Презентація "Виробництво біогазу"

ВИРОБНИЦТВО БІОГАЗУ Міні-проект до уроків хімії 10 клас Учитель Загурська Н.І.

АКТУАЛЬНІСТЬ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ Людство зіткнулось із результатами своєї руйнівної діяльності: традиційні джерела енергії вичерпуються, зростає вартість їх видобування, довкілля забруднюється, руйнується біосфера, утворюється надмірна кількість органічних відходів промислового, сільськогосподарського та побутового походження. Одним зі способів подолання цих проблем є активне використання відновлювальних джерел енергії (ВДЕ), зокрема біоенергетики. Щороку в Україні споживається майже 200 млн т умовного палива, натомість видобуток із природних джерел становить лише 80 млн т. За такого балансу власної та імпортованої сировини потенційним ресурсом енергії є біопаливо (деревина, солома, ефіри ріпакової олії, спирти, біогаз тощо). Одним з інноваційних напрямів енергозбереження є використання біологічних видів енергії, сировину для отримання яких постачає сільське господарство. Виробництво і використання біогазу - це не тільки отримання альтернативного виду енергії, а і вирішення екологічних проблем, пов'язаних з утилізацією і переробкою відходів АПК і з отриманням органічних добрив, підвищенням врожайності сільськогосподарських культур, відтворенням родючості ґрунтів.

ЩО ТАКЕ БІОГАЗ? Біогаз - газ, який утворюється при мікробіологічному розкладанні біомаси під впливом трьох видів бактерій ( різних твердих і рідких органічних відходів: на звалищах, болотах, каналізації, вигрібних ямах тощо). Добувають біогаз із відходів тваринництва, харчової промисловості, стічних вод та твердих побутових відходів Тобто, застосовувати можна будь-які місцеві природні ресурси. Склад газу нестабільний і залежить від багатьох факторів. Склад біогазу: 55-75% метану, 25-45% СО2, незначні домішки водню (Н2) і сірководню (Н2S), азоту, ароматичних вуглеводнів, галогено-ароматичних вуглеводнів.

Біогаз - газ, отриманий з біомаси, що використовується як паливо. Виробництво енергії з біогазу не шкідливе для оточуючого   середовища,  оскільки  не спричиняє  значне виділення  парникового газу  СО2   і  зменшує  кількість  органічних відходів. На відміну від енергії вітру і сонячного  випромінювання, біогаз можна отримувати незалежно від  кліматичних і погодних умов, а  на відміну від викопних джерел енергії біогаз в Україні має дуже великий відновлюваний потенціал.

Різні установки для одержання біогазу

ПРОЦЕС УТВОРЕННЯ БІОГАЗУ

ПРОЦЕС УТВОРЕННЯ БІОГАЗУ Сам процес утворення газу - це так зване  метанове бродіння. Його суть полягає в анаеробному бродінні (без доступу повітря), яке відбувається внаслідок життєдіяльності  мікроорганізмів і супроводиться рядом біохімічних реакцій. Процес утворення біогазу складається з двох етапів: 1 - розщеплення мікроорганізмами біополімерів  до мономерів, 2 - переробка мономерних біомолекул мікроорганізмами.

СИРОВИНА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ

У результаті ми отримуємо бажаний метан (CH4), та гази-домішки, які вважаються шкідливими: CO2, NH3, H2S. У промисловому виробництві ці домішкові гази відділяють або мембранним способом (видалення азоту і CO2), або пропускаючи сирий біогаз під тиском через воду, яка розчиняє CO2 та H2S. У домашніх умовах для поглинання CO2 можна використати розчин кальцинованої соди або водяну суспензію крейди.

Біогаз, одержуваний з відходів життєдіяльності тварин і птахів, може замінити в Україні 6 млрд м3 природного газу, однак для його одержання необхідні значні інвестиції, строк окупності яких становить 4 - 5 років. Щорічні потреби споживання в Україні становлять 10 млрд м3 природного газу. Китай проектує через кілька років довести виробництво біогазу до 100-120 млрд м3.

ЗВАЛИЩНИЙ ГАЗ звалищний газ утворюється в результаті розкладання органічної частини твердих побутових відходів в анаеробних умовах, що виникають невдовзі після їхнього санітарного поховання. Тільки в містах утворюється 400-450 млн т твердих побутових відходів на рік. Вихід газу з теплотою згоряння 17-20 МДж/м3 становить 100 м3/т твердих побутових відходів протягом 20 років зі швидкістю 5 м3/т на рік. Потенціал звалищного газу в країнах ЄС наближається до 9 млрд м3/рік, у США - 13 млрд м3/рік, в Україні - близько 1 млрд м3 на рік. Зі звалищ може бути добутий за допомогою свердловини і вакуум-насосів.

БІОГАЗ ЗІ СТІЧНИХ ВОД Джерелом  біогазу є стічні  води. Утилізація відстоїв міських і промислових стічних вод забезпечує  вирішення  важливих екологічних, енергетичних і  соціальних проблем міст, особливо мегаполісів. У стічних водах міститься  велика  кількість органічних  речовин.

