El biogás es un gas producido por la fermentación de biomasa. EN condiciones naturales Constantemente se genera biogás. En la bioenergía moderna, los procesos naturales de su formación están bajo control humano. La producción de biogás se realiza en estaciones de biogás mediante instalaciones especiales. El biogás producido se compone de metano (más del 50%) y dióxido de carbono, así como una pequeña cantidad de impurezas (hidrógeno y sulfuro de hidrógeno). Después de purificar el biogás a partir de C0 2 (mejoramiento de biogás), se obtiene biometano, un análogo completo del gas natural.
A diferencia de la energía solar y eólica, el biogás, al igual que el gas natural, puede almacenarse y proporcionar una producción continua de electricidad, es decir, realizar una importante tarea de suministro de energía durante los períodos de máxima carga en la red eléctrica.
El biogás se puede utilizar para generar electricidad y calor, repostar automóviles (en las grandes ciudades de Suecia, la flota de autobuses municipales se reposta con biogás local) y puede inyectarse (tras su conversión en biometano) en las redes de gas e instalaciones de almacenamiento existentes.
¿Por qué necesitamos biogás si tenemos gas natural y la infraestructura para su suministro?
En primer lugar, el biogás se produce a partir de biomasa, un material vegetal renovable; su producción y uso deja una huella de carbono menor.
En segundo lugar, la producción de biogás puede (y debe) utilizar residuos agrícolas, lo que previene la contaminación. ambiente y aumenta su eficiencia.
La industria europea del biogás ha experimentado un crecimiento de dos dígitos en los últimos años. La producción de electricidad a partir de biogás en la UE ascendió a 46.419 GWh en 2012, en 2013 a 52.327 GWh (a modo de comparación: esta cantidad de energía corresponde aproximadamente al consumo anual de electricidad de Portugal). Más de la mitad de la producción europea provino de Alemania 111 , que cuenta con 8.700 plantas de biogás 112 .
China es considerada el líder mundial en producción de biogás, 113 pero aquí se observa un fenómeno interesante. La gran mayoría del biogás chino es producido por hogares rurales para su propio consumo: calefacción, cocina e incluso, en algunos casos, generación de electricidad. Hay 41 millones 114 de estas plantas de biogás doméstico y se espera que la cifra alcance los 80 millones en 2020 con el apoyo activo del gobierno.
En la producción de biogás, lo más deseable desde el punto de vista medioambiental es el aprovechamiento de desechos animales y avícolas. Estas industrias generan grandes volúmenes de residuos líquidos y sólidos, cuya eliminación debe ir precedida de un tratamiento especialmente cuidadoso. En países con un control ambiental débil, entre los que se incluye Rusia, los desechos del ganado pueden envenenar el suelo y los cuerpos de agua. Utilizar estos residuos para producir biogás y luego generar calor y electricidad es en realidad una estrategia beneficiosa para todos. Por un lado, se elimina en gran medida el problema de la contaminación ambiental; por otro, las granjas y su entorno reciben energía "gratuita".
Sin embargo, este enfoque sensato hacia la energía del biogás se enfrenta, por así decirlo, a una realidad económica. El hecho es que la producción de biogás a partir de desechos animales es más cara que la de “plantas energéticas” especialmente cultivadas; se requiere un procesamiento más complejo de la materia prima con los correspondientes costos de capital adicionales.
Alemania enfrentó esta realidad económica con dureza. Una política mal concebida para estimular el negocio del biogás contribuyó al no reciclaje de residuos Agricultura, y la orientación de la bioenergía hacia el cultivo intensivo de plantas energéticas (principalmente maíz) en tierras agrícolas para la posterior producción de electricidad ha llevado a la construcción masiva de centrales eléctricas de biogás incluso en zonas medioambientales 115 . La superficie cultivada con maíz utilizada para bioenergía se ha duplicado durante la última década, en gran medida a expensas de otros cultivos 116 .
En 2014, la política alemana de biogás experimentó un importante ajuste. entró en vigor el 1 de agosto nueva edición La Ley de Energías Renovables (EEG), que exige que un mayor desarrollo de la energía del biogás se base en el reciclaje de residuos en lugar del uso de cultivos energéticos especialmente cultivados. El endurecimiento también se reflejó en la reducción de las primas y en las medidas financieras que limitan la construcción de grandes centrales eléctricas de biogás. Actualmente se están considerando medidas similares en toda la Unión Europea.
De este modo, destino adicional La industria del biogás en Europa parece en gran medida incierta. Podemos suponer con bastante confianza que no habrá reducción de las capacidades existentes, pero es difícil predecir el ritmo de una mayor expansión. Sin embargo, nadie ha cancelado todavía los planes oficiales de expansión europeos existentes (Planes de Acción Nacionales de Energías Renovables). Prevén un volumen de generación de electricidad con biogás de aquí a 2020 de 65.000 GWh (un aumento medio anual de 1,85 GWh) 117 . Para producir esta cantidad de energía se necesitan 28 millones de metros cúbicos de biogás (equivalente a gas natural), lo que supone El 5% del consumo europeo de gas natural.
También hay que tener en cuenta que economías tan grandes con una agricultura desarrollada como Francia y España tienen hoy un grado de penetración extremadamente bajo en el negocio del biogás. Así, según los resultados de 2013, Francia es cuatro veces inferior a Italia en producción de biogás y Alemania, más de 14 veces. Este es un factor que aumenta la probabilidad de alcanzar los objetivos de crecimiento establecidos.
