Los agricultores anualmente enfrentan el problema de la eliminación del estiércol. Los fondos considerables que se requieren para organizar su extracción y entierro no van a ninguna parte. Pero hay una manera que no solo le ahorra dinero, sino que también le hace servir este producto natural por su propio bien.
Los celosos propietarios han estado utilizando la ecotecnología en la práctica, lo que les permite obtener biogás a partir del estiércol y utilizar el resultado como combustible.
Por lo tanto, en nuestro material nos centraremos en la tecnología de producción de biogás, también hablaremos sobre cómo construir una instalación de bioenergía.
Ventajas de usar biotecnología
La tecnología para producir biocombustibles a partir de diversas fuentes naturales no es nueva. La investigación en esta área comenzó a fines del siglo XVIII y se desarrolló con éxito en el siglo XIX. En la Unión Soviética, la primera planta de bioenergía se creó en los años cuarenta del siglo pasado.
Las biotecnologías se han utilizado durante mucho tiempo en muchos países, pero hoy están adquiriendo un significado especial. Debido al deterioro de la situación ambiental en el planeta y al alto costo de la energía, muchos están volviendo la vista hacia fuentes alternativas de energía y calor.
La tecnología para procesar el estiércol en biogás permite reducir la cantidad de emisiones dañinas de metano a la atmósfera y obtener una fuente adicional de energía térmica.
Por supuesto, el estiércol es un fertilizante muy valioso, y si la granja tiene dos vacas, entonces no hay problemas con su uso. Otra cosa cuando se trata de granjas con ganado grande y mediano, donde se forman toneladas de material biológico fétido y podrido por año.
Para que el estiércol se convierta en fertilizante de alta calidad, necesita áreas con un cierto régimen de temperatura, y esto es un gasto adicional. Por lo tanto, muchos agricultores lo almacenan donde es necesario y luego lo llevan a los campos.
Dependiendo del volumen de materias primas generadas por día, se deben seleccionar las dimensiones de la instalación y el grado de automatización.
Si no se observan las condiciones de almacenamiento, hasta el 40% de nitrógeno y la mayor parte del fósforo desaparecen del estiércol, lo que empeora significativamente sus indicadores de calidad. Además, el gas metano se libera a la atmósfera, lo que tiene un impacto negativo en la situación ecológica del planeta.
Las biotecnologías modernas hacen posible no solo neutralizar los efectos nocivos del metano en la situación ambiental, sino también hacer que sirva en beneficio del hombre, al tiempo que extrae beneficios económicos considerables. Como resultado del procesamiento del estiércol, se forma biogás, a partir del cual se pueden obtener miles de kW de energía, y los desechos de producción son un fertilizante anaeróbico muy valioso.
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Granjas: los principales proveedores de materias primas para la producción de biogás
Producción y uso de biocombustibles gaseosos.
Construcción de plantas de reciclaje de bricolaje
Contenedor de plástico listo para usar en el dispositivo biorreactor
El mecanismo de formación de gas a partir de materias primas orgánicas.
El biogás es una sustancia volátil sin color ni olor, que contiene hasta un 70% de metano. Por sus indicadores de calidad, se está acercando al tipo tradicional de combustible: el gas natural. Tiene un buen poder calorífico, 1m3 El biogás emite tanto calor como se obtiene al quemar un kilo y medio de carbón.
Debemos la formación de biogás a las bacterias anaerobias, que están trabajando activamente en la descomposición de las materias primas orgánicas, que se utilizan para el estiércol de animales de granja, excrementos de pájaros, desechos de cualquier planta.
En la producción independiente de biogás, se pueden usar excrementos de aves y productos de desecho de ganado pequeño y grande. Las materias primas se pueden usar en forma pura y en forma de mezcla con hierba, follaje, papel viejo
Para activar el proceso, es necesario crear condiciones favorables para la vida de las bacterias.Deberían ser similares a aquellos en los que los microorganismos se desarrollan en un reservorio natural, en el estómago de los animales, donde no hay calor ni oxígeno.
En realidad, estas son las dos condiciones principales que contribuyen a la transformación milagrosa del estiércol en descomposición en combustible ecológico y valiosos fertilizantes.
Para obtener biogás, se necesita un reactor sellado sin acceso al aire, donde tendrá lugar el proceso de fermentación del estiércol y su descomposición en componentes:
- metano (hasta 70%);
- dióxido de carbono (aproximadamente 30%);
- otras sustancias gaseosas (1-2%).
Los gases formados se elevan en el tanque, desde donde se bombean, y el producto residual se deposita, un fertilizante orgánico de alta calidad que retiene todas las sustancias valiosas que se encuentran en el estiércol, nitrógeno y fósforo, y pierde una parte significativa de los microorganismos patógenos como resultado del procesamiento.