ДОХОДИ З ВІДХОДІВ Виробництво біогазу з твердих побутових відходів є одним із найперспективніших напрямків, адже щороку в Україні утворюється приблизно 10 млн тонн відходів. З 1 т можна видобути 150-250 м3 звалищного газу, що містить 60-80 % чистого біометану. Першу потужну біогазову станцію з виробництвом електроенергії в Україні побудувало підприємство "Агро-Овен" у 2003 році на Дніпропетровщині. Установка потужністю 180 кВт працює на відходах місцевого м'ясокомбінату. На Київщині побудували завод потужністю 1 МВт, який переробляє гній близько 4 тис. корів та кукурудзяний силос. Виробленої енергії вистачає не лише на молочну ферму, але й на село Великий Крупіль.

ЕНЕРГОНЕЗАЛЕЖНІСТЬ ІЗ ВІДХОДІВ Птахофабрика "Оріль-Лідер" на Дніпропетровщині запустила біогазову установку потужністю 5,7 МВт на пташиному посліді. Великий біогазовий завод на буряковому жомі потужністю 2,38 МВт введений в експлуатацію у с. Рокитне Київської області, що дозволить забезпечити енергією близько 800 індивідуальних домогосподарств. Група компаній "Сільгосппродукт" - обіцяє до 2019 року побудувати в Україні ще 60 таких же заводів.

Дочірне підприємство «Даноша» данської с/г групи Axzon Group переробляє щодня 400 т відходів свинокомплексу, які упродовж року отримують 4 млн кубометру газу, 10 млн кВт/год теплової енергії та 9,5 млн кВт/год електроенергії. З бурякового жому, соєвих відходів, залишків кукурудзи та інших рослинних решток виробляє біогаз компанія «Астарта». Енергетичний комплекс забезпечує біопаливом цукровий завод та частково завод з переробки сої у Глобино(Полтавська обл.).

У 2012 році була введена в дію перша в Україні біогазова електростанція потужністю 1 МВт на 5-му полігоні твердих побутових відходів, поблизу с. Підгірці (Київська область). У тілі полігону було пробурено ряд свердловин, з яких біогаз, за рахунок вакуумного компресора, відкачується, проходить підготовку і подається у п'ять біогазових поршневих двигунів, які приводять в рух електрогенератори. Ця електрична енергія подається в енергосистему України по зеленому тарифу. В 2015 році потужність біогазової електростанції була збільшена до 2 МВт.

ВИРОБНИЦТВО ЕНЕРГІЇ З БІОГАЗУ

IСТОРІЯ ЗАСТОСУВАННЯ БІОГАЗУ Ще у ІІ столітті н. е. на території сучасної Німеччини існували примітивні біогазові установки. Алемани населяли заболочені землі басейну Ельби, спостерігали виділення газів. Вони вважали, що це смердюче дихання дракона. Щоб задобрити дракона в болото кидали жертвопринесення і залишки їжі. Алемани шили зі шкіри тенти, накривали ними болото, відводили газ по шкіряних трубках до свого житла і спалювали його для приготування їжі.

IСТОРІЯ ЗАСТОСУВАННЯ БІОГАЗУ У XVII столітті Ян Баптист ван Гельмонт виявив, що розкладаючись, біомаса виділяє займисті гази. Алесандро Вольта у 1776 р. прийшов до висновку про існування залежності між кількістю біомаси, котра розкладається, і кількістю газу, який виділяється. У 1808 р. Хемфрі Деві виявив метан у біогазі. Перша задокументована біогазова установка була побудована в Бомбеї, Індія 1859 року. У 1895 році біогаз застосовувався у Великій Британії для вуличного освітлення. У 1930 р. були виявлені бактерії, що беруть участь у процесі вироблення біогазу.

СУЧАСНІСТЬ У багатьох країнах Європейського Союзу  й світу біогаз є суттєвою складовою їх енергобалансу. У Західній Європі близько половини птахоферм опалюються біогазом. Volvo і Scania виробляють автобуси з двигунами, що працюють на біогазі. У Китаї наприкінці 2006 р. діяло близько 18 млн біогазових установок, що дозволяє замінити 10,9 млн тонн умовного палива. Україна, маючи потужний агропромисловий сектор, що продукує значні обсяги органічних відходів, має значний енергетичний ресурс для вироблення біогазу.

Об’єм світового біопаливного ринку

Біогазові установки з виробництва електроенергії працюють на двох полігонах ТПВ під Маріуполем та на міському сміттєзвалищі під Вінницею. Львівський дріжджовий завод, а також Київський та Запорізький пивоварні заводи отримують біогаз в результаті поглибленого очищення стічних вод. Ще один біогазовий завод почали нещодавно добудовувати у прифронтовій зоні - у містечку Волноваха Донецької області.