El biogás es una excelente alternativa al gasóleo estándar para calefacción. El artículo contiene información sobre la historia del uso de biogás y recomendaciones para crear su propia planta de biogás.
Entre los componentes importantes de nuestra vida. gran importancia Disponemos de recursos energéticos cuyos precios aumentan casi todos los meses. Cada temporada de invierno hace un agujero en presupuestos familiares, lo que les obliga a soportar los costes de calefacción y, por tanto, del combustible para calentar calderas y hornos.
Pero, ¿qué debemos hacer? Porque la electricidad, el gas, el carbón o la leña cuestan dinero, y cuanto más alejadas estén nuestras casas de las principales autopistas energéticas, más cara será su calefacción. Mientras tanto, se puede construir una calefacción alternativa, independiente de proveedores y tarifas, a partir de biogás, cuya producción no requiere exploración geológica, perforación de pozos ni costosos equipos de bombeo.
El biogás se puede obtener prácticamente en casa, con costos mínimos y que se recuperan rápidamente; encontrará mucha información sobre este tema en nuestro artículo.
Calefacción con biogás
Historia
El interés por el gas inflamable que se forma en los pantanos durante la estación cálida del año surgió entre nuestros ancestros lejanos: las culturas avanzadas de India, China, Persia y Asiria experimentaron con biogás hace más de 3 mil años.
En la misma antigüedad, en la Europa tribal, los alamanes suevos notaron que el gas liberado en los pantanos ardía bien: lo usaban para calentar sus chozas, les suministraban gas a través de tuberías de cuero y las quemaban en hogares. Los suevos consideraban que el biogás era el “aliento de los dragones”, que creían que vivían en los pantanos.
Siglos y milenios después, el biogás experimentó su segundo descubrimiento: en los siglos XVII y XVIII, dos científicos europeos le prestaron inmediatamente atención.
El famoso químico de su época, Jan Baptista van Helmont, estableció que durante la descomposición de cualquier biomasa, gas inflamable, y el reconocido físico y químico Alessandro Volta estableció una relación directa entre la cantidad de biomasa en la que tienen lugar los procesos de descomposición y la cantidad de biogás liberado.
En 1804, el químico inglés John Dalton descubrió la fórmula del metano y cuatro años más tarde el inglés Humphry Davy lo descubrió como parte del gas de los pantanos.
Izquierda: Jan Baptista van Helmont. Derecha: Alejandro Volta
El interés por el uso práctico del biogás surgió con el desarrollo del alumbrado público a gas: a finales del siglo XIX, las calles de un distrito de la ciudad inglesa de Exeter se iluminaban con gas obtenido de un colector de aguas residuales.
Fórmula de metano
En el siglo XX, la demanda de energía provocada por la Segunda Guerra Mundial obligó a los europeos a buscar fuentes de energía alternativas. Las plantas de biogás, en las que se producía gas a partir de estiércol, se extendieron por Alemania y Francia y, en parte, por Europa del Este.
Sin embargo, después de la victoria de los países de la coalición anti-Hitler, el biogás quedó en el olvido: la electricidad, el gas natural y los productos derivados del petróleo cubrieron por completo las necesidades de las industrias y de la población.
En la URSS, la tecnología para producir biogás se consideraba principalmente desde un punto de vista académico y no se consideraba que tuviera demanda alguna.
Hoy la actitud hacia fuentes alternativas La energía ha cambiado drásticamente: se han vuelto interesantes, ya que el costo de los recursos energéticos convencionales aumenta año tras año.
En esencia, el biogás es una forma real de evitar las tarifas y los costos de las fuentes de energía clásicas, de obtener su propia fuente de combustible, para cualquier propósito y en cantidad suficiente.
En China se ha creado y operado el mayor número de plantas de biogás: 40 millones de plantas medianas y baja potencia, el volumen de metano producido es de unos 27 mil millones de m3 por año.
Biogás: ¿qué es?
Se trata de una mezcla de gases formada principalmente por metano (contenido del 50 al 85%), dióxido de carbono (contenido del 15 al 50%) y otros gases en porcentajes mucho menores. El biogás es producido por un equipo de tres tipos de bacterias que se alimentan de biomasa: las bacterias de hidrólisis, que producen alimento para las bacterias formadoras de ácido, que a su vez proporcionan alimento para las bacterias productoras de metano, que forman biogás.
Composición química del biogás.
Fermentación del original. material organico(por ejemplo, estiércol), cuyo producto será biogás, pasa sin acceso a la atmósfera externa y se llama anaeróbico.
Otro producto de esta fermentación, el humus de compost, es bien conocido por los habitantes de las zonas rurales, que lo utilizan para fertilizar campos y huertas, pero los producidos en montones de abono Por lo general, el biogás y la energía térmica no se utilizan, ¡y en vano!
¿Qué factores determinan el rendimiento de biogás con mayor contenido de metano?
En primer lugar, depende de la temperatura. Cuanto mayor es la temperatura de su entorno, mayor es la actividad de las bacterias que fermentan la materia orgánica. temperaturas bajo cero La fermentación se ralentiza o se detiene por completo.
Por esta razón, la producción de biogás es más común en países de África y Asia, ubicados en las zonas tropicales y subtropicales. En el clima ruso, para obtener biogás y cambiar completamente a él como combustible alternativo será necesario aislar térmicamente el biorreactor e introducirlo. agua tibia en la masa de materia orgánica cuando la temperatura de la atmósfera exterior desciende por debajo de cero.
