Biogas er en gas fremstillet ved brint- eller methangæring af biomasse . Metan-nedbrydning af biomasse sker under påvirkning af tre typer bakterier . I fødekæden lever efterfølgende bakterier af affaldsprodukterne fra de tidligere. Den første type er hydrolytiske bakterier, den anden er syredannende, og den tredje er metandannende. Biogasproduktion involverer ikke kun bakterier i methanogenklassen , men alle tre arter. En af varianterne af biogas er biobrint, hvor slutproduktet af bakteriernes vitale aktivitet ikke er metan, men brint.
I det 17. århundrede opdagede Jan Baptist Van Helmont , at rådnende biomasse udsender brændbare gasser. Alessandro Volta kom i 1776 til den konklusion, at der er en sammenhæng mellem mængden af forrådnende biomasse og mængden af frigivet gas. I 1808 opdagede Sir Humphry Davy metan i biogas.
Det første dokumenterede biogasanlæg blev bygget i Bombay , Indien i 1859 . I 1895 blev biogas brugt i Storbritannien til gadebelysning. I 1930 , med udviklingen af mikrobiologi , blev bakterier involveret i biogasproduktionsprocessen opdaget.
I USSR blev forskning udført i 40'erne af det sidste århundrede. I 1948-1954. Det første laboratorieanlæg blev designet og bygget. I 1981 blev der oprettet en specialiseret afdeling under Statens Udvalg for Videnskab og Teknologi til udvikling af biogasindustrien. Zaporozhye Design og Teknologisk Institut for Landbrugsteknik byggede 10 sæt udstyr [1] .
50-87% methan , 13-50% CO 2 , mindre urenheder H 2 og H 2 S. Efter rensning af biogas fra CO 2 opnås biomethan. Biomethan er en komplet analog af naturgas, den eneste forskel er i oprindelsen.
Da det kun er metan, der leverer energi fra biogas, er det tilrådeligt at henvise alt til metan med dets normaliserede indikatorer for at beskrive gaskvaliteten, gasudbyttet og mængden af gas. Mængden af gasser afhænger af temperatur og tryk. Høje temperaturer fører til udvidelse af gassen og til et fald i kalorieværdien sammen med volumen og omvendt. Derudover, med stigende luftfugtighed, falder kalorieindholdet i gas også. For at kunne sammenligne gasydelserne skal de relateres til normaltilstanden (temperatur 0 °C, atmosfærisk tryk 1,01325 bar, gas relativ luftfugtighed 0%). Generelt er gasproduktionsdata udtrykt i liter (l) eller kubikmeter (m³) metan pr. 1 kg organisk tørstof (ODM), hvilket er meget mere nøjagtigt og udtryksfuldt end data i m³ biogas pr. m³ frisk substrat. .
Liste over organisk affald , der er egnet til biogasproduktion: gødning , fugleklatter , korn og melasse efter alkohol , bryggerier, roemasse, fækalt slam, fisk og slagteriaffald (blod, fedt, tarme, canyga ), græs, husholdningsaffald, affaldsmejerier - saltet og sød valle, biodieselproduktionsaffald - teknisk glycerin fra rapsbiodieselproduktion, juiceproduktionsaffald - frugt, bær, grøntsager, druepresserester, alger, stivelse og melasse produktionsaffald - papirmasse og sirup, kartoffelaffald, chipsproduktion - skrælninger, skind, rådne knolde, kaffemasse.
Ud over affald kan biogas produceres af specielt dyrkede energiafgrøder , såsom ensilagemajs eller silphium , samt alger . Gasproduktionen kan nå op til 300 m³ fra 1 ton.
Udbyttet af biogas afhænger af tørstofindholdet og den anvendte type råmateriale. Fra et ton kvæggylle fås 50-65 m³ biogas med et metanindhold på 60%, 150-500 m³ biogas fra forskellige typer anlæg med et metanindhold på op til 70%. Den maksimale mængde biogas er 1300 m³ med et metanindhold på op til 87% - kan fås fra fedt.
