Dvēseles permakultūra

Kas ir biogāze?

 

Arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta netradicionāliem – no tehniskā viedokļa – enerģijas avotiem: saules enerģijai, paisumu un viļņu enerģijai, citām. Dažas no tām – piemēram, vēja – tika plaši izmantota jau pagātnē, bet šodien piedzīvo atdzimšanu. Viena no “aizmirstajām” izejvielām ir biogāze, kas izmantota jau senajā Ķīnā un nesen “atklāta” par jaunu.

 

Kas ir biogāze? Šo terminu attiecina uz gāzveida produktu, kas tiek iegūts anaerobās, t.i. tādas, kas notiek bez gaisa klātbūtnes, fermentācijas ceļā no dažādas izcelsmes organiskām vielām. Katrā zemnieku saimniecībā gada laikā tiek saražots ievērojams daudzums kūtsmēslu, augu atlieku, dažādu atkritumu. Parasti pēc satrūdēšanas tie tiek izmantoti kā organiskais mēslojums. Bet tikai daži cilvēki zina, cik daudz biogāzes un siltuma atbrīvojas fermentācijas procesa laikā. Šī enerģija var būt ļoti noderīga lauku iedzīvotāju ikdienā.

Biogāze – gāzu maisījums. Tās galvenās sastāvdaļas ir: metāns (CH4), – 55-70%, un oglekļa dioksīds (CO2) – 28-43%, kā arī ļoti neliels daudzums citu gāzu, piemēram, – sērūdeņraža (H2S).

 

Vidēji 1 kg organisko vielu,kas bioloģiski noārdās par ~70%, rada 0,18 kg metāna , 0,32 kg oglekļa dioksīda, 0,2 kg ūdens un 0,3 kg cietās atliekas.

 

Faktori, kas ietekmē biogāzes ražošanu

 

Tā kā organisko atkritumu sadalīšanās ir saistīta ar dažāda veida baktēriju darbošanos, vides apstākļu ietekme ir būtiska. Tā piemēram, ģenerētās gāzes apjoms lielā mērā ir atkarīgs no temperatūras – jo augstāka temperatūra, jo lielāks fermentācijas ātrums un izejmateriāla fermentēšanās pakāpe. Šī iemesla dēļ, iespējams, pirmās biogāzes stacijas parādījās valstīs ar siltu klimatu. Tomēr izmantot uzticamu izolāciju, un nepieciešamības gadījumā karsto ūdeni, biogāzes ģeneratoru būvniecība iespējama arī teritorijās, kur ziemas temperatūra nokritīsies līdz – 20 °. Ir dažas prasības izejvielas kvalitātei: tai jābūt piemērotai baktēriju attīstībai, tātad jāsatur bioloģiski noārdāmas organiskās vielas un ūdeni lielā daudzumā (90-94%). Vēlams, lai, vide būtu vidēji neitrāla un nesaturētu vielas, kas kavē baktēriju darbību, piemēram, ziepes, mazgāšanas līdzekļus, antibiotikas.

 

Biogāzes iegūšanai var izmantot lielsaimniecībās iegūtos augu atkritumus, kūtsmēslus, notekūdeņus, utt.. Fermentācijas šķidrumam rezervuārā ir tendence dalīties trijās daļās. – augšējais slānis – garoza veidojas no lielām daļiņām, pēc kāda laika var kļūt diezgan cieta, apgrūtinot gāzes burbuļu augšupeju un izdalīšanos no fermentējamās masas. Fermentatora vidusdaļā uzkrājas šķidrums, un zemāka, dubļveidīgā frakcija veido nogulsnes.

 

Baktērijas ir visaktīvākās vidējā zonā. Tāpēc tvertnes saturs ir periodiski jamaisa – vismaz vienu reizi dienā, un, vēlams – ne vairāk kā sešas reizes. Maisīšanu var veikt ar mehāniskiem līdzekļiem, hidrauliskiem līdzekļiem ( ar sūkni), gaisa sistēmas spiedienu (izmantojot daļēji pārstrādātu biogāzi), vai izmantojot citas metodes.

 

Biogāzes stacijas

 

Aprakstīsim dažus vidēja un maza mēroga modeļus, kuri būvēti un izmēģināti dažādās Austrumeiropas un Krievijas teritorijās.

 

Piemērs nr.1.

