Как сделать биотопливо самостоятельно - твердое, газообразное, жидкое

Особенности применения биогаза для хозяйственных нужд

Область применения этого вида энергоресурса достаточно обширна. Благодаря использованию биогаза в качестве топлива производят электрическую энергию, получают горячую воду или пар. Есть множественные примеры из практики, где биотопливом заправляют автомобильный транспорт.

Но, чтобы в хозяйстве не возникало проблем при использовании такого топлива, чрезвычайно важно обустроить хранилище для полученного биогаза, выделив правильное место под газгольдер на участке. Биогазовые установки подобного типа являются оборудованием, благодаря которому открываются возможности создания безотходных производств. В этом плане удачный пример демонстрируют отдельные страны Западной Европы

В этом плане удачный пример демонстрируют отдельные страны Западной Европы

Биогазовые установки подобного типа являются оборудованием, благодаря которому открываются возможности создания безотходных производств. В этом плане удачный пример демонстрируют отдельные страны Западной Европы.

Например, в Дании производство этого вида топлива достигло планки почти в 20% от общей массы энергоресурсов страны. В крупных регионах мира – Индии и Китае – счёт биогазовых установок идёт на сотни тысяч.

Мощные промышленные установки добычи биотоплива. Такие конструкции способны полностью обеспечить биотопливом крупные сельскохозяйственные структуры. По всему миру используется огромное количество подобных систем. И количественный рост активно продолжается

Не просто так отмечается значительный рост интереса во всём мире к процессам производства биогаза.

Это один из тех вариантов энергетики, который относят к альтернативным источникам и за которым видят будущее, поэтому фермеры и руководители ЖКХ, владельцы частных хозяйств и малых предприятий внимательно отслеживают развитие технологии.

Нюансы использования биогаза в домашнем хозяйстве

Область использования подобного вида горючего в быту довольно обширна. Биогаз в форме горючего материала вырабатывает электрическую энергию, подогревает воду либо пар.

Существует также множество примеров, где чистым экологическим топливом заправляют баки автомобилей. Однако, чтобы подсобное хозяйство не работало с перебоями по причине отсутствия метана, необходимо соорудить газгольдер – хранилище для вырабатываемого агента на домашнем или загородном участке.

Освоив получение горючего на биологической основе, тот же фермер вправе перейти на безотходное производство. Ему не нужно будет утилизировать отходы, покупать электрическую и тепловую энергию, тратить деньги на приобретение удобрений.

Подобная методика с успехом применяется в некоторых странах Западной Европы и азиатского континента. Например, Дания вырабатывает почти четверть биогорючего от всего количества энергетических ресурсов государства.

В странах же юго-восточной Азии, число успешно работающих биореакторов измеряется сотнями тысяч. Разумеется, подобной технологией начинают интересоваться многие предприятия бытового и сельскохозяйственного сектора, причем не ради простого любопытства.

Биогаз считается одним из видов горючего альтернативной энергетики, которая уверенно выходит на первые позиции в мире. Видеоматериал представляет обзор биореактора, выполненного из пластикового бака объемом 127 литров.

Также приводятся рекомендации по эксплуатации устройства. Некоторые же домашние мастера предпочитают в качестве заготовки для биосистемы использовать 200-литровую металлическую бочку.

Большой интерес к передовой технологии проявляют предприятия пищевой промышленности и общественного питания. Рестораны, столовые и гастрономические отделы зачастую сталкиваются с проблемой утилизации просроченных продуктов, у которых полностью реализован срок хранения.

Соорудив на заднем дворе предприятия биореактор, можно полностью решить задачу утилизации органических отходов имея при этом дополнительную выгоду – экологически чистое топливо для производственных и хозяйских нужд с сохранением окружающей среды.

Производство биодизельного топлива

Исходным сырьем для производства такого топлива могут служить очень многие сельскохозяйственные культуры. В зависимости от климатического пояса это может быть соя, семена кукурузы и подсолнечника, рапс. И это далеко неполный список. Некоторые умельцы умудряются наладить производство биодизельного топлива в домашних условиях из остатков подсолнечного масла.

