Вторичные источники энергии в сельском хозяйстве

Использование вторичных источников энергии.

Использование вторичных источников энергии - является главным резервом сохранения энергии и главным образом это - применение энергосберегающих технологий, основными из которых являются:

- совершенствование конструктивных решений систем вентиляции, средств регулирования микроклимата, эксплуатации теплового оборудования и т.д.;

- использование тепловых насосов;

- регенерация теплоты на животноводческих фермах;

- использование биогаза;

- использование естественного холода;

- использование отходов (солома, стебли, опилки, ветки деревьев и т.д.) для целей отопления;

- использование вторичных энергоресурсов промышленных предприятий;

Конечно же, все мероприятия по энергосбережению должны проводиться на различных уровнях их реализации. И первый уровень включает мероприятия, которые зависят от работников хозяйств, и выражается в поддержании технических параметров машин и оборудования в процессе эксплуатации на уровне их значений в соответствии с ГОСТами на их изготовление. Своевременная замена неисправных деталей системы питания (форсунок, свечей), устранение течей трубопроводов и др. Сюда также относятся и мероприятия по рациональному использованию и обслуживанию машин: повышение загрузки, использования пробега, квалификации, а также обеспечение механизированной доставки, хранения и заправки машин ТСМ.

Развитие второго уровня зависит от работников управленческих структур и отраслей АПК, научно-конструкторских организаций, обслуживающих и снабженческих предприятий. К этому уровню относят в основном мероприятия научно-технического прогресса. Создание новой техники позволит снизить расход или уменьшить потери топлива и электроэнергии, которые возникают из-за несовершенства имеющихся конструкций. Третий уровень зависит от политики государства проводимой в сфере энергосбережения

Получение биотоплива из навоза.

Отходы сельского хозяйства позволяют получать энергию. Энергию из ничего. Такими отходами могут быть навоз скота, свиней, птичий помет, отходы боен, пивная дробина, после спиртовая барда, свекольный жом, канализационные стоки и др.

Переработка отходов на биогазовой установке дает:

- биогаз. В процессе брожения из биоотходов вырабатывается биогаз. Этот газ может использоваться, как и обычный природный газ для обогрева, выработки электроэнергии. Его можно сжимать, использовать для заправки автомобиля, накапливать, перекачивать.

- электроэнергию. Из одного м3 биогаза можно выработать 2 кВт*ч электроэнергии (биогаз, который при сжигании в когенераторе дает электроэнергию)

- тепло. В установке от охлаждения электрогенератора вырабатывается тепло без дополнительного сжигания газа.

- биоудобрения. Переброженная масса - это экологически чистые жидкие и твердые удобрения (биогумус). Урожаи растут на 40-50%.

- утилизацию или очистку. Обычныебиоотходы (например, навоз) нельзя использовать, по крайней мере, 3 года (надо хранить в лагунах). А установка перерабатывает отходы в удобрение (биоудобрение), готовое к использованию.

- топливо для авто. Биогаз после очистки от СО2 - это метан, которым заправляют автомобили.

Использование биогаза.

Биогаз - продукт сбраживания органических отходов (биомассы), включая органическую фракцию твердых бытовых отходов, навоз и фекалии человека, в анаэробных условиях (в метантенках). Представляющийсобой смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов. Этот вариант биоэнергетики самый экологичный, так как для производства топлива не используется продовольственное сырье.

Небольшие установки для получения биогаза широко применяются в теплых странах. Лидер по использованию биогаза - Китай. В этой стране работает более 10 млн небольших биогазовых установок, дающих энергию для нужд сельского населения. Кроме того, 64 тыс. биогазовых станций обеспечивают работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка, работающего на сжиженном биогазе.

Также бурно развивается производство биогаза в Индии. При получении биогаза из навоза одновременно решаются две проблемы: получается дешевая энергия и утилизируется бесподстилочный навоз крупных животноводческих комплексов и фекалии птицефабрик.

Как известно, бесподстилочный навоз плохо компостируется, его предварительно нужно смешивать с дополнительной органикой (соломой или опилками), что дорого. А без компостирования вносить его на поля нельзя, так как он токсичен и убивает почвенную микрофлору. Отходы получения биогаза из такого навоза являются хорошим удобрением.

В мире работают сотни больших биогазовых заводов, перерабатывающих навоз. В Германии их 500 (сырьем служит смесь из 70% коровяка и 30% птичьих фекалий), в США создан крупный биогазовый завод, на котором утилизируется навоз от 115 тыс. коров! Этот опыт, несомненно, полезен для России, где вновь начато строительство крупных животноводческих комплексов, навоз которых пока накапливается в хранилищах.

В Швеции, которая сегодня стала лидером по использованию нетрадиционной энергетики в ЕС, биогаз получают из отходов мясокомбинатов (внутренностей животных). Даже курсирует особый поезд, работающий на сжиженном биогазе. Биогаза, полученного при переработке внутренностей одной коровы, достаточно, чтобы поезд проехал 4 км.

В нашем климате для того, чтобы успешно протекал биохимический процесс, метантенк нужно подогревать. В Мурманской области работают две крупных биогазовых установки с реакторами объемом в 50 м3.

Близок к биогазу свалочный газ, который вырабатывается в толщах гигантских «метантенков» - старых городских свалок и добывается оттуда через скважины примерно так же, как природный газ. Биогаз - газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид - бактерии гидролизные, второй - кислотообразующие, третий - метанобразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.

Состав биогаза 50-87 % метана, 13-50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан - полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Сырьё для получения биогаза.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, помет, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха, трава, бытовыеотходы, отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка), отходы производства биодизеля (технический глицерин от производства биодизеля из рапса), отходы от производства соков (фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка), водоросли, отходы производства крахмала и патоки, отходы переработки картофеля, производства чипсов, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70%. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87% - можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30% от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60% до 95%. В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа. На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание: быстро разлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудно разлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Ранее, когда не существовало науки о биогазе, и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться. Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 500 м³ из 1 тонны.

Экологические аспекты.

Производство биогаза позволяет уменьшить выбросы метана в атмосферу. Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.