El material orgánico colocado en un biorreactor debe ser biológicamente degradable, se debe introducir en él una cantidad significativa de agua, hasta el 90% de la masa de materia orgánica. Un punto importante Habrá una neutralidad del ambiente orgánico, la ausencia en su composición de componentes que impidan el desarrollo de bacterias, como limpiadores, detergentes y antibióticos.
El biogás se puede obtener de casi cualquier residuo de origen económico y vegetal, Aguas residuales, estiércol, etc.
El proceso de fermentación anaeróbica de la materia orgánica funciona mejor cuando el valor del pH está en el rango de 6,8 a 8,0: una alta acidez ralentizará la formación de biogás, porque las bacterias estarán ocupadas consumiendo ácidos y produciendo dióxido de carbono, que neutraliza la acidez.
La proporción de nitrógeno y carbono en el biorreactor debe calcularse como 1 a 30; en este caso, las bacterias recibirán la cantidad de dióxido de carbono que necesitan y el contenido de metano en el biogás será el más alto.
El mejor rendimiento de biogás con un contenido suficientemente alto de metano se logra si la temperatura en la materia orgánica fermentable está en el rango de 32 a 35 ° C, con valores más bajos y más altos en el biogás.el contenido de dióxido de carbono aumenta, su calidad disminuye.
Las bacterias que producen metano se dividen en tres grupos: psicrófilas, efectivas a temperaturas de +5 a +20 ° C; mesófilos, su rango de temperatura es de +30 a +42 °C; Termófilo, que trabaja en el régimen de +54 a +56 °C. Para el consumidor de biogás, las bacterias mesófilas y termófilas, que fermentan la materia orgánica con un mayor rendimiento de gas, son de gran interés.
La fermentación mesófila es menos sensible a cambios de temperatura de un par de grados con respecto al rango de temperatura óptimo y requiere menos energía para calentar el material orgánico en el biorreactor.
Sus desventajas, en comparación con la fermentación termófila, son un menor rendimiento de gas, un período más largo de procesamiento completo del sustrato orgánico (aproximadamente 25 días), el material orgánico descompuesto resultante puede contener flora dañina, ya que la baja temperatura en el biorreactor no asegura el 100%. esterilidad.
Elevar y mantener la temperatura dentro del reactor a un nivel aceptable para las bacterias termófilas garantizará el mayor rendimiento de biogás, la fermentación completa de la materia orgánica se producirá en 12 días y los productos de descomposición del sustrato orgánico serán completamente estériles.
Características negativas: exceder en 2 grados el rango de temperatura aceptable para las bacterias termófilas reducirá el rendimiento de gas; Como resultado, hay una gran necesidad de calefacción: costes energéticos importantes.
El contenido del biorreactor debe agitarse dos veces al día; de lo contrario, se formará una costra en su superficie que creará una barrera para el biogás. Además de eliminarlo, la agitación permite igualar la temperatura y el nivel de acidez en el interior de la masa orgánica.
En los biorreactores de ciclo continuo, el mayor rendimiento de biogás se produce con la descarga simultánea de materia orgánica fermentada y la carga de materia orgánica nueva en una cantidad igual al volumen descargado.
En los pequeños biorreactores, que se suelen utilizar en las granjas de campo, todos los días es necesario extraer y añadir materia orgánica en un volumen aproximadamente igual al 5% del volumen interno de la cámara de fermentación.
El rendimiento de biogás depende directamente del tipo de sustrato orgánico colocado en el biorreactor (los datos promedio por kg de peso de sustrato seco se detallan a continuación):
- el estiércol de caballo produce 0,27 m3 de biogás, el contenido de metano es del 57%;
- el estiércol de ganado produce 0,3 m3 de biogás, el contenido de metano es del 65%;
- el estiércol fresco de ganado produce 0,05 m3 de biogás con un contenido de metano del 68%;
- excrementos de pollo- 0,5 m3, el contenido de metano será del 60%;
- estiércol de cerdo- 0,57 m3, la proporción de metano será del 70%;
- estiércol de oveja: 0,6 m3 con un contenido de metano del 70%;
- paja de trigo: 0,27 m3, con un contenido de metano del 58%;
- paja de maíz: 0,45 m3, contenido de metano 58%;
- césped - 0,55 m3, con un contenido de metano del 70%;
- follaje de madera: 0,27 m3, proporción de metano del 58%;
- grasa - 1,3 m3, contenido de metano 88%.
Plantas de biogás
Estos dispositivos constan de los siguientes elementos principales: un reactor, una tolva de carga orgánica, una salida de biogás y una tolva de descarga de materia orgánica fermentada.
Según el tipo de diseño, las plantas de biogás son de los siguientes tipos:
- sin calentar y sin agitar la materia orgánica fermentada en el reactor;
- sin calentar, pero con agitación de la masa orgánica;
- con calentamiento y agitación;
- con calentamiento, agitación y dispositivos que permiten controlar y gestionar el proceso de fermentación.
El primer tipo de planta de biogás es adecuado para una granja pequeña y está diseñado para bacterias psicrófilas: el volumen interno del biorreactor es de 1 a 10 m3 (procesando 50 a 200 kg de estiércol por día), equipo mínimo, el biogás resultante no es almacenado: pasa inmediatamente a los electrodomésticos que lo consumen.
Esta instalación sólo se puede utilizar en las regiones del sur; está diseñada para una temperatura interna de 5 a 20 °C. La eliminación de la materia orgánica fermentada se realiza simultáneamente con la carga de un nuevo lote, el envío se realiza a un contenedor cuyo volumen debe ser igual o mayor que el volumen interno del biorreactor. En él se almacena el contenido del recipiente hasta su introducción en el suelo fertilizado.