Рапсовые культуры являются наиболее подходящими, так как они быстро растут и не прихотливы к погодным и другим условиям. Но в последнее время активно обсуждается возможность производства топлива из водорослей. По предварительным оценкам, такое сырье в недалеком будущем потеснит рапсовые культуры. Это обусловлено тем, что для выращивания водорослей нет необходимости занимать посевные площади. Кроме того, результат будет иметь и лучшие технико-экономические показатели.

Ресурсы на изготовление

На объём одного литра чистого растительного масла (рапсовое, кукурузное, соевое) потребуется 3,5 грамма гидроксида натрия. Гидроксид натрия (каустическая сода) широко применяется в составе очистительных жидкостей.

Однако нельзя путать это вещество с другим веществом — гипохлоритом кальция, которое также содержится в составе некоторых чистящих средств. Также потребуется 200 миллилитров метанола (метилового спирта).

Химический (токсичный) компонент – метанол, одна из составляющих списка компонентов, необходимых для производства биодизеля своими руками в домашних условиях

Из механического «производственного» оборудования нужен блендер. Оптимальный вариант – аппарат, где есть режим тихого хода. Следует отметить, что приёмной ёмкостью блендера для приготовления биодизеля следует использовать стеклянную, не пластиковую.

Метанол, применяемый для изготовления биодизеля, способен вступать в реакцию с пластиком. Кроме того, потребуются:

цифровые весы для точного измерения,
стеклянный контейнер на 200 миллилитров (маркированный по уровням),
стеклянный (пластиковый) контейнер (1 л) с маркировкой по уровням,
открытый стеклянный (пластиковый) сосуд (1,5 литра),
очки защитные,
перчатки с фартуком.

Меры предосторожности

Внимание! Применяемые вещества — гидроксид натрия и метанол, при попадании на кожу приводят к плачевным результатам. Также опасными являются пары этих химических компонентов, учитывая степень токсичности. Метанол легко и быстро впитывается в организм через кожу, поэтому необходимо исключить попадание вещества на руки

Гидроксид натрия относится к едким химическим компонентам, способен вызвать химический ожог

Метанол легко и быстро впитывается в организм через кожу, поэтому необходимо исключить попадание вещества на руки. Гидроксид натрия относится к едким химическим компонентам, способен вызвать химический ожог.

Ещё один важный компонент, который требуется под приготовление биодизеля на основе растительного масла – гидроксид натрия или в простой интерпретации – каустическая сода

Отсюда вывод — готовить биодизель своими руками следует в условиях хорошо проветриваемого помещения. Если случайно пролит любой из химических компонентов с попаданием на кожу, нужно немедленно промыть место контакта водой.

Вся посуда, используемая в эесперименте, по умолчанию становится «токсичной», а потому может применяться исключительно для производства биодизеля.

Биотопливо — доступный и неисчерпаемый ресурс

Биотопливо — это используемые для получения тепловой энергии вещества биологического или животного происхождения.

В зависимости от целей и предназначения, биотопливо имеет различные агрегатные состояния: твёрдое, жидкое и газообразное.

Твёрдое

Твёрдое биотопливо на сегодняшний день держит пальму первенства как самый популярный вид альтернативного топлива.

Сырьём для производства твёрдого биотоплива служит биомасса, образующаяся из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, из соломы, опилок, щепы, хвои, листьев, а также сучки, ветки, кора, обрезки досок, бракованные части из дерева, навоз, торф и т. д. Биомассу прессуют в топливные гранулы (пеллеты) или брикетируют.

Энергетические леса, в состав которых входят быстрорастущие деревья и кустарниковые группы растений, позволяют поддерживать сырьевой баланс, обеспечивая производство биотоплива необходимым объёмом материала.

Быстрорастущие деревья сажают для использования их впоследствии в качестве сырья для производства биотоплива

Жидкое

В состав жидкого биотоплива входят спирты, эфиры, масла. Сырьём выступает та же биомасса, состоящая из растительных остатков, стеблей и семян кукурузы, рапса, сахарной свёклы и тростника, пшеницы, а также жмыха, выжимки, патоки и т.д.