El reactor de biogás debe tener una estructura completamente sellada en la que no haya oxígeno; de lo contrario, el proceso de descomposición del estiércol será extremadamente lento
La segunda condición importante para la descomposición efectiva del estiércol y la formación de biogás es el cumplimiento del régimen de temperatura. Las bacterias involucradas en el proceso se activan a una temperatura de +30 grados.
Además, en el estiércol contiene dos tipos de bacterias:
- mesofílica Su actividad vital ocurre a una temperatura de +30 - +40 grados;
- termofílica Para su reproducción, es necesario observar el régimen de temperatura de +50 (+60) grados.
El tiempo de procesamiento de las materias primas en plantas del primer tipo depende de la composición de la mezcla y varía de 12 a 30 días. Al mismo tiempo, 1 litro de área útil del reactor da 2 litros de biocombustible. Cuando se usan plantas del segundo tipo, el tiempo de producción del producto final se reduce a tres días, y la cantidad de biogás aumenta a 4.5 litros.
La eficiencia de las plantas termofílicas es visible a simple vista, sin embargo, el costo de su mantenimiento es muy alto, por lo que antes de elegir este o aquel método de producción de biogás, debe calcular cuidadosamente todo
A pesar del hecho de que la eficiencia de las plantas termofílicas es diez veces mayor, se usan con mucha menos frecuencia, ya que mantener altas temperaturas en el reactor está asociado con altos costos.
El mantenimiento y mantenimiento de las plantas de tipo mesofílico es más barato, por lo que la mayoría de las granjas las utilizan para la producción de biogás.
Según los criterios de potencial energético, el biogás es ligeramente inferior al combustible de gas convencional. Sin embargo, contiene humos de sulfato, cuya presencia debe tenerse en cuenta al elegir los materiales para la construcción de la instalación.
Cálculos de la eficiencia del biogás.
Los cálculos simples ayudarán a evaluar todos los beneficios del uso de biocombustibles alternativos. Una vaca que pesa 500 kg produce alrededor de 35-40 kg de estiércol por día. Esta cantidad es suficiente para llegar a unos 1,5 m.3 biogás, a partir del cual es posible generar 3 kW / h de electricidad.
Usando los datos de la tabla, es fácil calcular cuántos m3 el biogás se puede obtener a la salida de acuerdo con el ganado disponible en la granja
Para obtener biocombustibles, puede usar un tipo de materia prima orgánica o una mezcla de varios componentes con un contenido de humedad del 85-90%. Es importante que no contengan impurezas químicas extrañas que afecten negativamente el proceso de procesamiento.
La receta más simple para la mezcla fue inventada en 2000 por un campesino ruso de la región de Lipetsk que construyó con sus propias manos la planta más simple para la producción de biogás. Mezcló 1,500 kg de estiércol de vaca con 3,500 kg de desechos de varias plantas, agregó agua (aproximadamente el 65% del peso de todos los ingredientes) y calentó la mezcla a 35 grados.
Dos semanas después, el combustible gratis está listo. Esta pequeña instalación produjo 40 m.3 gas por día, que fue suficiente para calentar la casa y los edificios del hogar durante seis meses.
Opciones para instalaciones de biocombustibles
Después de realizar los cálculos, es necesario decidir cómo realizar la instalación para obtener biogás de acuerdo con las necesidades de su granja. Si el ganado es pequeño, entonces la opción más simple es adecuada, que es fácil de hacer con materiales improvisados con sus propias manos.
Es aconsejable que las granjas grandes que tienen una fuente constante de grandes cantidades de materias primas construyan un sistema industrial automatizado de biogás. En este caso, es casi imposible hacerlo sin involucrar a especialistas que desarrollarán el proyecto y montarán la instalación a nivel profesional.
El diagrama muestra claramente cómo funciona el complejo industrial automatizado para la producción de biogás. La construcción de tal escala puede ser organizada a la vez por varias granjas ubicadas cerca
Hoy en día, hay docenas de compañías que pueden ofrecer muchas opciones: desde soluciones preparadas hasta el desarrollo de un proyecto individual. Para reducir el costo de construcción, puede cooperar con granjas vecinas (si están disponibles cerca) y construir una para todas las plantas de biogás.
Cabe señalar que, incluso para la construcción de una instalación pequeña, es necesario elaborar los documentos relevantes, elaborar un diagrama de flujo, un plan para la colocación del equipo y la ventilación (si el equipo está instalado en la sala), someterse a procedimientos de aprobación con SES, inspección de incendios y gases.