Der er teoretisk (fysisk mulig) og teknisk realiserbar gasudgang. I 1950-70'erne var det teknisk mulige gasudbytte kun 20-30% af det teoretiske. I dag gør brugen af enzymer, boostere til kunstig nedbrydning af råmaterialer (for eksempel ultralyds- eller væskekavitatorer) og andre enheder det muligt at øge udbyttet af biogas i et typisk anlæg fra 60 % til 95 %.
I biogasberegninger anvendes begrebet tørstof (CB eller engelsk TS) eller tørrest (CO). Vand indeholdt i biomasse producerer ikke gas.
I praksis opnås 300 til 500 liter biogas fra 1 kg tørstof .
For at beregne udbyttet af biogas fra et specifikt råmateriale er det nødvendigt at udføre laboratorietests eller se på referencedata og bestemme indholdet af fedt, proteiner og kulhydrater. Ved bestemmelse af sidstnævnte er det vigtigt at kende procentdelen af hurtigt nedbrydelige ( fructose , sukker , saccharose , stivelse ) og næsten ikke nedbrydelige stoffer (f.eks. cellulose , hemicellulose, lignin ). Når du har bestemt indholdet af stoffer, kan du beregne gasudbyttet for hvert stof separat og derefter lægge det sammen.
Tidligere, hvor der ikke var videnskab om biogas, og biogas var forbundet med gødning, brugte man begrebet "dyreenheder". I dag, hvor de lærte at få biogas fra vilkårlige organiske råvarer, er dette koncept flyttet væk og er ophørt med at blive brugt.
Lossepladsgas er en af varianterne af biogas. Indhentet på lossepladser fra kommunalt husholdningsaffald.
Biogasproduktion hjælper med at forhindre metanudledning til atmosfæren . Metan har en 21 gange større drivhuseffekt end CO 2 og bliver i atmosfæren i 12 år. Opfangning af metan er den bedste kortsigtede måde at forhindre global opvarmning på .
Forarbejdet gylle, bard og andet affald bruges som gødning i landbruget. Dette reducerer brugen af kemisk gødning, reducerer belastningen på grundvandet .
Der er industrielle og håndværksmæssige installationer. Industrielle installationer adskiller sig fra håndværksmæssige installationer i nærvær af mekanisering, varmesystemer, homogenisering og automatisering. Den mest almindelige industrielle metode er anaerob fordøjelse i metantanke.
Et godt biogasanlæg bør have de nødvendige dele:
Biomasse (affald eller grøn masse) føres periodisk ind i reaktoren ved hjælp af en pumpestation eller læsser. Reaktoren er en opvarmet og isoleret tank udstyret med blandere. Byggematerialet til en industritank er oftest armeret beton eller belagt stål. I små installationer anvendes nogle gange kompositmaterialer. I reaktoren lever gavnlige bakterier, der lever af biomasse. Biogas er et produkt af bakteriers vitale aktivitet. For at opretholde bakteriernes levetid kræves foderforsyning, opvarmning til 35-38 ° C og periodisk blanding. Den resulterende biogas akkumuleres i et lager (gastank), derefter passerer den gennem et rensningssystem og leveres til forbrugerne (en kedel eller en elektrisk generator). Reaktoren fungerer uden luftadgang, er forseglet og ikke-farlig.
Til fermentering af nogle typer råmaterialer i deres rene form kræves en særlig teknologi. For eksempel behandles destilleriets destillation ved hjælp af kemiske tilsætningsstoffer. Alkali bruges til sur melas stillage. Det er muligt at behandle de samme substrater ved hjælp af en et-trins teknologi uden kemiske tilsætningsstoffer, men med samgæring (blanding) med andre typer råvarer, for eksempel med gødning eller ensilage.
Metanbakterier manifesterer deres vitale aktivitet inden for temperaturområdet 0-70ºС. Hvis temperaturen er højere, begynder de at dø, med undtagelse af nogle få stammer, der kan leve ved omgivende temperaturer op til 90ºС. Ved minusgrader overlever de, men ophører med deres vitale aktivitet. I litteraturen er 3-4ºС angivet som den nedre grænse for temperatur.
Princippet er, at jo mindre partikler substratet er, jo bedre. Jo større interaktionsareal for bakterier er og jo mere fibrøst substratet er, jo lettere og hurtigere nedbryder bakterierne substratet. Derudover er det nemmere at røre, blande og varme uden at danne en flydeskorpe eller bundfald. Det knuste råmateriale har indflydelse på mængden af gas, der produceres i løbet af fermenteringsperioden. Jo kortere gæringsperioden er, jo bedre skal materialet knuses.
Med en tilstrækkelig lang gæringsperiode vil mængden af produceret gas stige igen. Med brug af knust korn er dette allerede opnået efter 15 dage.
Biogas bruges som brændstof til produktion af: el, varme eller damp eller som brændstof til køretøjer .
Biogasanlæg kan installeres som behandlingsanlæg på gårde, fjerkræfarme, destillerier, sukkerfabrikker, kødforarbejdningsanlæg. Et biogasanlæg kan erstatte et veterinær- og sanitetsanlæg, det vil sige, at ådsler kan bortskaffes i biogas i stedet for at producere kød- og benmel .
Danmark er førende inden for produktion og brug af biogas - biogas fylder op til 18% af sin samlede energibalance .
I absolutte tal er Tyskland førende med hensyn til antallet af mellemstore og store installationer med 8.000 installationer.
I Vesteuropa er mindst halvdelen af alle fjerkræbedrifter opvarmet med biogas.
De fleste af de små biogasanlæg er placeret i Kina - mere end 10 mio. (i slutningen af 1990'erne ). De producerer omkring 7 milliarder m³ biogas om året, hvilket giver brændstof til omkring 60 millioner landmænd. Ved udgangen af 2010 var omkring 40 millioner biogasanlæg i drift i Kina. Biogasindustrien i Kina beskæftiger 60.000 mennesker [2] .
IndienI Indien, Vietnam , Nepal og andre lande bygges små (enfamilies) biogasanlæg. Den gas, de producerer, bruges til madlavning.
I Indien blev der installeret 3,8 millioner små biogasanlæg mellem 1981 og 2006 .
NepalI Nepal er der et program til støtte for udviklingen af biogasenergi, takket være hvilket 200.000 små biogasanlæg blev skabt i landdistrikterne ved udgangen af 2009 [3] .
Volvo og Scania laver busser med biogasmotorer. Sådanne busser bruges aktivt i schweiziske byer : Bern , Basel , Genève , Luzern og Lausanne . Ifølge prognoserne fra den schweiziske sammenslutning af gasindustrien i 2010 vil 10 % af køretøjerne i Schweiz køre på biogas.
Oslo kommune ombyggede 80 bybusser til biogas i begyndelsen af 2009 . Udgifterne til biogas er € 0,4 - € 0,5 per liter i benzinækvivalent. Efter vellykket afslutning af biogasforsøgene vil 400 busser blive ombygget [4] .
I Rusland producerer agrokomplekset årligt 773 millioner tons affald, hvorfra der kan hentes 66 milliarder m 3 biogas eller omkring 110 milliarder kWh elektricitet. Ruslands samlede behov for biogasanlæg anslås til 20.000 virksomheder [5] .
Omkring 8,5 millioner køer opdrættes i USA . Biogassen produceret af deres gødning vil være nok til at brænde 1 million biler [6] .
Potentialet i den tyske biogasindustri anslås til 100 milliarder kWh energi i 2030 , hvilket vil være omkring 10 % af landets energiforbrug.
Brugen af energiafgrøder til biogasproduktion er blevet kritiseret af De Grønne, især i Tyskland. Blandt de negative aspekter inkluderer de blandt andet:
| Hovedtyper af organisk brændsel | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Vedvarende og biologisk | |||||||||
| kunstig | |||||||||