Образование топлива происходит в результате спиртового брожения биологической массы с высоким содержанием крахмала и/или сахара, а также гидролизе. Образующийся в результате брожения раствор после очистки и дистилляции преобразуется в биоэтанол, биобутанол, биометанол, биодизель.

Простейшее устройство для анаэробного брожения

Газообразное

Газообразное биотопливо или биогаз образуется в результате анаэробного брожения (перепревания) органических веществ. Для производства биогаза используют метанообразующие, гидролизные или кислотообразующие бактерий.

Размещение экологически чистого производства

Наряду с общепринятой, используется и альтернативная классификация биотоплива по поколениям:

к первому поколению относится биотопливо, производимое из биологического сырья посредством брожения;
биотопливо второго поколения получают из неопасных отходов производства и потребления;
к третьему поколению относится производство биотоплива из растительных жиров, содержащихся в водорослях.

Получение древесного угля

Древесные угли представляют интерес для домовладельцев как топливо, используемое в домашних мангалах и барбекю. Не секрет, что покупать подобный уголь в магазине достаточно дорого, в то время как дома его можно выжечь бесплатно, только затратив свое время. Кстати говоря, сжигать его в твердотопливных котлах или печах бессмысленно, гораздо проще заложить в топку обычные дрова.

Выжигают уголь из древесины 2 способами:

в бочках;
в ямах.

Для первого способа требуется обычная стальная бочка на 200 л и бытовой пылесос. Последний послужит для нагнетания воздуха, поэтому в нижней части бочки должен быть врезан патрубок для его подключения. На дне емкости разводят огонь, затем заполняют ее дровами до половины и включают пылесос. Затем древесины накладывают доверху, закрывают ее крышкой и замазывают глиной. Когда все прогорит и бочка остынет, производится сортировка с целью отделить древесные угли от золы.

Похожим образом древесина обжигается в яме. Последняя выкапывается 0.8 м в диаметре и не более 0.6 м в глубину. Дно ямы утрамбовывается, после чего в ней разводят костер и послойно накладывают дрова длиной до 30 см. Наполнение происходит по мере обжигания предыдущего слоя, процесс длится около 3 часов. В конце яма накрывается ветками и мхом, а сверху присыпается землей. Через 2 дня покрытие можно снимать и выбирать угли.

Жидкое биотопливо

Жидкое биотопливо становится все популярнее благодаря своей экологичности и безопасности. Основное применение находит в двигателях внутреннего сгорания. Этот вид топлива получают в результате переработки различного растительного сырья.

Различают основные виды жидкого биотоплива:

Биоэтанол
Биобутанол
Биометанол
Биодизель

Биоэтанол

Занимает лидирующую позицию в списке жидких биотоплив. Сфера его применения – обычные авто, также в последние годы он используется как биотопливо для домашних каминов. Биоэтанол в смеси с бензином как топливо обладает целым рядом преимуществ по сравнению с обычным бензином: он улучшает работу двигателя машины, увеличивает его мощность, не перегревает двигатель, не образует сажи, нагара и дыма.

Биоэтанол – отличная альтернатива для любителей каминов. Поскольку он не образует дыма, сажи и выделяет при горении малое количество углекислого газа. Может использоваться для отопления каминов даже в многоквартирных домах. При этом полностью отсутствуют потери тепла, как обычно бывает при эксплуатации обычных каминов с наличием дымоходной трубы.

Производится по технологии спиртового брожения из сырья, содержащего крахмал или сахар: кукуруза, зерновые, сахарный тростник, сахарная свекла. Экономически оправданным является получение этанола из сырья, содержащего целлюлозу.

Биобутанол

Как топливо для двигателей более предпочтителен, чем биоэтанол: он лучше смешивается с бензином, может использоваться и как отдельное топливо. Для его получения используют традиционные культуры: сахарный тростник, кукурузу, пшеницу, сахарную свеклу. Пока менее популярен, чем биоэтанол.