Se puede hacer una mini-planta para la producción de gas para satisfacer las necesidades de una pequeña economía privada con la propia mano, centrándose en el diseño y los detalles de las instalaciones del dispositivo, fabricadas a escala industrial.
El diseño de plantas para procesar estiércol y plantas orgánicas en biogás no es difícil. El original emitido por la industria es bastante adecuado como plantilla para la construcción de su propia mini fábrica.
Los artesanos independientes que deciden comenzar a construir su propia instalación deben abastecerse de un tanque de agua, tuberías de agua o alcantarillas de plástico, curvas de esquina, juntas y un cilindro para almacenar el gas recibido en la instalación.
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El elemento principal de la futura instalación es un tanque de plástico con una tapa lapeada. En la foto, la capacidad es de 700 l, debe estar preparado para el trabajo: marque y dibuje agujeros para la entrada de tuberías
Necesitará tuberías de PVC para ingresar al contenedor, un adaptador como embudo, esquinas de plástico, una manguera para suministrar agua al contenedor, pegamento, un accesorio para fijarlo en la tapa y una válvula para cerrar
El contorno de los agujeros es más conveniente delinear usando una tubería que se enrolle en él. El orificio debe cortarse con la máxima precisión.
Las tuberías se insertan cuidadosamente en los agujeros cortados. No deben ser dañados por rebabas resultantes del proceso de corte. La junta está llena de pegamento y sellador.
Se instala una tubería diseñada para cargar materias primas para el procesamiento de modo que entre el fondo del tanque y su borde inferior haya 2 - 5 cm.
El adaptador se utiliza como un embudo para cargar materias primas, porque La unidad en construcción está destinada a procesar residuos de alimentos. Se necesitan más embudos y tuberías para cargar el estiércol
Del mismo modo, se forma un agujero y se instala un tubo de escape horizontal. El borde del tubo introducido en el tanque está equipado con una esquina.
Se corta un orificio en la tapa, en el que se instala una manguera que suministra el agua necesaria para el procesamiento
Paso 1: miniplanta casera para producción de biogás
Paso 2: piezas de conexión para instalación portátil
Paso 3: formando agujeros para la introducción de tubos de plástico
Paso 4: Instale la tubería de PVC en el orificio cortado en el tanque
Paso 5: Reglas para instalar la tubería de alimentación
Paso 6: instale el adaptador como un embudo en la tubería
Paso 7: instalación y fijación del tubo de escape de la instalación
Paso 8: conecte la manguera de entrada de agua a la cubierta
Características del sistema de biogás.
Una planta de biogás de pleno derecho es un sistema complejo que consiste en:
- Biorreactor, donde el proceso de descomposición del estiércol;
- Sistema automatizado de alimentación de residuos orgánicos;
- Dispositivos para mezclar biomasa;
- Equipo para mantener condiciones óptimas de temperatura;
- Tanques de gas - tanques de almacenamiento de gas;
- Receptor de residuos sólidos.
Todos los elementos anteriores se instalan en plantas industriales que funcionan en modo automático. Los reactores domésticos, por regla general, tienen un diseño más simplificado.
El diagrama muestra los componentes principales de un sistema automatizado de biogás. El volumen del reactor depende de la ingesta diaria de materias primas orgánicas. Para el funcionamiento completo de la instalación, el reactor debe llenarse con dos tercios del volumen
El principio de funcionamiento de la instalación.
El elemento principal del sistema es un biorreactor. Hay varias opciones para su ejecución, lo principal es garantizar la estanqueidad de la estructura y eliminar la entrada de oxígeno. Se puede hacer en forma de un recipiente de metal de varias formas (generalmente cilíndrico) ubicado en la superficie. A menudo, para estos fines, se utilizan tanques de combustible vacíos de 50 cc.
Puede comprar contenedores confeccionados de diseño plegable. Su ventaja es la capacidad de desmontar rápidamente y, si es necesario, transportar a otro lugar. Es aconsejable utilizar instalaciones de superficie industrial en granjas grandes donde hay una afluencia constante de una gran cantidad de materias primas orgánicas.
Para granjas más pequeñas, la opción de colocación de tanques subterráneos es más adecuada. El búnker subterráneo está construido de ladrillo u hormigón. Puede excavar contenedores prefabricados, por ejemplo, barriles de metal, acero inoxidable o PVC, en el suelo. También es posible colocarlos en la calle o en una habitación especialmente designada con buena ventilación.
