Instalație de biogaz pentru o casă particulare: recomandări pentru amenajarea unui proiect DIY

Un proprietar gospodar visează la resurse energetice ieftine, eliminarea eficientă a deșeurilor și obținerea de îngrășăminte. O instalație de biogaz de casă, construită de dumneavoastră, este o modalitate accesibilă de a transforma visul în realitate.

Asamblarea independentă a unui astfel de echipament va costa o sumă rezonabilă, iar gazul produs va fi un bun adjuvant în gospodărie: poate fi utilizat pentru gătit, încălzirea locuinței și alte necesități.

Să încercăm să înțelegem specificul funcționării acestui echipament, avantajele și dezavantajele sale. De asemenea, dacă este posibil să construiți singuri o instalație de biogaz și dacă aceasta va fi eficientă.

Specificul obținerii biogazului

Biogazul se formează prin fermentarea substratului biologic. Acesta este descompus de bacterii hidrolitice, acidogene și metanogene. Amestecul de gaze produs de bacterii este combustibil, deoarece conține un procent mare de metan.

Prin proprietățile sale, acesta practic nu se deosebește de gazul natural utilizat în scopuri industriale și casnice.

Dacă dorește, fiecare proprietar de casă poate achiziționa o instalație de biogaz de fabricație industrială, dar aceasta este scumpă, iar investițiile se amortizează în 7-10 ani. De aceea, merită să depună eforturi și să construiască singur un bioreactor.

Biogazul este un combustibil ecologic, iar tehnologia de obținere a acestuia nu are un impact deosebit asupra mediului. Mai mult, ca materie primă pentru biogaz se utilizează deșeuri biologice care necesită eliminare.

Ele sunt plasate în bioreactor, unde are loc prelucrarea:

• pentru o perioadă de timp, biomasa este expusă acțiunii bacteriilor. Durata fermentării depinde de volumul materiei prime;
• ca urmare a activității bacteriilor anaerobe, se degajă un amestec combustibil de gaze, care include metan (60%), dioxid de carbon (35%) și alte câteva gaze (5%). De asemenea, în timpul fermentării, în cantități mici se eliberează sulfură de hidrogen potențial periculoasă. Aceasta este toxică, deci este extrem de nedorit ca oamenii să fie expuși la ea;
• amestecul de gaze din bioreactor este purificat și intră în gazometru, unde este depozitat până la momentul utilizării conform destinației;
• gazul din gazometru poate fi folosit exact ca gazul natural. Acesta ajunge la aparatele de uz casnic – cuptoare pe gaz, centrale de încălzire etc.;
• biomasa descompusă trebuie eliminată regulat din fermentator. Aceasta presupune eforturi suplimentare, dar eforturile se merită. După fermentare, materia primă se transformă într-un îngrășământ de înaltă calitate, care este folosit pe câmpuri și în grădini.

Instalația de biogaz este avantajoasă pentru proprietarul unei case private numai dacă acesta are acces constant la deșeuri de la fermele zootehnice. În medie, din 1 m³ de substrat se pot obține 70-80 m³ de biogaz, dar producția de gaz este inegală și depinde de mulți factori, inclusiv de temperatura biomasei. Acest lucru complică calculele.

Instalațiile de biogaz sunt ideale pentru ferme. Deșeurile biologice ale animalelor pot furniza suficient gaz pentru încălzirea completă a locuințelor și a anexelor gospodărești.

Pentru ca procesul de obținere a gazului să fie stabil și continuu, cel mai bine este să construiți mai multe instalații de biogaz, iar substratul să fie introdus în fermentatoare cu diferență de timp. Aceste instalații funcționează în paralel, iar materia primă este încărcată secvențial.

Aceasta garantează o producție constantă de gaz, datorită căreia se poate asigura alimentarea continuă a aparatelor de uz casnic.

În mod ideal, bioreactorul ar trebui încălzit. Fiecare 10 grade de căldură dublează producția de gaz. Deși amenajarea încălzirii necesită investiții, aceasta se recuperează prin eficiența mai mare a construcției.