Биометанол

Технология его производства пока несовершенна и требует внедрения еще многих инновационных разработок. Предполагается получать его путем биохимического преобразования морского фитопланктона, культивируемого в специальных водоемах. Но пока не удается наладить производство в промышленных масштабах. Сферы применения биометанола такие же, как и у обычного метанола. Это производство ряда веществ (формальдегида, метилметакрилата, метиламинов, уксусной кислоты и др.), в качестве растворителя и антифриза.

Биодизель

Используется в автомобильных двигателях как отдельно, так и в смеси с привычным дизельным топливом. Кроме отсутствия отрицательного воздействия биодизеля на окружающую среду, многочисленные исследования выделили и еще одно его преимущество. За счет содержания малого количества серы смазочные способности биодизеля лучше, что способствует продлению срока службы серийных двигателей. Сырьем для получения биодизеля могут быть как растения (хлопок, соя , рапс), так и жирные масла( пальмовое, рапсовое, кокосовое), водоросли.

Особенности горения

В отличие от большинства твердых видов топлива, сушеный навоз является веществом невысокой плотности, отдаленно похожим на бурый уголь, но с заметно меньшей влажностью.

Он хорошо разгорается и быстро прогорает, поэтому для получения необходимого количества тепла объем такого горючего должен быть заметно больше объема дров или угля, необходимого для получения того же количества тепловой энергии.

По этой причине в печах, каминах и котлах, топка которых рассчитана на дрова, желательно закладывать лишь половину необходимого для протопки горючего, а после его прогорания за один раз догружать все остальное.

При сжигании в котлах под уголь количество топлива из навоза приходится делить на 5–7 порций и подкладывать их по мере прогорания. Это увеличивает время топки, зато позволяет использовать для отопления кизяком любые твердотопливные отопительные устройства.

Дополнительное оборудование

К дополнительному оборудованию, без которого невозможна работа биореактора, относят:

измельчающее устройство;
источник тепловой энергии;
систему сброса технической воды;
хранилище сапропеля;
очистную установку;
основной газгольдер;
установку сжижения газа;
газгольдер для сжиженного газа;
управляющую систему.

Измельчающее устройство

Измельчающее устройство принимает поступающую с мест содержания животных/птиц навозную/пометную жижу, а также смытую или убранную вручную подстилку и измельчает все крупные фрагменты, чтобы облегчить работу бактерий. Кроме того, измельчающее устройство смешивает измельченную массу с водой, чтобы обеспечить необходимый уровень влажности, причем во время смешивания происходит доизмельчение материала.

Такой измельченный и разведенный водой материал называют субстратом.

После подготовки субстрат по трубам поступает в метантенк и смешивается с находящимся в нем веществом.

Источник тепловой энергии

Чаще всего роль такого источника исполняет адаптированный для работы на метане газовый котел, который в зимнее время также снабжает теплом систему отопления.

При этом необходимо постоянно отслеживать температуру внутри биореактора, чтобы она все время находилась в оптимальных пределах и, при необходимости, увеличивать или снижать подачу газа, для чего внутри емкости устанавливают датчики температуры.

Система сброса технической воды

Сливаемая с биореактора техническая вода содержит немного органических и неорганических веществ, но в ней нет ни возбудителей болезней, ни яиц или личинок глистов, а также семян сорняков. Поэтому ее можно использовать для полива, а также для разведения составов, используемых для подкормки.

Для реализации всех этих возможностей система, помимо периодически открываемого сливного клапана, должна содержать емкость для технической воды и средства доставки к месту использования.

Хранилище сапропеля

Скапливающийся на дне метантенка сапропель через специальный клапан поступает в хранилище, где постепенно накапливается. Он является хорошим удобрением, сопоставимым с перегноем, однако менее качественно разрыхляющим почву.

Тем не менее, сапропель эффективно заменяет многие комплексные удобрения, ведь содержит широкий спектр органических и неорганических веществ.

После заполнения хранилище открывают и извлекают из него собранный материал, который затем вносят в почву.

Очистное устройство

Биогаз состоит из метана (50–60%) и других газов, поэтому в неочищенном состоянии обладает малой теплотворной способностью.