El diseño del segundo tipo también está diseñado para granjas pequeñas, su productividad es ligeramente mayor que la de las plantas de biogás del primer tipo: el equipo incluye un dispositivo mezclador con accionamiento manual o mecánico.
El tercer tipo de plantas de biogás está equipado, además del dispositivo de mezcla, con un calentamiento forzado del biorreactor; la caldera de agua caliente funciona con combustible alternativo producido por la planta de biogás. La producción de metano en tales instalaciones la llevan a cabo bacterias mesófilas y termófilas, dependiendo de la intensidad de calentamiento y el nivel de temperatura en el reactor.
Diagrama esquemático de una planta de biogás: 1 - calentamiento del sustrato; 2 - boca de llenado; 3 - capacidad del biorreactor; 4 - batidora de mano; 5 - recipiente para recoger el condensado; 6 - válvula de gas; 7 - tanque para masa procesada; 8 - válvula de seguridad; 9 - filtro; 10 - caldera de gas; 11 - válvula de gas; 12 - consumidores de gas; 13 - sello de agua
El último tipo de plantas de biogás es el más complejo y está diseñado para varios consumidores de biogás; el diseño de las plantas incluye un manómetro de contacto eléctrico, una válvula de seguridad, una caldera de agua caliente, un compresor (mezcla neumática de materia orgánica), un receptor, un tanque de gas, un reductor de gas y una salida para cargar biogás en el transporte. Estas instalaciones funcionan de forma continua, permiten ajustar cualquiera de las tres condiciones de temperatura gracias a un calentamiento ajustable con precisión y la selección de biogás se realiza automáticamente.
Planta de biogás de bricolaje
El poder calorífico del biogás producido en las plantas de biogás es de aproximadamente 5.500 kcal/m3, ligeramente inferior al poder calorífico del gas natural (7.000 kcal/m3). Para calefacción de 50 m2 de edificio residencial y uso. estufa de gas con cuatro quemadores se necesita una media de 4 m3 de biogás por hora.
Las plantas industriales de producción de biogás que se ofrecen en el mercado ruso cuestan desde 200.000 rublos. - a pesar de su coste aparentemente elevado, cabe señalar que estas instalaciones se calculan con precisión en función del volumen de sustrato orgánico cargado y están cubiertas por las garantías del fabricante.
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Forma de biorreactor
La mejor forma sería ovalada (en forma de huevo), pero construir un reactor de este tipo es extremadamente difícil. Será más fácil de diseñar un biorreactor cilíndrico, cuyas partes superior e inferior estén hechas en forma de cono o semicírculo.
Los reactores cuadrados o rectangulares hechos de ladrillo u hormigón serán ineficaces, porque con el tiempo se formarán grietas en las esquinas provocadas por la presión del sustrato, y en ellas también se acumularán fragmentos orgánicos endurecidos que interfieren con el proceso de fermentación.
Los tanques de acero de los biorreactores son herméticos, resistentes a altas presiones y no son tan difíciles de construir. Su desventaja es que son poco resistentes a la oxidación y requieren aplicación en las paredes internas. capa protectora, por ejemplo, resinas. El exterior del biorreactor de acero debe limpiarse a fondo y pintarse en dos capas.
Los recipientes de los biorreactores fabricados de hormigón, ladrillo o piedra deben recubrirse cuidadosamente por dentro con una capa de resina que garantice su eficaz impermeabilidad al agua y a los gases, resista temperaturas de unos 60 °C y la agresión del sulfuro de hidrógeno y de los ácidos orgánicos.
Además de la resina, para proteger las superficies internas del reactor, se puede utilizar parafina, diluida con un 4% de aceite de motor (nuevo) o queroseno y calentada a 120-150 ° C; las superficies del biorreactor deben calentarse con un quemador. antes de aplicarles una capa de parafina.
Al crear un biorreactor, se pueden utilizar recipientes de plástico que no sean susceptibles a oxidarse, sino solo duros con paredes suficientemente duraderas. El plástico blando solo se puede usar en la estación cálida, porque con el inicio del clima frío será difícil colocarle aislamiento y sus paredes no son lo suficientemente fuertes. Los biorreactores de plástico sólo pueden utilizarse para la fermentación psicrófila de materia orgánica.
Ubicación del biorreactor
Su colocación se planifica en función de espacio libre en el sitio, distancia de edificios residenciales, ubicación de desechos y animales, etc. La planificación de un biorreactor terrestre, total o parcialmente sumergido, depende del nivel agua subterránea, conveniencia de entrada y salida del sustrato orgánico al tanque del reactor.
Lo óptimo sería colocar la vasija del reactor por debajo del nivel del suelo: se logran ahorros en el equipo para introducir un sustrato orgánico, el aislamiento térmico aumenta significativamente, para lo cual se puede utilizar materiales baratos(paja, arcilla).
Equipo de biorreactor
El tanque del reactor debe estar equipado con una trampilla que pueda utilizarse para realizar trabajos de reparación y mantenimiento. Es necesario colocar una junta de goma o una capa de sellador entre el cuerpo del biorreactor y la tapa de la escotilla. Es opcional, pero extremadamente conveniente, equipar el biorreactor con un sensor de temperatura, presión interna y el nivel de sustrato orgánico.
Aislamiento térmico del biorreactor.