Echipamentul biogaz artizanal, asamblat din materiale improvizate, costă mult mai puțin decât instalațiile de producție industrială. Eficiența sa este mai scăzută, dar corespunde pe deplin investiției. Dacă aveți acces la gunoi de grajd și doriți să depuneți eforturi proprii pentru asamblarea și întreținerea construcției, acest lucru este foarte avantajos.

Avantajele și dezavantajele sistemului

Instalațiile de biogaz au numeroase avantaje, dar și suficiente dezavantaje, așa că, înainte de a începe proiectarea și construcția, ar trebui să cântăriți totul:

• Valorificarea deșeurilor. Datorită instalației de biogaz, se poate obține maximum de beneficiu din gunoiul de care oricum ar fi trebuit să scăpați. Această valorificare este mai puțin periculoasă pentru mediu decât îngroparea deșeurilor.
• Regenerabilitatea materiei prime. Biomasa nu este cărbune sau gaze naturale, a căror extracție epuizează rezervele de resurse. În cadrul agriculturii, materia primă apare constant.
• Cantitatea relativ mică de CO2. La obținerea gazului, mediul înconjurător nu este poluat, dar la utilizarea sa, în atmosferă se eliberează o cantitate mică de dioxid de carbon. Aceasta nu este periculoasă și nu poate schimba critic ecologia, deoarece este absorbită de plante în procesul de creștere.
• Eliberarea moderată de sulf. La arderea biogazului, în atmosferă ajunge o cantitate mică de sulf. Acesta este un fenomen negativ, dar amploarea sa se cunoaște prin comparație: la arderea gazelor naturale, poluarea mediului cu oxizi de sulf este mult mai mare.
• Funcționare stabilă. Producția de biogaz este mai stabilă decât funcționarea panourilor solare sau a turbinelor eoliene. Dacă energia solară și eoliană nu poate fi controlată, instalațiile de biogaz depind de activitatea umană.
• Se pot folosi mai multe instalații. Gazul implică întotdeauna riscuri. Pentru a reduce daunele potențiale în caz de accident, puteți dispersa pe teren mai multe instalații de biogaz. Dacă proiectați și asamblați corect un sistem din mai multe fermentatoare, acesta va funcționa mai stabil decât un singur bioreactor mare.
• Beneficii pentru agricultură. Pentru obținerea biomasei, se cultivă anumite specii de plante. Puteți alege acelea care îmbunătățesc starea solului. De exemplu, sorgul reduce eroziunea solului și îi îmbunătățește calitatea.

Biogazul are și dezavantaje. Deși este un combustibil relativ curat, totuși poluează atmosfera. De asemenea, pot apărea probleme cu aprovizionarea cu biomasă vegetală.

Proprietarii iresponsabili de instalații o recoltează adesea în așa fel încât epuizează solul și perturbă echilibrul ecologic.

Calculul rentabilității instalației

Ca materie primă pentru producerea biogazului se folosește de obicei gunoiul de grajd de vacă. O vacă adultă poate furniza suficient pentru a asigura 1,5 m³ de combustibil; un porc – 0,2 m³; o găină sau un iepure (în funcție de greutatea corporală) – 0,01-0,02 m³. Pentru a înțelege dacă este mult sau puțin, se poate compara cu resurse mai familiare.

1 m³ de biogaz asigură aceeași cantitate de energie termică ca:

• lemne – 3,5 kg;
• cărbune – 1-2 kg;
• electricitate – 9-10 kWh.

Dacă se cunoaște greutatea aproximativă a deșeurilor agricole care vor fi disponibile în următorii ani și cantitatea de energie necesară, se poate calcula rentabilitatea instalației de biogaz.

Unul dintre principalele dezavantaje ale producerii biogazului este mirosul. Posibilitatea de a utiliza grămezi mici de compost este un mare avantaj, dar va trebui să suportați neplăceri și să controlați cu atenție procesul pentru a nu provoca răspândirea microorganismelor patogene.

Pentru încărcarea în bioreactor se prepară un substrat care include mai multe componente în următoarele proporții:

• gunoi de grajd (de preferință de vacă sau de porc) – 1,5 t;
• deșeuri organice (pot fi frunze putrezite sau alte componente de origine vegetală) – 3,5 t;
• apă încălzită la 35 de grade (cantitatea de apă caldă se calculează astfel încât masa sa să constituie 65-75% din cantitatea totală de materie organică).