Такой очищенный биогаз по своей теплотворной способности сопоставим с природным и сжиженным газом, поэтому его можно использовать в качестве топлива для любых устройств, изначально работающих на указанных видах топлива.

Основной газгольдер

Это оборудование необходимо для сглаживания перепадов давления газа во время подключения или отключения потребителей. Газгольдер изготавливают из стали, благодаря чему он выдерживает давление в десятки или сотни атмосфер.

Вместе с газгольдером работает и насос, закачивающий в него газ под необходимым давлением.

Аппарат сжижения газа и газгольдер для его хранения

Эта установка позволяет запасать газ в те периоды, когда потребление меньше производства. Дело в том, что сжиженный газ занимает гораздо меньше места, поэтому при одинаковом объеме хранилища его можно запасти заметно больше.

Аппарат сжижает газ с помощью охлаждения, благодаря чему он переходит из газообразного в жидкое состояние. Газгольдер для сжиженного газа изготавливают из высокопрочной стали, а также тщательно утепляют, ведь давление внутри газгольдера зависит не только от количества сжиженного метана, но и от его температуры.

Такой газгольдер позволяет в летние месяцы делать запас сжиженного метана, который зимой можно будет использовать для отопления или других нужд, компенсируя им недостаточную выработку биогаза. Кроме того, сжиженный газ из газгольдера хорошо подходит для заправки автомобилей и иной техники, работающей на таком виде топлива.

Управляющая система

Для обеспечения максимальной выработки биогаза, а также для увеличения доли метана в нем необходимо не только поддерживать оптимальную температуру, но и своевременно выполнять все необходимые действия, то есть:

подавать субстрат;
отводить воду;
удалять сапропель;
регулировать работу очистной и сжижающей установок.

Кроме того, к ней подключены датчики, отслеживающие состояние и работоспособность всех входящих в нее устройств.

Разновидности и преимущества

На сегодняшний день, существует 3 вида биотоплива:

жидкое;
твердое;
газообразное;

Жидкое биотопливо

Является самым обсуждаемым видом. Ведь жизнь современного человека зависит от нефти, без нее человечество не сможет выжить, а нефть является ископаемым ресурсом и в какой-то момент ее запасы иссякнут.

Жидкое биотопливо способно заменить этот ископаемый ресурс.

К жидкому биотопливу относятся:

спирты (этанол, метанол, бутанол),
биодизель,
биомазут,
эфиры;

Твердое

В основном к нему относится древесина (отходы деревообработки и топливные гранулы, брикеты). Источником для их получения служат как правило, леса, где растут трава, кустарники и деревья.

Газообразное топливо

Относятся биогаз, водород.

Также, биотопливо можно классифицировать по поколениям. Существуют биотоплива 1, 2, 3 и 4 поколений:

К 1 поколению относится биотопливо, полученное в результате переработки сельхоз растений в биодизель и этанол.
2 поколение – биотопливо, полученное от отходов продуктов питания.
К 3 поколению биотоплива относится биотопливо, полученное при использовании внедренных технологий в результате разрушения биомасс.
4 поколение биотоплива производится на землях непригодных для занятия сельским хозяйством и без разрушения биомасс.

Еще одной классификацией биотоплива является деление биотоплива на первичное и вторичное. К первичному биотопливу относится биотопливо, которое не прошло обработку. К вторичному – обработанное. Вторичное биотопливо подвергается разнообразным изменениям перед использованием и может быть в твердой, жидкой и газообразной формах.

Преимущества

Преимущества биотоплива следующие:

Мобильность. Биотопливо обладает возможностью производиться в любом уголке света вне зависимости от климатических условий и рельефа, потому что этот вид топлива может производиться из различных органических соединений.
Возобновляемость. Так как биотопливо получается из разнообразных органических соединений растительного или животного происхождения, например, навоз, то его количество не иссякнет.
Экологичность. Это более чистый вид топлива и при сгорании выбрасывает меньше вредных веществ в воздух, чем ископаемое топливо.
Забота об окружающей среде. Производство биотоплива решает проблемы связанные с утилизацией мусора.