Fermentācijas reaktors atrodas bedrē ar diametru apmēram 4 m un dziļumu 2 m (tilpums apmēram 25 m3), iekšpuse izklāta ar jumta dzelzs plāksnēm, divreiz metinātām: vispirms ar elektrisko metināšanu, un pēc tam, drošības pēc, ar gāzi. Aizsardzībai pret koroziju tvertnes iekšējās virsmas tiek pārklāta ar bituma mastiku. Ārpus fermentatora augšējās malas ir izgatavots betona gredzenveida grāvītis, kura dziļums ir aptuveni 1 m, veicot ūdens aizvara funkciju: šajā gropē, kas piepildīta ar ūdeni , slīd kupola augšējā daļa, tādejādi nodrošinot hermētisku tvertnes aizvēršanu. Kupola augstums ir apmēram 2,5 m – veidots no 2mm tērauda loksnes. Tā augšējā daļā arī krājas gāze.

 

Šī projekta autors izvēlējās iespēju savākt gāzi, atšķirībā no citām sistēmām, izmantojot caurules, kas atrodas iekšpusē fermentatora un kam ir trīs pazemes atzarojumu – uz trīs zemnieku saimniecībām. Ūdens blīvējuma gropē ir caurtekošs, kas novērš apledojumu ziemā. (projekts atrodas Rumānijā)

 

Fermentācijas reaktorā ielādē apmēram 12 m3 svaigus kūtsmēslus, tiem pāri pārlejot govs urīnu (nepievienojot sodu). Ģenerators sāk strādāt 7 dienas pēc piepildīšanas.

 

Piemērs nr.2.

Līdzīga ir iekārta, kas darbojas Dienvidurālos. Tās fermentācijas reaktors iebūvēts bedrē, kam ir 2×2 m kvadrātveida šķērsgriezums un dziļums apmēram 2,5 m. Šahta izklāta ar 10-12 cm biezām dzelzsbetona plātnēm, apmestas ar cementu un pārklātas ar piķi. Ūdens gropes dziļums ārējā gredzenā apmēram 50 cm, arī veidots no betona, kupols metinātas no jumta dzelzs un tam ir četras “ausis”, lai brīvi slīdētu uz četriem vertikāliem stieņiem, uzstādītiem betona tvertnes stūros. Kupols ir aptuveni 3 m augsts, 0,5 m no augstuma ir iegremdēts rievā.

 

Pirmo reizi aizpildot fermentatoru tika pielādēts 8 m3 svaigu govs mēslu, un aptuveni 400 litri govs urīnu. Pēc 7-8 dienām instalācija jau pilnībā nodrošināja īpašniekus ar gāzi.

 

Piemērs nr.3.

Iepriekšejam analoģists gāzes ģenerators tajā pašā reģionā paredzēts 6 m3 mēslu uzkrāšanai – izmantoti sajaukti mēsli (no govīm, aitām un cūkām). Ar šādu apjomu pietika, lai nodrošinātu normālu darbību gāzes plītij ar trim degļiem un krāsnij.

 

Piemērs nr.4.

Tehnoloģiski interesants piemērs: blakus fermentācijas reaktoram novietotas trīs lielās traktoru kameras savienotas savā starpā, pievienotas reaktoram caur T-veida šļūten. Naktī, kad biogāze netiek izmantota, tā uzkrājas kupolā, tāpēc var rasties briesmas, ka var notikt kupola pārspiediena apgāšanās. Gumijas tvertne kalpo gāzes rezerves tvertne. Fermentatora izmēri ir 2X2X1, 5 m. Tas pietiekams diviem degļiem, bet palielinot efektivitāti ar gumijas tvertnes sistēmu, kuras tilpums ir 1 m3 biogāzes, var uzkrāt pietiekami gāzes mājokļa apkurei. Šīs iekārtas īpatnība – kupols ar Ø138 cm un augstumu 150 cm izgatavots no gumijota auduma, ko izmanto, lai ražotu piepūšamās laivas. Fermentācijas reaktors ir metāla tvertne Ø140×300 cm un tā tilpums ir 4,7 m3. Kupols iedziļināts fermentatorā atrodošajos mēslos dziļumā, kas nav mazāks par 30 cm, lai nodrošinātu hidraulisko barjeru biogāzes izkļūšanai atmosfērā. Uzbriestošās tvertnes augšējā daļā iemontēts krāns, kas savienots ar šļūteni – par to gāzi piegādā gāzes plītij ar trim degļiem un boilerim ūdens sildīšanai. Lai nodrošinātu optimālus apstākļus bioreaktorā, mēslus jauc ar karstu ūdeni. Iekārta uzrādīja labākos rezultātus pie mitruma līmeņa 90% un temperatūras 30-35 °.