Para la fabricación de una planta de biogás, se pueden comprar e instalar contenedores de PVC listos para usar en una habitación equipada con un sistema de ventilación
No importa dónde y cómo esté ubicado el reactor, está equipado con una tolva para cargar estiércol. Antes de cargar la materia prima, debe someterse a una preparación preliminar: se tritura en fracciones de no más de 0,7 mm y se diluye con agua. Idealmente, la humedad del sustrato debe ser aproximadamente del 90%.
Las plantas automatizadas de tipo industrial están equipadas con un sistema de alimentación, que incluye un receptor, en el que la mezcla se lleva a la humedad necesaria, una tubería para el suministro de agua y una unidad de bombeo para bombear la masa al biorreactor.
En las instalaciones domésticas, se utilizan contenedores separados para preparar el sustrato, donde los desechos se trituran y se mezclan con agua. Luego la masa se carga en el compartimento receptor. En los reactores ubicados bajo tierra, se saca la tolva para recibir el sustrato, la mezcla preparada por gravedad fluye a través de la tubería hacia la cámara para la fermentación.
Si el reactor está ubicado en el suelo o en el interior, la tubería de entrada con el dispositivo receptor puede ubicarse en el lado inferior del tanque. También es posible llevar la tubería a la parte superior y poner una campana en su cuello. En este caso, la biomasa tendrá que ser bombeada.
En el biorreactor, también es necesario proporcionar una salida, que se realiza casi en la parte inferior del tanque en el lado opuesto de la tolva de entrada. Para la colocación subterránea, la tubería de salida se instala oblicuamente hacia arriba y conduce a un receptáculo de desechos que se asemeja a una caja rectangular en forma. Su borde superior debe estar por debajo del nivel de la entrada.
Las tuberías de entrada y salida están ubicadas oblicuamente hacia arriba en diferentes lados del tanque, mientras que el tanque de compensación en el que ingresan los desechos debe ser más bajo que la tolva receptora
El proceso procede de la siguiente manera: la tolva de entrada recibe un nuevo lote de sustrato, que fluye hacia el reactor, al mismo tiempo que la misma cantidad de masa gastada se canaliza hacia el receptor de desechos, desde donde luego se recoge y se utiliza como biofertilizante de alta calidad.
El almacenamiento de biogás se lleva a cabo en un tanque de gas. Muy a menudo, se encuentra directamente en el techo del reactor y tiene la forma de una cúpula o cono. Está hecho de hierro para techos y luego, para evitar procesos corrosivos, se pinta con varias capas de pintura al óleo.
En las plantas industriales, diseñadas para recibir una gran cantidad de gas, el tanque de gas a menudo se realiza en forma de un tanque separado conectado al reactor por una tubería.
El gas obtenido como resultado de la fermentación no es adecuado para su uso, ya que contiene una gran cantidad de vapor de agua, y de esta forma no se quemará. Para limpiarlo de fracciones de agua, el gas pasa a través de una cerradura hidráulica. Para hacer esto, se retira una tubería del tanque de gas, a través de la cual el biogás ingresa al tanque con agua, y desde allí se suministra a los consumidores a través de una tubería de plástico o metal.
Diagrama de instalación ubicado bajo tierra. La entrada y la salida deben ubicarse en lados opuestos del tanque. Un obturador de agua se encuentra por encima del reactor a través del cual se pasa el gas producido para drenar
En algunos casos, se usan bolsas de gas especiales hechas de cloruro de polivinilo para almacenar gas. Las bolsas se colocan al lado de la unidad y se llenan gradualmente de gas. A medida que se llena, el material elástico se infla y el volumen de las bolsas aumenta, lo que le permite ahorrar temporalmente una mayor cantidad del producto final.
Condiciones para el funcionamiento efectivo del biorreactor
Para el funcionamiento eficiente de la planta y la extracción intensiva de biogás, es necesaria una fermentación uniforme del sustrato orgánico. La mezcla debe estar en constante movimiento. De lo contrario, se forma una corteza, el proceso de descomposición se ralentiza, lo que resulta en menos gas que el calculado originalmente.
Para garantizar una mezcla activa de biomasa, se instalan mezcladoras sumergibles o inclinadas equipadas con un motor eléctrico en la parte superior o lateral de un reactor típico. En instalaciones artesanales, la mezcla se realiza mecánicamente utilizando un dispositivo que se asemeja a un mezclador doméstico. Puede ser controlado manualmente o equipado con un accionamiento eléctrico.
Con una disposición vertical del reactor, el mango del mezclador se muestra en la parte superior de la instalación. Si el contenedor se instala horizontalmente, el tornillo también se ubica en un plano horizontal y el mango se ubica al costado del biorreactor
Una de las condiciones más importantes para la producción de biogás es mantener la temperatura requerida en el reactor. El calentamiento se puede hacer de varias maneras. En instalaciones estacionarias, se utilizan sistemas de calefacción automatizados que se encienden cuando la temperatura cae por debajo de un nivel predeterminado y se apagan cuando se establece la temperatura requerida.
