Usina de biogás: reciclagem de resíduos orgânicos de forma lucrativa

O aumento dos preços da energia está forçando a busca por alternativas de aquecimento. Bons resultados podem ser alcançados pela autoprodução de biogás a partir de matérias-primas orgânicas disponíveis. Neste artigo vamos falar sobre o ciclo de produção, dispositivo biorreator e equipamentos relacionados..

Usina de biogás. Reciclagem de resíduos orgânicos de forma lucrativa

Sujeito às regras básicas de operação, um reator a gás é totalmente seguro e capaz de fornecer combustível e eletricidade até mesmo para uma pequena casa, até mesmo para um complexo agroindustrial inteiro. O resultado do trabalho do biorreator não é apenas gás, mas também um dos mais valiosos tipos de fertilizantes, principal componente do húmus natural..

Como o biogás é obtido

Para a obtenção do biogás, as matérias-primas orgânicas são colocadas em condições favoráveis ​​ao desenvolvimento de diversos tipos de bactérias que emitem metano durante sua vida. A biomassa passa por três ciclos de transformação e, em cada estágio, diferentes cepas de organismos anaeróbicos estão envolvidas. O oxigênio não é necessário para a sua vida, mas a composição da matéria-prima e sua consistência, assim como a temperatura e a pressão interna, são de grande importância. Condições com temperatura de 40–60 ° C e pressão de até 0,05 atm são consideradas ideais. A matéria-prima carregada começa a produzir gás após ativação prolongada, que leva de várias semanas a seis meses.

Usina de biogás. Reciclagem de resíduos orgânicos de forma lucrativa

O início da liberação de gás no volume calculado indica que as colônias bacterianas já são bastante numerosas, portanto, após 1–2 semanas, a matéria-prima fresca é dosada no reator, que é quase imediatamente ativado e entra no ciclo de produção.

Para manter as condições ideais, as matérias-primas são misturadas periodicamente, usando parte do calor do aquecimento a gás para manter a temperatura. O gás resultante contém de 30 a 80% de metano, 15-50% de dióxido de carbono, pequenas impurezas de nitrogênio, hidrogênio e sulfeto de hidrogênio. Para uso doméstico, o gás é enriquecido removendo-se o dióxido de carbono, após o que o combustível pode ser usado em uma ampla gama de equipamentos de energia: de motores de usinas de energia a caldeiras de aquecimento.

Quais matérias-primas são adequadas para a produção

Ao contrário da crença popular, o estrume não é a melhor matéria-prima para a produção de biogás. A produção de combustível de uma tonelada de esterco limpo é de apenas 50-70 m3 com uma concentração de 28-30%. No entanto, é nos dejetos animais que está contida a maior parte das bactérias necessárias para o rápido arranque e manutenção do funcionamento eficiente do reactor..

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Por este motivo, o estrume é misturado com os resíduos das culturas e da indústria alimentar na proporção de 1: 3. O seguinte é usado como matéria-prima vegetal:

Matéria prima Produção de 1 tonelada de matéria-prima Concentração de СН4
Silagem de talos e espigas de milho 400 m3 50-56%
Silagem de grama e grãos 200-230 m3 49-54%
Batatas forrageiras, beterrabas, grãos 500-600 m3 50-65%
Resíduos de padarias e indústria alimentícia (soja, aveia) 700-750 m3 55-58%
Óleos vegetais, gordura, glicerina 8500-1200 m3 65-68%

As matérias-primas não podem ser simplesmente despejadas no reator, é necessária alguma preparação. O substrato original é triturado a uma fração de 0,4–0,7 mm e diluído com água em uma quantidade de cerca de 25–30% do peso seco. Em grandes volumes, a mistura requer uma mistura mais completa em dispositivos de homogeneização, após o que está pronta para ser carregada no reator.

Construção de biorreator

Os requisitos para as condições de colocação do reator são os mesmos que para uma fossa séptica passiva. A parte principal do biorreator é o digestor – um recipiente no qual ocorre todo o processo de fermentação. Para reduzir o custo de aquecimento da massa, o reator é escavado no solo. Assim, a temperatura do meio não cai abaixo de 12-16 ° C, e a saída de calor formada durante a reação permanece mínima.

