaktoren. Rørenes øvre dele skal være over dette niveau.

Til gasdræn kan man vælge metal- eller polymerrør. Førstnævnte er stærkere, mens sidstnævnte er mere modstandsdygtige over for kemisk påvirkning. Det er bedst at vælge polymerer, da metal hurtigt ruster og rådner.

I den færdige bioreaktor kan substratet straks fyldes i. Det dækkes med plastfolie, så den gas, der frigives under gæringen, holdes under let tryk. Når kuplen er klar, sikrer dette en normal tilførsel af biometan gennem afledningsrøret.

Trin 3 – montering af kuppel og rør

Det sidste trin i samlingen af en simpel biogasinstallation er montering af den øvre kuppeldel. Øverst på kuplen monteres et gasafledningsrør, som føres til en gastank, som er uundværlig.

Bioreaktorens beholder lukkes med et tæt låg. For at forhindre blanding af biometan med luft etableres en vandlås. Den tjener også til gasrensning. Der skal være en aflastningsventil, der aktiveres, hvis trykket i fermentoren bliver for højt.

Læs mere om, hvordan man laver biogas af gødning i dette materiale.

Bioreaktorens frie rum fungerer til en vis grad som gaslager, men det er ikke tilstrækkeligt til sikker drift af anlægget. Gassen skal forbruges konstant, ellers kan der opstå eksplosion på grund af overtryk under kuplen.

Metoder til opvarmning af bioreaktor

Mikroorganismer, der nedbryder substratet, findes altid i biomassen, men for intensiv formering kræves en temperatur på 38 grader eller højere.

Til opvarmning i den kolde periode kan man bruge en spiral, der er tilsluttet husets varmesystem, eller elektriske varmeapparater. Den første metode er økonomisk mere fordelagtig, så den bruges oftest.

Det er ikke nødvendigt at nedgrave biogasanlægget i jorden; der er andre indretningsmuligheder. Et eksempel på et system samlet af tønder er vist i videoen nedenfor.

Det er lettest at indrette opvarmning nedefra ved at lægge et rør fra varmesystemet, men effektiviteten af en sådan varmeveksler er relativt lav. Det er bedre at indrette ekstern opvarmning, ideelt set med damp, så biomassen ikke overophedes.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Selvom der ikke er noget kompliceret ved samling og installation af biogasanlæg, skal man være yderst opmærksom på detaljer. Fejl er uacceptable, da de kan føre til eksplosioner og ødelæggelser. Vi tilbyder videoinstruktioner, der hjælper med at forstå anlæggets opbygning, samle dem korrekt og supplere med nyttige redskaber til mere bekvem brug af biogas.

Videoen fortæller, hvordan et standard biogasanlæg er opbygget og fungerer:

Eksempel på et hjemmelavet biogasanlæg. Videolektion i at indrette systemet selv:

Videoinstruktion til samling af biogasanlæg fra en tønde:

Beskrivelse af fremstillingsprocessen for omrørere til substrat:

Detaljeret beskrivelse af funktionen af et hjemmelavet gaslager:

Uanset hvor enkel det valgte biogasanlæg til et privat hus er, bør man ikke spare på det. Hvis muligt, er det bedre at købe en demonterbar bioreaktor af industriel produktion.

Hvis ikke – fremstil det af kvalitets- og holdbare materialer: polymerer, beton eller rustfrit stål. Det vil skabe et virkelig pålideligt og sikkert gasforsyningssystem til huset.

Har du spørgsmål til artiklen, fundet mangler eller har værdifuld information, du kan dele med vores læsere? Efterlad venligst dine kommentarer, stil spørgsmål, del erfaringer.