Наразі Україна має близько 20-ти біогазових установок разом із тими, що нині споруджуються. Україна здатна щорічно виробляти від 1,6 млрд. м. куб. до 18 млрд. м. куб. біогазу. Останній показник можна отримати в результаті вирощування енергетичних культур на 5 млн. га занедбаних земель.

НАПРЯМИ ВИКОРИСТАННЯ БІОГАЗУ: спалювання в котельних агрегатах для нагрівання води та подачі її споживачам; підготовка біогазу й подача його в газорозподільні мережі місцевих споживачів природного газу (змішання з природним газом); очищення, осушення, стиснення і заправка біогазом газобалонних автомобілів, тракторів та інших сільгоспмашин; вироблення електроенергії тощо. Теплотворна здатність біогазу, що містить 70% метану, становить 25100 кДж/м3, або 5990 ккал/м3. Розвиток біогазових технологій в Україні дозволяє замістити від 2,6 до 8 млрд м3/рік природного газу.

ЄВРОПЕЙСЬКИЙ ПРИКЛАД На відміну від України, де біогазовий напрям з огляду на високу інвестиційну вартість розвивають великі компанії, у країнах ЄС біогазові установки є атрибутом щонайменше 50% фермерських господарств . У Німеччині кількість діючих фермерських біогазових станцій становить 10 000. Здебільшого йдеться про установки малої потужності. Частка біогазу у поставках первинної енергії у Данії у 2017 році сягала 22%. Їм можна порушувати питання про можливість повного заміщення природного газу біометаном (очищений біогаз). Сьогодні біометан виробляють переважно шляхом очищення біогазу та подають у газорозподільчі мережі з подальшим використанням для виробництва електричної та/або теплової енергії або використовують як автомобільне паливо.

ПОТЕНЦІАЛ БІОЛОГІЧНИХ РЕСУРСІВ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ Україна має значний потенціал біоресурсів для виробництва біогазу, використання якого дасть змогу задовольнити 4–7 % річних енергетичних потреб країни. З 1 т біоресурсів можна отримати 25–500 куб. м біогазу, до 0,9 т біодобрив, а при повному спалюванні біогазу – по 50–1000 кВт електричної та теплової енергіго дасть змогу задовольнити 4–7 % річних енергетичних потреб країни. За даними Агентства з відновлюваної енергетики, у 2000 р. обсяг використання біогазу в Україні склав 0,02 TВт·год, причому в перспективі прогнозується суттєве зростання даного показника: в 2030 р. – до 10,2 ТВт·год/рік, у 2050 р. – до 17,4 ТВт·год/рік.

ВИКИДИ МЕТАНУ І ГЛОБАЛЬНЕ ПОТЕПЛІННЯ Виробництво біогазу дозволяє скоротити кількість викидів метану в атмосферу. Метан вносить серйозні корективи до стану атмосфери Землі. Формується так звана «лінза» зі всіляких газів і особливо з'єднань вуглецю, яка перешкоджає виходу тепла в космічний простір. Тому тепло концентрується в самій атмосфері, і на планеті стає все спекотніше. Метан має в 21 раз сильніший негативний вплив, ніж СО2. Тому виробництво біогазу і подальше його використання для виробництва тепла і електроенергії є найефективнішим засобом боротьби з глобальним потеплінням. Біомаса, яка залишається після переробки відходів може використовуватись як добриво, яке значно краще і ефективніше впливають на ґрунт, на розвиток рослин та на ґрунтові води, на відміну від штучних добрив.

ПОТЕНЦІЙНИЙ РИНОК БІОГАЗОВИХ УСТАНОВОК В УКРАЇНІ НА 2020 Р.

ВИРОБНИЦТВО БІОГАЗУ З ВІДХОДІВ ПЕРВИННОЇ ПРОДУКЦІЇ

ВИРОБНИЦТВО БІОГАЗУ З ВІДХОДІВ ХАРЧОВОЇ ТА ПЕРЕРОБНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

ВИРОБНИЦТВО БІОГАЗУ З ГНОЙОВИХ ВІДХОДІВ

Біоенергетична установка комбінату "Запоріжсталь"

ВИСНОВКИ Виробництво біогазу шляхом біоенергетичного використання ресурсів біомаси є інноваційним напрямом енергозбереження в аграрних підприємствах, оскільки дозволяє поряд з прямими ефектами (одержання біогазу і якісних добрив) отримати ряд опосередкованих ефектів, які ґрунтуються на економічних показниках і загальнодержавних пріоритетах (скорочення частки енергетичних витрат у собівартості аграрно-продовольчої продукції, економія енергоресурсів під час виконання технологічних процесів у аграрному виробництві тощо).

За рахунок використання  біогазу,   отриманого в результаті анаеробної ферментації біомаси, можна замінити види палива: природний  газ  та  зріджені  гази,  що використовуються  для  енергозабезабезпечення  промислових  і  побутових потреб; бензин,  дизельне  паливо та гас у двигунах внутрішнього згоряння. Застосування  біогазу  дає  змогу отримувати  теплову  та  електричну енергію, що особливо  привабливим  для фермерських господарств.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!