Su ausencia no permitirá el funcionamiento de la planta de biogás todo el año, sólo en clima cálido. Para aislar un biorreactor enterrado o semienterrado se utilizan arcilla, paja, estiércol seco y escoria. El aislamiento se coloca en capas: al instalar un reactor enterrado, el pozo se cubre con una capa de película de PVC que evita el contacto directo. material de aislamiento térmico con tierra.
Antes de instalar el biorreactor, se vierte paja en el fondo del pozo, se coloca una capa de arcilla encima y luego se coloca el biorreactor. Después de esto, todas las áreas libres entre el tanque del reactor y el pozo revestido con una película de PVC se llenan con paja casi hasta el final del tanque y encima se vierte una capa de 300 mm de arcilla mezclada con escoria.
El diámetro de las tuberías de carga y descarga del biorreactor debe ser de al menos 300 mm, de lo contrario se obstruirán. Para mantener las condiciones anaeróbicas en el interior del reactor, cada uno de ellos debe estar equipado con válvulas de tornillo o de media vuelta. El volumen del depósito de suministro de materia orgánica, según el tipo de planta de biogás, debe ser igual al volumen diario de materias primas introducidas.
La tolva de alimentación debe colocarse en lado soleado biorreactor, ya que esto aumentará la temperatura en el sustrato orgánico introducido, acelerando los procesos de fermentación. Si la planta de biogás está conectada directamente a la granja, entonces se debe colocar un búnker debajo de su estructura para que el sustrato orgánico entre por gravedad.
Las tuberías para cargar y descargar el sustrato orgánico deben ubicarse en lados opuestos del biorreactor; en este caso, las materias primas ingresadas se distribuirán uniformemente y la materia orgánica fermentada se eliminará fácilmente bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales y la masa. del sustrato fresco.
Los orificios y la instalación de tuberías para carga y descarga de materia orgánica deben completarse antes de instalar el biorreactor en el lugar de instalación y antes de colocar capas de aislamiento térmico sobre él. La estanqueidad del volumen interno del biorreactor se logra por el hecho de que las entradas de las tuberías están ubicadas en un ángulo agudo, mientras que el nivel del líquido dentro del reactor es más alto que los puntos de entrada de las tuberías: un sello hidráulico bloquea el acceso del aire.
La forma más sencilla de introducir material orgánico nuevo y eliminar material orgánico fermentado es mediante el principio de desbordamiento, es decir, elevando el nivel de materia orgánica dentro del reactor al introducir una nueva porción se eliminará el sustrato a través del tubo de descarga en un volumen igual al volumen del material introducido.
Si es necesaria una carga rápida de materia orgánica, y la eficiencia de introducción de material por gravedad es baja debido a imperfecciones en el relieve, será necesaria la instalación de bombas. Existen dos métodos: seco, en el que la bomba se instala dentro de la tubería de carga y el material orgánico ingresa a la bomba por tubo vertical, emocionado por ello; húmedo, en el que la bomba se instala en la tolva de carga, su accionamiento se realiza mediante un motor, también instalado en la tolva (en una carcasa impenetrable) o mediante un eje, mientras que el motor se instala fuera de la tolva.
Cómo recolectar biogás
Este sistema incluye tubería de gas, distribución de gas a los consumidores, válvulas de cierre, tanques de recolección de condensado, válvula de seguridad, receptor, compresor, filtro de gas, recipiente de gas y dispositivos de consumo de gas. La instalación del sistema se lleva a cabo sólo después de que el biorreactor esté completamente instalado en su ubicación.
La salida para la recogida de biogás se encuentra en el punto más alto del reactor, a ella se conectan en serie: un recipiente sellado para la recogida del condensado; válvula de seguridad y sello de agua: un recipiente con agua, cuya entrada a la tubería de gas se realiza por debajo del nivel del agua, la salida - arriba (la tubería de la tubería de gas frente al sello de agua debe doblarse para que el agua no penetre en el reactor), que no permitirá que el gas se mueva en la dirección opuesta.
El biogás formado durante la fermentación de un sustrato orgánico contiene una cantidad significativa de vapor de agua, que forma condensación a lo largo de las paredes del gasoducto y, en algunos casos, bloquea el flujo de gas a los consumidores.
Dado que es difícil construir un gasoducto de tal manera que haya una pendiente en toda su longitud hacia el reactor, por donde fluiría el condensado, es necesario instalar sellos de agua en forma de contenedores con agua en cada uno de sus bajos. secciones. Durante el funcionamiento de una planta de biogás, periódicamente es necesario eliminar parte del agua, de lo contrario su nivel bloqueará completamente el flujo de gas.
El gasoducto debe construirse con tuberías del mismo diámetro y tipo, todas las válvulas y elementos del sistema también deben tener el mismo diámetro. Tubos de acero con un diámetro de 12 a 18 mm son aplicables para plantas de biogás de baja y media potencia, el caudal de biogás suministrado a través de tuberías de estos diámetros no debe exceder 1 m3/h (a un caudal de 0,5 m3/h, el uso (No se permite el uso de tuberías con un diámetro de 12 mm por tramo superior a 60 m).
La misma condición se aplica cuando se utiliza en un gasoducto. tubos de plastico Además, estos tubos deben colocarse a 250 mm por debajo del nivel del suelo, ya que su plástico es sensible a luz de sol y pierde bajo la influencia radiación solar fortaleza.