Calculul substratului este realizat pentru o singură încărcare pe șase luni, pornind de la un consum moderat de gaz. După aproximativ 10-15 zile, procesul de fermentație va da primele rezultate: gazul va apărea în cantități mici și va începe să umple rezervorul. După 30 de zile, se poate aștepta o producție completă de combustibil.

Echipamentul pentru producția de biogaz nu este încă foarte răspândit în țara noastră. În mare măsură, acest lucru se datorează informării deficitare a oamenilor cu privire la avantajele și particularitățile de funcționare a sistemelor de biogaz. În China și India, multe gospodării agricole mici sunt dotate cu instalații artizanale pentru obținerea de combustibil suplimentar curat.

Dacă instalația funcționează corect, volumul de biogaz va crește treptat, până când substratul se descompune. Performanța construcției depinde direct de viteza de fermentare a biomasei, care, la rândul său, este legată de temperatura și umiditatea substratului.

Instrucțiuni pentru construirea independentă

Dacă nu există experiență în asamblarea sistemelor complexe, are sens să alegeți online sau să elaborați cea mai simplă schemă a unei instalații de biogaz pentru o casă privată.

Cu cât construcția este mai simplă, cu atât este mai fiabilă și mai durabilă. Mai târziu, când vor apărea abilitățile de construcție și de manipulare a sistemului, se va putea reconfigura echipamentul sau monta o instalație suplimentară.

În construcțiile scumpe de producție industrială sunt prevăzute sisteme de amestecare a biomasei, încălzire automată, purificare a gazului etc. Echipamentul de uz casnic nu este atât de complex. Este mai bine să asamblați o instalație simplă, iar apoi să adăugați elemente de care va fi nevoie.

La calcularea volumului fermentatorului, este recomandabil să vă orientați către 5 m³. O astfel de instalație permite obținerea cantității de gaz necesară pentru încălzirea unei case private cu suprafața de 50 m², dacă se folosește un cazan sau o sobă pe gaz ca sursă de căldură.

Acesta este un indicator mediu, deoarece puterea calorică a biogazului nu depășește de obicei 6000 kcal/m³.

Pentru ca procesul de fermentație să decurgă mai mult sau mai puțin stabil, trebuie atins un regim de temperatură adecvat. În acest scop, bioreactorul este instalat într-o groapă de pământ sau se prevede în prealabil o izolație termică fiabilă. Încălzirea constantă a substratului poate fi asigurată dacă sub baza fermentatorului se introduce o țeavă de încălzire cu apă.

Construcția unei instalații de biogaz poate fi împărțită în mai multe etape.

Etapa 1 – pregătirea gropii pentru bioreactor

Practic, întreaga instalație de biogaz se află sub pământ, așadar multe depind de modul în care a fost săpată și finisată groapa. Există mai multe opțiuni pentru întărirea pereților și etanșarea gropii – plastic, beton, inele polimerice.

Soluția optimă este achiziționarea de inele polimerice gata făcute cu fund orb. Acestea vor costa mai mult decât materialele improvizate, dar nu va fi necesară o etanșare suplimentară. Polimerii sunt sensibili la sarcini mecanice, dar nu se tem de umiditate și de substanțe chimice agresive. Nu pot fi reparați, dar la nevoie pot fi ușor înlocuiți.

Intensitatea fermentării substratului și producția de gaz depind de pregătirea pereților și a fundului bioreactorului, de aceea groapa este consolidată, izolată termic și etanșată cu grijă. Aceasta este cea mai dificilă și laborioasă etapă a lucrărilor.

Etapa 2 – amenajarea drenajului de gaz

Achiziționarea și montarea agitatoarelor speciale pentru instalațiile de biogaz este o plăcere costisitoare. Sistemul poate fi ieftinit prin amenajarea unui drenaj de gaz. Acesta constă în țevi de canalizare din polimeri instalate vertical, în care sunt făcute numeroase orificii.

La calculul lungimii țevilor de drenaj, trebuie să vă orientați după adâncimea planificată de umplere a bioreactorului. Părțile superioare ale țevilor trebuie să fie deasupra acestui nivel.