Usina de biogás. Reciclagem de resíduos orgânicos de forma lucrativa Diagrama da planta de biogás: 1 – tremonha de carregamento de matéria-prima; 2 – biogás; 3 – biomassa; 4 – compensador do tanque; 5 – incubação para extração de resíduos; 6 – válvula limitadora de pressão; 7 – tubo de gás; 8 – selo d’água; 9 – para consumidores

Para digestores de até 3 m33 é permitido o uso de recipientes de náilon. Como a espessura e o material de suas paredes não impedem a saída do calor, os recipientes são cobertos com camadas de poliestireno expandido ou lã mineral resistente à umidade. O fundo da cava é concretado com uma mesa de 7-10 cm com reforço para evitar que o reator seja espremido para fora do solo.

O material mais adequado para a construção de grandes reatores é o concreto armado com argila. Possui resistência suficiente, baixa condutividade térmica e uma longa vida útil. Antes de despejar as paredes da câmara, é necessário montar um tubo inclinado para fornecer a mistura ao reator. Seu diâmetro é de 200-350 mm, a extremidade inferior deve estar de 20-30 cm do fundo.

Na parte superior do digestor, existe um tanque de gás – uma cúpula ou estrutura cônica que concentra o gás no ponto superior. O gasômetro pode ser feito em chapa, porém, em pequenas instalações, o arco é feito com alvenaria, sendo então forrado com tela de aço e rebocado. Na construção de um tanque de gás, é necessário prever em sua parte superior uma passagem estanque de duas tubulações: para a tomada de gás e instalação de uma válvula limitadora de pressão. Outro tubo com um diâmetro de 50-70 mm é colocado para bombear a massa gasta.

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A capacidade do reator deve ser selada e suportar uma pressão de 0,1 atm. Para fazer isso, a superfície interna do digestor é coberta com uma camada contínua de impermeabilização de betume revestido e uma escotilha selada é montada no topo do tanque de gás..

Remoção e enriquecimento de gás

Sob a cúpula do reservatório de gás, o gás é desviado através de um gasoduto para um recipiente com selo d’água. A espessura da camada de água acima da saída do tubo determina a pressão de operação no reator e é geralmente 250-400 mm.

Após o selo d’água, o gás pode ser utilizado em equipamentos de aquecimento e para cozinhar. No entanto, os motores de combustão interna requerem um conteúdo mais alto de metano para operar, então o gás é enriquecido.

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A primeira etapa do enriquecimento é reduzir a concentração de dióxido de carbono no gás. Para fazer isso, você pode usar equipamentos especiais que operam no princípio de absorção química ou em membranas semipermeáveis. Em casa, o enriquecimento também é possível pela passagem de gás pela coluna de água, na qual até metade do CO é dissolvido2. O gás é pulverizado em pequenas bolhas através de aeradores tubulares; a água carbonatada deve ser periodicamente removida e pulverizada em condições atmosféricas normais. Em complexos de cultivo de plantas, essa água é usada com sucesso em sistemas hidropônicos.

No segundo estágio de enriquecimento, o teor de umidade do gás é reduzido. Esta característica é encontrada na maioria dos equipamentos de dressagem feitos de fábrica. Os dessecantes caseiros parecem um tubo Z preenchido com sílica gel.

Uso do biogás: especificidade e equipamentos

A maioria dos modelos modernos de equipamentos de aquecimento são projetados para trabalhar com biogás. Caldeiras desatualizadas podem ser relativamente facilmente reequipadas, substituindo o queimador e o dispositivo de preparação de ar-gás.

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Para obter gás sob pressão de operação, um compressor alternativo convencional com um receptor é usado, configurado para operar a uma pressão de 1,2 vezes a pressão de projeto. A normalização da pressão é realizada por um regulador de pressão de gás, o que ajuda a evitar quedas e manter uma chama uniforme.

O desempenho do biorreator deve ser pelo menos 50% superior ao consumo. Nenhum gás em excesso é gerado na produção: quando a pressão excede 0,05–0,065 atm, a reação é quase completamente desacelerada e é restaurada somente após parte do gás ter sido bombeado para fora.

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