Al tender un gasoducto, es necesario asegurarse cuidadosamente de que no haya fugas y de que las juntas sean herméticas; la verificación se realiza con una solución jabonosa.
filtro de gas
El biogás contiene una pequena cantidad de sulfuro de hidrógeno, cuya combinación con agua crea un ácido que corroe activamente el metal; por esta razón, el biogás sin filtrar no se puede utilizar para motores Combustión interna. Mientras tanto, el sulfuro de hidrógeno se puede eliminar del gas mediante un filtro sencillo: un trozo de 300 mm. tubería de gas relleno con una mezcla seca de metal y virutas de madera.
Después de cada 2.000 m3 de biogás pasado a través de dicho filtro, es necesario extraer su contenido y mantenerlo al aire libre durante aproximadamente una hora; las virutas quedarán completamente libres de azufre y podrán reutilizarse.
Accesorios y válvulas de cierre
En las inmediaciones del biorreactor se instala una válvula de gas principal; se debe insertar una válvula en la tubería de gas para liberar biogás a una presión de más de 0,5 kg/cm2. Las mejores válvulas para un sistema de gas son las válvulas de bola cromadas; en un sistema de gas no se pueden utilizar válvulas diseñadas para sistemas de plomería. Es obligatoria la instalación de una válvula de bola en cada consumidor de gas.
agitación mecánica
Para biorreactores de pequeño volumen, agitadores con accionamiento manual se adaptan mejor: tienen un diseño simple y no requieren ningún condiciones especiales durante la operación. Así se diseña un mezclador accionado mecánicamente: un eje horizontal o vertical colocado dentro del reactor a lo largo de su eje central, al que se le atribuyen unas palas que, al girar, mueven masas de materia orgánica rica en bacterias desde la zona donde se encuentra el sustrato fermentado. descargado al lugar donde se carga una porción fresca.
Tenga cuidado: el mezclador debe girar solo en la dirección de mezcla desde el área de descarga al área de carga; el movimiento de las bacterias productoras de metano desde el sustrato maduro al recién recibido acelerará la maduración de la materia orgánica y la producción de biogás. con un alto contenido de metano.
¿Con qué frecuencia se debe mezclar el sustrato orgánico en el biorreactor? Es necesario determinar la frecuencia mediante observación, centrándose en el rendimiento de biogás: una agitación excesivamente frecuente interrumpirá la fermentación, ya que interferirá con la actividad de las bacterias y, además, provocará la liberación de materia orgánica sin procesar. En promedio, el intervalo de tiempo entre agitaciones debe ser de 4 a 6 horas.
Calentamiento de sustrato orgánico en un biorreactor.
Sin calefacción, el reactor sólo puede producir biogás en modo psicrófilo, lo que da como resultado una menor producción de gas y una peor calidad del fertilizante que en los modos de funcionamiento mesófilos y termófilos de mayor temperatura.
El sustrato se puede calentar de dos formas: calentamiento con vapor; combinación de materia orgánica con agua caliente o calentar mediante un intercambiador de calor en el que circula agua caliente(no mezclado con material orgánico).
Una grave desventaja del calentamiento con vapor (calentamiento directo) es la necesidad de incluir en la planta de biogás un sistema de generación de vapor, que incluye un sistema de purificación del agua de la sal presente en ella.
Una planta de generación de vapor sólo es beneficiosa para personas verdaderamente grandes instalaciones que procesan grandes volúmenes de sustrato, por ejemplo, aguas residuales. Además, calentar con vapor no permitirá controlar con precisión la temperatura de calentamiento de la materia orgánica, como resultado de lo cual puede sobrecalentarse.
Los intercambiadores de calor ubicados dentro o fuera de la planta del biorreactor calientan indirectamente la materia orgánica dentro del reactor. Se debe descartar inmediatamente la opción de calentar a través del suelo (cimentación), ya que la acumulación de sedimentos sólidos en el fondo del biorreactor lo impide. La mejor opción sería insertar un intercambiador de calor dentro del reactor, pero el material que lo forma debe ser lo suficientemente resistente y resistir con éxito la presión de la materia orgánica al mezclarla.
Intercambiador de calor área más grande Calentará mejor y más uniformemente la materia orgánica, mejorando así el proceso de fermentación. El calentamiento externo, aunque menos eficiente debido a la pérdida de calor de las paredes, es atractivo porque nada dentro del biorreactor interferirá con el movimiento del sustrato.
La temperatura óptima en el intercambiador de calor debe ser de unos 60 °C; los propios intercambiadores de calor están fabricados en forma de secciones de radiador, serpentines y tubos soldados en paralelo. Mantener la temperatura del refrigerante a 60 °C reducirá el riesgo de que las partículas en suspensión se adhieran a las paredes del intercambiador de calor, cuya acumulación reducirá significativamente la transferencia de calor. La ubicación óptima para el intercambiador de calor es cerca de las paletas mezcladoras; en este caso, la amenaza de sedimentación de partículas orgánicas en su superficie es mínima.
La tubería de calefacción del biorreactor está diseñada y equipada de manera similar a un sistema de calefacción convencional, es decir, se deben cumplir las condiciones para devolver el agua enfriada al punto más bajo del sistema y se requieren válvulas de liberación de aire en sus puntos más altos. La temperatura de la masa orgánica dentro del biorreactor se controla mediante un termómetro con el que debe estar equipado el reactor.
Depósitos de gas para recogida de biogás.
Con un consumo constante de gas, no son necesarios, a menos que puedan utilizarse para igualar la presión del gas, lo que mejorará significativamente el proceso de combustión. Para plantas de biorreactores de baja capacidad, son adecuadas como recipientes de gas cámaras de automóvil de gran volumen que pueden conectarse en paralelo.