Para la calefacción, puede usar calderas de gas, calentar directamente con dispositivos de calefacción eléctricos o integrar un elemento calefactor en la base del tanque.
Para reducir la pérdida de calor, se recomienda construir un marco pequeño alrededor del reactor con una capa de lana de vidrio o cubrir la instalación con aislamiento térmico. El poliestireno expandido y sus otras variedades tienen buenas propiedades de aislamiento térmico.
Para equipar un sistema de calefacción de biomasa, es posible trazar una tubería desde la calefacción de la casa, que funciona con un reactor
Determinación del volumen requerido.
El volumen del reactor se determina en función de la cantidad diaria de estiércol producido en la granja. También es necesario tener en cuenta el tipo de materia prima, la temperatura y el tiempo de fermentación. Para que la instalación funcione por completo, el tanque se llena al 85-90% del volumen, al menos el 10% debe permanecer libre para que escape el gas.
El proceso de descomposición de los compuestos orgánicos en una instalación mesofílica a una temperatura promedio de 35 grados dura 12 días, luego de lo cual se eliminan los residuos fermentados y el reactor se llena con una nueva porción del sustrato. Dado que los desechos se diluyen con agua hasta un 90% antes de ser enviados al reactor, la cantidad de líquido también debe tenerse en cuenta al determinar la carga diaria.
Según los indicadores anteriores, el volumen del reactor será igual a la cantidad diaria del sustrato preparado (estiércol con agua) multiplicado por 12 (el tiempo requerido para la descomposición de la biomasa) y aumentado en un 10% (volumen del tanque libre).
Construcción subterránea
Ahora hablemos de la instalación más simple que le permite obtener biogás en casa al menor costo. Considere la construcción de un sistema subterráneo. Para hacerlo, debe cavar un agujero, su base y paredes se vierten con hormigón armado expandido.
En los lados opuestos de la cámara, se insertan las aberturas de entrada y salida, donde se montan tuberías inclinadas para suministrar el sustrato y bombear la masa gastada.
El tubo de salida con un diámetro de aproximadamente 7 cm debe estar casi en la parte inferior de la tolva, su otro extremo está montado en un recipiente compensador de forma rectangular, en el que se bombearán los desechos. La tubería para suministrar el sustrato se encuentra aproximadamente a 50 cm del fondo y tiene un diámetro de 25-35 cm. La parte superior de la tubería ingresa al compartimento para recibir las materias primas.
El reactor debe estar completamente sellado. Para excluir la posibilidad de ingreso de aire, el recipiente debe estar cubierto con una capa de impermeabilización de betún
La parte superior de la tolva es un soporte de gas que tiene una cúpula o forma cónica. Está hecho de láminas de metal o hierro para techos. También puede terminar la construcción con mampostería, que luego se cubre con malla de acero y enlucida. En la parte superior del tanque de gas, debe hacer una escotilla sellada, retire la tubería de gas que pasa a través del sello de agua e instale una válvula para aliviar la presión del gas.
Para mezclar el sustrato, es posible equipar la instalación con un sistema de drenaje que funcione según el principio de rociado. Para hacer esto, fije verticalmente los tubos de plástico dentro de la estructura de modo que su borde superior sea más alto que la capa de sustrato. Haz muchos agujeros en ellos. El gas a presión caerá y, al elevarse, las burbujas de gas mezclarán la biomasa en el tanque.
Si no desea construir un búnker de concreto, puede comprar un contenedor de PVC listo para usar. Para mantener el calor, debe estar rodeado por una capa de aislamiento térmico: espuma de poliestireno. El fondo del pozo se vierte con hormigón armado con una capa de 10 cm. Se pueden usar tanques de cloruro de polivinilo si el volumen del reactor no excede los 3 m3.
¿Cómo es la construcción de un reactor subterráneo? Puedes verlo en el video:
En el siguiente video se muestra cómo se carga el estiércol en la instalación subterránea:
Una planta para producir biogás a partir de estiércol ahorrará significativamente en el pago de calor y electricidad, y pondrá en buen funcionamiento el material orgánico, que es abundante en cada granja. Antes de comenzar la construcción, es necesario calcular y preparar todo cuidadosamente.
El reactor más simple se puede hacer en pocos días con sus propias manos, utilizando herramientas improvisadas. Si la economía es grande, es mejor comprar una instalación preparada o consultar a un especialista.
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