Pentru drenajul de gaz se pot alege țevi metalice sau polimerice. Primele sunt mai rezistente, iar cele din urmă mai stabile la acțiuni chimice. Este mai bine să se acorde preferință polimerilor, deoarece metalul va rugini și va putrezi rapid.

În bioreactorul gata pregătit se poate încărca imediat substratul. Acesta se acoperă cu o folie, astfel încât gazul eliberat în timpul fermentației să se afle sub o ușoară presiune. Când cupola va fi gata, aceasta va asigura alimentarea normală a biometanului prin conducta de evacuare.

Etapa 3 – montarea cupolei și a țevilor

Etapa finală de asamblare a celei mai simple instalații de biogaz este montarea părții superioare în formă de cupolă. În punctul cel mai înalt al cupolei se instalează o conductă de evacuare a gazului și se trage până la gazometrul, de care nu se poate face abstracție.

Capacitatea bioreactorului se închide cu un capac etanș. Pentru a preveni amestecarea biometanului cu aerul, se amenajează un sifon hidraulic. Acesta servește și la purificarea gazului. Trebuie prevăzută o supapă de descărcare care se va activa dacă presiunea în fermentator este prea ridicată.

Mai detaliat despre cum să faceți biogaz din gunoi de grajd citiți  în acest material.

Spațiul liber al bioreactorului îndeplinește într-o oarecare măsură funcțiile unui depozit de gaz, dar acest lucru nu este suficient pentru funcționarea în siguranță a instalației. Gazul trebuie consumat constant, altfel este posibilă o explozie din cauza presiunii excesive sub cupolă.

Metode de încălzire a bioreactorului

Microorganismele care procesează substratul sunt prezente în mod constant în biomasă, dar pentru reproducerea lor intensivă este necesară o temperatură de 38 de grade și mai mult.

Pentru încălzirea în perioada rece, puteți folosi un serpentin conectat la sistemul de încălzire al casei sau încălzitoare electrice. Prima metodă este mai avantajoasă economic, de aceea este folosită mai des.

Instalația de biogaz nu trebuie neapărat să fie îngropată în pământ, există și alte variante de amenajare. Un exemplu de funcționare a unui sistem asamblat din butoaie este prezentat în videoclipul de mai jos.

Cel mai simplu este să amenajați încălzirea de jos, trăgând o conductă de la sistemul de încălzire, dar eficiența unui astfel de schimbător de căldură este relativ scăzută. Mai bine să amenajați o încălzire exterioară, ideal cu abur, pentru ca biomasa să nu se supraîncălzească.

Concluzii și material video util pe această temă

Deși nu este nimic complicat în asamblarea și amenajarea echipamentelor pentru biogaz, trebuie să fiți extrem de atenți la detalii. Greșelile sunt inadmisibile, deoarece pot duce la explozii și distrugeri. Vă oferim instrucțiuni video care vă vor ajuta să înțelegeți structura instalațiilor, să le asamblați corect și să le completați cu dispozitive utile pentru o utilizare mai convenabilă a biogazului.

În videoclip se explică cum este construită și funcționează o instalație standard de biogaz:

Exemplu de instalație de biogaz de casă. Lecție video despre amenajarea sistemului cu propriile mâini:

Instrucțiuni video pentru asamblarea unei instalații de biogaz dintr-un butoi:

Descrierea procesului de fabricare a agitatoarelor pentru substrat:

Descrierea detaliată a funcționării unui depozit de gaz de casă:

Oricât de simplă ar fi instalația de biogaz aleasă pentru o casă particulară, nu merită să economisiți la ea. Dacă există posibilitatea, mai bine cumpărați un bioreactor demontabil de producție industrială.

Dacă nu – fabricați din materiale de calitate și rezistente: polimeri, beton sau oțel inoxidabil. Acest lucru va permite crearea unui sistem de alimentare cu gaz cu adevărat fiabil și sigur pentru locuință.

Aveți întrebări pe tema articolului, ați găsit neajunsuri sau aveți informații valoroase pe care le puteți împărtăși cu cititorii noștri? Vă rugăm, lăsați comentariile dumneavoastră, adresați întrebări, împărtășiți experiența.