Se seleccionan tanques de gas más serios, de acero o plástico, para una instalación de biorreactor específica, en la mejor opción El tanque de gas debe albergar el volumen de biogás producido diariamente. La capacidad requerida de un tanque de gas depende de su tipo y de la presión para la que está diseñado; por regla general, su volumen es 1/5...1/3 del volumen interno del biorreactor.
Tanque de gasolina de acero. Hay tres tipos de tanques de gas de acero: baja presión, de 0,01 a 0,05 kg/cm2; promedio, de 8 a 10 kg/cm2; de altura, hasta 200 kg/cm2. No es práctico utilizar tanques de gas de acero de baja presión, es mejor reemplazarlos con tanques de gas de plástico: son costosos y solo son aplicables si hay una distancia significativa entre la planta de biogás y los dispositivos de consumo.
Los tanques de gas de baja presión se utilizan principalmente para igualar la diferencia entre la producción diaria de biogás y su consumo real.
El biogás se bombea mediante un compresor a tanques de gas de acero de media y alta presión; estos se utilizan únicamente en biorreactores de mediana y gran capacidad.
Los tanques de gas deben estar equipados con los siguientes dispositivos de control y medición: válvula de seguridad, sello de agua, reductor de presión y manómetro. ¡Los tanques de gas de acero deben estar conectados a tierra!publicado
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Entre los países industrializados, Dinamarca ocupa el primer lugar en la producción y uso de biogás. El biogás producido en este país representa hasta el 18% de su balance energético total. En términos absolutos, Alemania ocupa el primer lugar en número de instalaciones medianas y grandes (unas 10.000).
En Italia actualmente no programa estatal desarrollo de plantas de biogás, pero la compañía eléctrica italiana está obligada a comprar electricidad generada a partir de biogás a un precio un 80% superior al precio para los consumidores. En Austria funcionaban hasta 1997 46 plantas de biogás, principalmente de tipo agrícola. En 1997 se pusieron en funcionamiento 10 instalaciones de tipo agrícola y 5 de gran tamaño. Está previsto aumentar el número de plantas de biogás a 150. En Austria no existe ningún programa nacional para apoyar la construcción de plantas de biogás, pero su construcción cuenta con el apoyo de los Ministerios de Agricultura y Medio Ambiente. El apoyo financiero lo proporcionan organizaciones agrícolas y bancos federales.
En las regiones del norte, para ahorrar combustible, las plantas de biogás utilizan el modo mesófilo, lo que aumenta el tiempo de retención y el volumen de trabajo de los reactores. Un ejemplo es el diseño de plantas de biogás desarrolladas por AB Enbom (Finlandia), que operan en condiciones de Laponia en condiciones de temperatura Fermentación 33°C.
La desventaja de la vía europea hacia el desarrollo de la energía del biogás es la falta de un suministro garantizado de residuos a las instalaciones generadoras, consagrado a nivel legislativo. Como resultado, después de un aumento en el número de estaciones operativas y la formación de una escasez de desechos, los costos de operación de las plantas aumentaron considerablemente debido al aumento de los costos de compra de desechos o cultivo de materia vegetal, así como de su entrega.
La gran mayoría de las estaciones de biogás acumulan residuos sin procesar, lo que, por un lado, empeora situación ambiental Por otro lado, conlleva mayores costes de almacenamiento y transporte. Pero en la Unión Europea ya han comenzado a surtir efecto las modificaciones a la ley de residuos, que obligan a los propietarios de estaciones de biogás a transformar la masa fermentada en fertilizantes.
En India, Vietnam, Nepal y otros países se están construyendo pequeñas plantas de biogás (unifamiliares). El gas que se produce en ellos se utiliza para cocinar. En la India se han instalado desde 1981 3,8 millones de pequeñas plantas de biogás. Nepal tiene un programa de apoyo al desarrollo de la energía del biogás, gracias al cual zonas rurales A finales de 2009 se habían creado 200.000 pequeñas plantas de biogás.
Actualmente China es líder mundial en la implementación de tecnologías de producción de biogás en regiones rurales. Más de 40 millones de familias chinas ya han instalado plantas de biogás en sus hogares y esta cifra crece a razón de varios millones al año. La producción total de biogás es de 10,2 mil millones de m3/año, lo que coloca a China en el primer lugar del mundo en este indicador. Además, en China se han construido 4.000 grandes estaciones de biogás que funcionan con desechos de granjas ganaderas, y la proporción de empresas agrícolas que utilizan tecnologías de biogás es del 52%.
Las autoridades chinas cuentan seriamente con el biogás como fuente importante de electricidad para las zonas rurales. Entonces, si al final del plan de siete años la capacidad total de las instalaciones de cogeneración será de 5,5 GW, entonces para 2030 debería aumentar a 30 GW, es decir, 6 veces, lo que proporcionará electricidad y calor a los residentes de la aldea. producción propia.
Pero las instalaciones chinas tienen una desventaja importante: el coste del producto resultante. El volumen del reactor de una instalación china suele ser de al menos cinco metros cúbicos. Otro aspecto es el elevado coste de la propia instalación. Los costos se gastan principalmente en cavar un pozo y producir un gran volumen de obras de cemento, instale un soporte de gas tipo cúpula de metal. Debido a que la cúpula de hierro del tanque de gasolina es susceptible a la corrosión, este equipo está diseñado para funcionar sólo durante 8 a 10 años.
Conclusión
Las tecnologías modernas de procesamiento de residuos no se detienen y son cada vez más eficientes.