 

Iekārtas nodrošināšanai ar siltumu aukstajos mēnešos var izmantot bioreaktora radīto siltumnīcas efektu. Virs iekārtas tiek veidots metāla rāmis, kas tiek pārklāts ar plastmasas plēvi: nelabvēlīgos laika apstākļos tas tur siltumu un ļauj ievērojami paātrināt biomasas sadalīšanās procesu.

 

 

Praktiski padomi

 

Kā jau minēts, izšķiroša loma fermentācijas procesa attīstībā ir temperatūrai: paceļot izejvielas temperatūru no 15 līdz 20 ° var divkāršot enerģijas ražošanu. Tāpēc daļa mazo biogāzes ģeneratoru mērenājā klimatā izmanto īpašas apkures sistēmas, lai gan lielākā daļa spēkstaciju nav aprīkoti ar tām – tās izmanto tikai siltumenerģiju, kas rodas organisko vielu sadalīšanās procesā. Viens no svarīgākajiem nosacījumiem, lai nodrošinātu normālu bioreaktora darbību, ir droša izolācija. Turklāt nepieciešams, lai tiktu samazināti siltuma zudumi tīrīšanas un fermentatora konteinera uzpildes laikā.

 

Jāatceras arī par nepieciešamību uzturēt bioķīmisko līdzsvaru fermentējamā masā. Dažreiz baktērijas saražo skābes ātrāk kā otras grupas baktērijas tās spēj patērēt. Šajā gadījumā, skābums masā palielinās, un biogāzes ražošana samazinās. Situāciju var novērst ar izejvielu ikdienas porcijas samazinājumu, vai nu paaugstinot tās šķīdību (ja iespējams, karstā ūdens), vai arī, galu galā, pievienojot neitralizācijas līdzekļus – piemēram, dzēsto kaļķi vai dzeramo sodu.

 

Biogāzes ražošana var samazināties, ja tiek izjauktas attiecības starp oglekli un slāpekli. Šajā gadījumā, fermentācijas reaktorā tiek ievadītas vielas, kas satur slāpekli, – govju urīna vai nelielu daudzumu amonija sāls, ko parasti izmanto kā ķīmisko mēslojumu (50-100 g uz 1 m3 masas).

 

Jāatceras, ka augstais mitrums un sērūdeņraža klātbūtne (tā saturs biogāzē var sasniegt 0.5%) stimulē koroziju reaktora metāla daļām. Tāpēc bioreaktoru būtu regulāri un rūpīgi jāuzrauga, lai aizsargātu bojāto vietu: labākais aizsargs ir svina mīnijs – vienā vai divās kārtās, un pēc tam vēl divi slāņi jebkuras eļļas krāsas.

 

Augšējā kupola daļā vēlams paredzēt manometra uzstādīšanu, lai spētu konstatēt uzkrātās biogāzes daudzumu.

 

Pieredze rāda, ka sistēmas, kurās kā izejvielu izmanto dažādu organisko vielu maisījumu dod vairāk biogāzes, nekā tad, ja fermentatorā tiek pildīts vienveidīgs bioloģiskais materiāls. Mitruma daudzumu ieteicams mazliet samazināt ziemā (līdz 88-90%) un palielināt vasarā (92-94%)., Atšķaidīšanai izmantot vēlams siltu ūdeni (vēlams 35-40 °). Izejvielas tiek padotas pa porcijām, vismaz vienu reizi dienā. Pēc pirmās iepildes fermentācijas reaktors bieži sākumā saražo biogāzi, kas satur vairāk nekā 60% oglekļa dioksīda, un tāpēc tā nedeg. Šī gāze tiek nopludināta atmosfērā, un pēc 1-3 dienām ierīce darbojas normāli.

Prototipi un paraugi:

Šobrīd projekta ietvaros tiek pārbaudīts iekārtas darbs izmantojot dažādus izejvielu maisījumus ar šādu iekārtu:

Tās radītās gāzes uzkrāšana pagaidām notiek cilindrā, bet paredzēts pārbaudīt arī iespēju uzkrāt to balonos.

 

Tālāk parādīts princips lielākai (1 m3) iekārtai, kura varētu jau būt noderīga virtuves vajadzībām lauku saimniecībā, vēl gan nenodrošinot iespēju apkurei, tomēr tās kopējās instalēšanas izmaksas iekļautos 200-300 EUR, kas varētu radīt interesi Latviajs lauku iedzīvotājos: