Biodujų įrenginys privačiam namui: rekomendacijos, kaip įsirengti pasigamintą

Taupus šeimininkas svajoja apie pigius energijos išteklius, efektyvų atliekų perdirbimą ir trąšų gavimą. Namų biodujų jėgainė, pasigaminta savo rankomis, yra nebrangus būdas svajonę paversti realybe.

Savarankiškas tokios įrangos surinkimas atsieis protingą sumą, o pagamintos dujos taps gera pagalba ūkyje: jas galima naudoti maisto ruošimui, namo šildymui ir kitoms reikmėms.

Pabandykime suprasti šios įrangos veikimo specifiką, jos privalumus ir trūkumus. Taip pat ar įmanoma savarankiškai pasistatyti biodujų jėgainę ir ar ji bus efektyvi.

Biodujų gamybos specifika

Biodujos susidaro dėl biologinio substrato rūgimo. Jį skaido hidrolizę sukeliančios, rūgštį ir metaną gaminančios bakterijos. Bakterijų gaminamų dujų mišinys tampa degus, nes turi didelį metano procentą.

Savo savybėmis ji beveik nesiskiria nuo gamtinių dujų, naudojamų pramonės ir buities reikmėms.

Jei pageidaujate, kiekvienas namo savininkas gali įsigyti pramoninės gamybos biodujų įrenginį, tačiau tai brangu, o investicijos atsiperka per 7–10 metų. Todėl verta įdėti pastangų ir pasigaminti bioreaktorių savo rankomis.

Biodujos – ekologiškas kuras, o jų gavimo technologija neturi ypatingo poveikio aplinkai. Be to, kaip žaliava biodujoms naudojamos gyvulinės atliekos, kurias reikia utilizuoti.

Jos dedamos į bioreaktorių, kuriame vyksta perdirbimas:

• tam tikrą laiką biomasė veikiama bakterijų. Fermentacijos trukmė priklauso nuo žaliavos kiekio;
• dėl anaerobinių bakterijų veiklos išsiskiria degus dujų mišinys, kurio sudėtyje yra metano (60 %), anglies dioksido (35 %) ir kai kurių kitų dujų (5 %). Taip pat fermentacijos metu nedideliais kiekiais išsiskiria potencialiai pavojingas sieros vandenilis. Jis yra nuodingas, todėl labai nepageidautina, kad žmonės būtų jo veikiami;
• dujų mišinys iš bioreaktoriaus išvalomas ir perkeliamas į gazgolderį, kuriame laikomas iki panaudojimo pagal paskirtį;
• dujas iš gazgolderio galima naudoti lygiai taip pat, kaip ir gamtines dujas. Jos tiekiamos buitiniams prietaisams – dujinėms viryklėms, šildymo katilams ir pan.;
• suirusią biomasę būtina reguliariai šalinti iš fermentatoriaus. Tai reikalauja papildomų darbo sąnaudų, tačiau pastangos atsiperka. Po fermentacijos žaliava virsta aukštos kokybės trąša, kuri naudojama laukuose ir daržuose.

Biodujų įrenginys yra naudingas privataus namo savininkui tik tuo atveju, jei jis turi nuolatinę prieigą prie gyvulininkystės ūkių atliekų. Vidutiniškai iš 1 m³ substrato galima gauti 70–80 m³ biodujų, tačiau dujų gamyba vyksta netolygiai ir priklauso nuo daugelio veiksnių, įskaitant biomasės temperatūrą. Tai apsunkina skaičiavimus.

Biodujų įrenginiai idealiai tinka ūkiams. Gyvulių atliekos gali suteikti pakankamai dujų visaverčiam gyvenamųjų patalpų ir ūkinių pastatų šildymui.

Kad dujų gavimo procesas būtų stabilus ir nenutrūkstamas, geriausia statyti kelis biodujų įrenginius, o substratą į fermentatorius įkrauti skirtingu laiku. Tokie įrenginiai veikia lygiagrečiai, o žaliava į juos kraunama nuosekliai.

Tai užtikrina nuolatinę dujų gamybą, todėl galima pasiekti nenutrūkstamą jų tiekimą buitiniams prietaisams.

Idealiu atveju bioreaktorius turėtų būti šildomas. Kiekvieni 10 laipsnių šilumos padvigubina dujų gamybą. Nors šildymo įrengimas reikalauja investicijų, tai atsiperka dėl didesnio konstrukcijos efektyvumo.

Paties pasigaminta biogazės įranga, surinkta iš turimų medžiagų, kainuoja daug mažiau nei pramoninės gamybos įrenginiai. Jos efektyvumas yra mažesnis, tačiau visiškai atitinka investuotas lėšas. Jeigu turite prieigą prie mėšlo ir norą įdėti savo pastangų į konstrukcijos surinkimą ir priežiūrą, tai yra labai naudinga.

Sistemos privalumai ir trūkumai

Biogazės įrenginiai turi nemažai privalumų, bet ir trūkumų netrūksta, todėl prieš pradedant projektavimą ir statybą reikėtų viską apsvarstyti:

• Atliekų utilizavimas. Dėl biogazės įrenginio galima gauti maksimalią naudą iš šiukšlių, kurių vis tiek tektų atsikratyti. Šis utilizavimas yra mažiau pavojingas aplinkai nei atliekų užkasimas.
• Žaliavos atsinaujinamumas. Biomasė – tai ne anglis ir ne gamtinės dujos, kurių gavyba išeikvoja išteklių atsargas. Vykdant žemės ūkį, žaliava atsiranda nuolat.
• Santykinai nedidelis CO2 kiekis. Gaminant dujas aplinka neteršiama, o jas naudojant į atmosferą išsiskiria nedidelis anglies dioksido kiekis. Jis nėra pavojingas ir negali kritiškai pakeisti ekologijos, nes augalai jį sugeria augimo metu.
• Saikingas sieros išsiskyrimas. Degant biogazui į atmosferą patenka nedidelis sieros kiekis. Tai neigiamas reiškinys, tačiau jo mastai suvokiami lyginant: deginant gamtines dujas, aplinkos tarša sieros oksidais yra gerokai didesnė.
• Stabilus darbas. Biogazės gamyba yra stabilesnė nei saulės baterijų ar vėjo jėgainių darbas. Jeigu saulės ir vėjo energijos negalima valdyti, tai biogazės įrenginiai priklauso nuo žmogaus veiklos.
• Galima naudoti kelis įrenginius. Dujos – tai visada rizika. Norint sumažinti galimą žalą avarijos atveju, sklype galima išdėstyti kelis biogazės įrenginius. Jei teisingai suprojektuosite ir surinksite sistemą iš kelių fermentatorių, ji veiks stabiliau nei vienas didelis bioreaktorius.
• Nauda žemės ūkiui. Biomasės gavimui sodinamos kai kurios augalų rūšys. Galima pasirinkti tokias, kurios pagerina dirvožemio būklę. Pavyzdžiui, sorgas mažina dirvožemio eroziją, gerina jo kokybę.

Biogazas turi ir trūkumų. Nors tai palyginti švarus kuras, jis vis dėlto teršia atmosferą. Taip pat gali kilti problemų dėl augalinės biomasės tiekimo.

Neatsakingi įrenginių savininkai dažnai ją ruošia taip, kad išeikvoja žemę ir pažeidžia ekologinę pusiausvyrą.

Jėgainės pelningumo skaičiavimas

Biodujų gamybai kaip žaliava dažniausiai naudojamas karvių mėšlas. Viena suaugusi karvė gali jo duoti tiek, kad užtektų 1,5 kubinio metro degalų; kiaulė – 0,2 kub. m; višta arba triušis (priklausomai nuo kūno masės) – 0,01-0,02 kub. m. Norint suprasti, ar tai daug, ar mažai, galima palyginti su įprastesniais ištekliais.

1 kubinis metras biodujų suteikia tiek pat šiluminės energijos, kiek:

• malkos – 3,5 kg;
• anglis – 1-2 kg;
• elektra – 9-10 kWh.

Jei žinomas apytikslis žemės ūkio atliekų svoris, kuris bus prieinamas artimiausiais metais, ir reikalingas energijos kiekis, galima apskaičiuoti biodujų įrenginio pelningumą.

Vienas iš pagrindinių biodujų gavybos trūkumų – kvapas. Galimybė naudoti mažas komposto krūvas – didelis pliusas, tačiau teks kęsti nepatogumus ir kruopščiai kontroliuoti procesą, kad nebūtų išprovokuotas ligų sukėlėjų plitimas.

Bioreaktoriui užpildyti ruošiamas substratas, į kurį įeina keli komponentai tokiomis proporcijomis:

• mėšlas (geriausiai karvės ar kiaulės) – 1,5 t;
• organinės atliekos (tai gali būti supuvę lapai ar kiti augalinės kilmės komponentai) – 3,5 t;
• pašildytas iki 35 laipsnių vanduo (šilto vandens kiekis apskaičiuojamas taip, kad jo masė sudarytų 65-75% viso organikos kiekio).

Substrato apskaičiavimas atliktas vienam užkrovimui pusmečiui, jei remsimės vidutiniu dujų suvartojimu. Maždaug po 10–15 dienų fermentacijos procesas duos pirmuosius rezultatus: dujos pasirodys nedideliais kiekiais ir pradės pildyti saugyklą. Po 30 dienų galima tikėtis pilnaverčio kuro gamybos.

Biogazos gamybos įranga dar nėra ypač paplitusi mūsų šalyje. Daugiausia tai susiję su prastu žmonių informuotumu apie biogazos sistemų privalumus ir ypatumus. Kinijoje ir Indijoje daugelis smulkių ūkių yra aprūpinti rankų darbo įrenginiais papildomam švariam kurui gauti.

Jei instaliacija veikia tinkamai, biogazos tūris palaipsniui didės, kol substratas supus. Konstrukcijos našumas tiesiogiai priklauso nuo biomasės fermentacijos greičio, kuris savo ruožtu susijęs su substrato temperatūra ir drėgnumu.

Savarankiškos statybos instrukcija

Jei neturite patirties sudėtingų sistemų surinkime, prasminga internete atsirinkti arba parengti paprasčiausią biogazos instaliacijos brėžinį privačiam namui.

Kuo paprastesnė konstrukcija, tuo ji patikimesnė ir ilgaamžiškesnė. Vėliau, kai įgysite statybos ir darbo su sistema įgūdžių, galėsite perdaryti įrangą arba sumontuoti papildomą instaliaciją.

Brangiose pramoninės gamybos konstrukcijose numatytos biomasės maišymo, automatinio pašildymo, dujų valymo ir kt. sistemos. Buitinė įranga nėra tokia sudėtinga. Geriau surinkti paprastą instaliaciją, o paskui pridėti elementų, kurių prireiks.

Skaičiuojant fermentatoriaus tūrį, vertėtų orientuotis į 5 kub. m. Tokia instaliacija leidžia gauti tokį dujų kiekį, kurio reikia privataus namo, kurio plotas 50 kv. m, šildymui, jei šilumos šaltiniu naudojamas dujinis katilas arba krosnis.

Tai vidutinis rodiklis, nes biogazos kaloringumas paprastai neviršija 6000 kcal/kub. m.

Kad fermentacijos procesas vyktų daugiau mažiau stabiliai, reikia pasiekti tinkamą temperatūros režimą. Tam bioreaktorius įrengiamas žemės duobėje arba iš anksto suplanuojama patikima šilumos izoliacija. Nuolatinį substrato pašildymą galima užtikrinti, jei po fermentatoriaus pagrindu nutiesiama vandens šildymo vamzdį.

Biogazos instaliacijos statybą galima suskirstyti į kelis etapus.

1 etapas – duobės bioreaktoriui paruošimas

Praktiškai visa biogazos instaliacija yra po žeme, todėl daug kas priklauso nuo to, kaip buvo iškasta ir apdailinta duobė. Yra keletas sienų sutvirtinimo ir duobės sandarinimo variantų – plastikas, betonas, polimeriniai žiedai.

Optimalus sprendimas – pirkti jau paruoštus polimerinius žiedus su aklinu dugnu. Jie kainuos brangiau nei improvizuotos medžiagos, tačiau nereikės papildomai sandarinti. Polimerai jautrūs mechaninėms apkrovoms, tačiau nebijo drėgmės ir chemiškai agresyvių medžiagų. Jie netaisomi, tačiau prireikus juos bus lengva pakeisti.

Nuo bioreaktoriaus sienų ir dugno paruošimo priklauso substrato fermentacijos intensyvumas ir dujų išeiga, todėl duobė kruopščiai sutvirtinama, apšiltinama ir sandarinama. Tai pats sudėtingiausias ir daugiausiai darbo reikalaujantis etapas.

2 etapas – dujų drenažo įrengimas

Specialių maišytuvų biodujų įrenginiams pirkimas ir montavimas – brangus malonumas. Sistemą galima atpiginti, įrengus dujų drenažą. Jį sudaro vertikaliai sumontuoti polimeriniai kanalizacijos vamzdžiai, kuriuose padaryta daugybė skylių.

Skaičiuojant drenažo vamzdžių ilgį, reikia atsižvelgti į planuojamą bioreaktoriaus užpildymo gylį. Viršutinės vamzdžių dalys turi būti aukščiau šio lygio.

Dujų drenažui galima rinktis metalinius arba polimerinius vamzdžius. Pirmieji yra tvirtesni, o antrieji atsparesni cheminiam poveikiui. Geriau teikti pirmenybę polimerams, nes metalas greitai surūdys ir supus.

Į paruoštą bioreaktorių galima iš karto pakrauti substratą. Jis uždengiamas plėvele, kad fermentacijos metu išsiskiriančios dujos būtų šiek tiek aukštesnio slėgio. Kai kupolas bus paruoštas, tai užtikrins normalų biometano tiekimą išvadiniu vamzdžiu.

3 etapas – kupolo ir vamzdžių montavimas

Paskutinis paprasčiausios biodujų gamyklos surinkimo etapas – kupolinės viršutinės dalies montavimas. Aukščiausiame kupolo taške įrengiamas dujų išvadinis vamzdis ir ištempiamas iki dujų rezervuaro, be kurio neišsiversi.

Bioreaktoriaus talpa uždaryta sandariu dangčiu. Kad biometanas nesusimaišytų su oru, įrengiamas hidraulinis užraktas. Jis taip pat naudojamas dujų valymui. Reikia numatyti apsauginį vožtuvą, kuris suveiks, jei slėgis fermentatoriuje bus per didelis.

Išsamiau apie tai, kaip pasigaminti biodujas iš mėšlo, skaitykite  šioje medžiagoje.

Laisva erdvė bioreaktoriuje iš dalies atlieka dujų saugyklos funkciją, tačiau to nepakanka saugiam įrenginio darbui. Dujos turi būti vartojamos nuolat, kitaip galimas sprogimas dėl per didelio slėgio po kupolu.

Bioreaktoriaus šildymo būdai

Mikroorganizmų, kurie perdirba substratą, nuolat yra biomasėje, tačiau intensyviam jų dauginimuisi reikalinga 38 laipsnių ir aukštesnė temperatūra.

Šaltuoju periodu šildymui galite naudoti prie namo šildymo sistemos prijungtą gyvatuką arba elektrinius šildytuvus. Pirmasis būdas yra ekonomiškesnis, todėl jis dažniau naudojamas.

Biogazo įrenginio nebūtina gilinti į žemę, yra ir kitų įrengimo variantų. Sistemos, surinktos iš statinių, veikimo pavyzdys pateiktas žemiau esančiame vaizdo įraše.

Paprasčiausia įrengti šildymą iš apačios, nutiesus vamzdį nuo šildymo sistemos, tačiau tokio šilumokaičio efektyvumas yra palyginti mažas. Geriau įrengti išorinį šildymą, idealiu atveju – garais, kad biomasė neperkaistų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Nors biogazo įrangos surinkime ir įrengime nėra nieko sudėtingo, reikia būti ypač atidiems detalėms. Klaidos neleistinos, nes gali sukelti sprogimus ir griūtis. Siūlome vaizdo instrukcijas, kurios padės suprasti įrenginių sandarą, teisingai juos surinkti ir papildyti naudingais priedais, kad biogazo naudojimas būtų patogesnis.

Vaizdo įraše paaiškinta, kaip sukonstruota ir veikia standartinė biogazo instaliacija:

Naminės biogazo instaliacijos pavyzdys. Video pamoka, kaip įrengti sistemą savo rankomis:

Vaizdo instrukcija, kaip surinkti biogazo instaliaciją iš statinės:

Substrato maišytuvų gamybos proceso aprašymas:

Išsamus naminės dujų saugyklos veikimo aprašymas:

Kad ir kokia paprasta būtų privatiems namams pasirinkta biogazo instaliacija, nereikėtų jai taupyti. Jei yra galimybė, geriau nusipirkti išardomą pramoninį bioreaktorių.

Jei ne – pagaminti iš kokybiškų ir patvarių medžiagų: polimerų, betono arba nerūdijančio plieno. Tai leis sukurti tikrai patikimą ir saugią namo dujų tiekimo sistemą.

Jei atsirado klausimų straipsnio tema, radote trūkumų ar turite vertingos informacijos, kuria galite pasidalinti su mūsų skaitytojais? Prašome palikite savo komentarus, užduokite klausimus, dalinkitės patirtimi.