La estación de biogás resuelve el problema de la eliminación de residuos orgánicos y el tratamiento de aguas residuales, minimizando así posibles multas por infracciones medioambientales asociadas con el almacenamiento y eliminación de estiércol. El uso de biogás no sólo proporciona una reducción significativa de los costos de producción, un suministro ininterrumpido de energía y calor para la propia producción, sino también la oportunidad de recibir ganancias adicionales de la venta de energía, calor y biofertilizantes. El uso de biofertilizantes ayuda a mejorar la calidad del suelo y aumentar el rendimiento de los cultivos. El resultado son productos agrícolas y ganaderos respetuosos con el medio ambiente y una reducción de la contaminación general del medio ambiente y de las tierras cultivables.
El proyecto social Biobolsa proporciona a los agricultores locales plantas de biogás sencillas que les permiten producir gas de forma autónoma a partir de residuos orgánicos. En 2010, el proyecto comenzó en México y hoy se está desarrollando activamente en 9 países. América Latina y África.
La idea del proyecto Biobolsa surgió allá por 2007, cuando un joven mexicano, Alex Eaton, decidió fabricar un biorreactor anaeróbico de gas natural de bajo coste para granjas. En 2010, Alex había presentado todas las patentes y había lanzado por completo el primer proyecto piloto. 
¿Qué es el biorreactor Biobolsa?
En principio, nada complicado: bolsas de membrana grandes y duraderas de 15 metros de largo, 2 metros de ancho y más de 2 metros de alto. Su capacidad es de unos 40.000 litros de líquido y la posibilidad de procesar hasta 1 tonelada de residuos al día. Hay mas soluciones compactas 2x2 metros para familia pequeña, procesan hasta 20 kg de residuos. 
Con la ayuda de una planta de biogás de este tipo, una familia campesina con cuatro cerdos puede producir suficiente biogás para cocinar en la cocina. 
Los agricultores suelen ver un aumento del 20-40% en el rendimiento durante el primer año, y sólo aumenta cada año. En una granja con 1.000 cerdos, la familia está equipada con un sistema que puede producir más energía de la que pueden consumir e incluso venden la electricidad a la red mexicana. 
La introducción generalizada de este tipo de plantas de biogás también tiene un efecto beneficioso sobre el medio ambiente. Según una investigación de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO), las empresas agrícolas modernas generan más emisiones de gases de efecto invernadero que el transporte. Este sector también contamina las fuentes de agua con desechos animales, antibióticos, hormonas, fertilizantes químicos y pesticidas utilizados para los cultivos. 
Las plantas de biogás convierten el metano y el dióxido de carbono en energía, reduciendo los gases de efecto invernadero provenientes de las actividades agrícolas y el uso fertilizantes organicos Previene la contaminación de las cuencas hidrográficas. Los agricultores que han cambiado al biogás como fuente de energía para sus hogares no dependen de combustibles fósiles y no talan árboles para obtener combustible. Esto frena la deforestación y mejora la calidad del aire.
Así pues, las plantas de biogás son algo más que simples bolsas para las familias rurales. Eaton sostiene que este enfoque también despierta conexión emocional con el mundo que los rodea, y los agricultores están comenzando a adoptar la cultura de reutilizar los desechos.
Con el apoyo de diversas fundaciones y agencias gubernamentales, los creadores de Biobolsa lograron conseguir subvenciones parciales para los interesados. Y este fue el impulso para la introducción de instalaciones en las regiones más pobres y deprimidas de América Latina. Este año está previsto lanzar 2 proyectos piloto más en África.
Biobolsa ha recibido varios premios internacionales como emprendimiento social, entre otros, la red de desarrollo empresarial Network de Holanda entregó un premio de 10.000 euros, lo que sirvió como un poderoso impulso para el desarrollo del proyecto.
“Estimamos que sólo en Mesquique hay 4 millones de hogares que potencialmente podrían utilizar plantas de biogás”, dice Alex Eaton.
Basado en materiales:
Las plantas de biogás de China son complejos diseñados para procesar diversos desechos animales, Industria de alimentos, así como orgánicos. El trabajo se basa en el principio de fermentación de sustancias orgánicas, lo que da como resultado la formación de biogás, que incluye metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y nitrógeno.
Hoy en día, el biogás es universal. Puede utilizarse para sistemas de calefacción o como parte integral de un sistema de tratamiento y tratamiento de residuos.
Como saben, China es el único país del mundo donde se utiliza biogás desde hace mucho tiempo. Incluso a finales del siglo XIX se exportaron plantas de biogás de China. Más de la mitad del transporte público en China funciona con biogás. Naturalmente, los primeros desarrollos fueron clasificados, pero ya en 1999 había aproximadamente 7 millones de plantas de biogás en funcionamiento en China.
La estrategia del gobierno en este ámbito apunta a aumentar la producción de instalaciones de biocombustibles en un 15% anual. Hoy, gracias a muchos años de experiencia y tecnologías modernas, las plantas de biogás de fabricación china tienen éxito no sólo en China sino también en el extranjero. Y otros países productores están adoptando la experiencia de China. También recientemente se ha vuelto cada vez más popular el hecho de que las plantas de biogás las fabrican personas comunes y corrientes con sus propias manos.
Plantas de biogás de China para uso doméstico o de producción.
Puede realizar un pedido directamente al fabricante a través de Internet. En las tiendas online puede ver reseñas de plantas de biogás de quienes ya han comprado plantas similares para uso personal. Además, las listas de precios suelen publicarse en el sitio web del fabricante, en las que se pueden consultar los precios de la instalación de biogás.
