Калетнік Г.М., Скорук О.П., Ратушняк А.А.

Вінницький національний аграрний університет

ДОЦІЛЬНІСТЬ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ В УКРАЇНІ

Біогаз – різновид біопалива. Добувають його із відходів сільськогосподарської продукції: солома злакових культур, відходи переробного виробництва сільськогосподарської продукції – лушпиння соняшника, гречки, рису, відходів тваринництва, лісопереробки, стічних вод та твердих побутових відходів. Тобто застосовувати можна будь-які місцеві природні ресурси. Сам процес утворення газу це так зване метанове бродіння. Його суть полягає в анаеробному бродінні (без доступу повітря), яке відбувається внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів і супроводиться рядом біохімічних реакцій. Власне сам процес утворення газу (біогазу) складається з двох етапів: перший – розщеплення мікроорганізмами біополімерів до мономерів, другий – переробка мономерних біомолекул мікроорганізмами.

Перша стадія досить енергетично невигідний процес, в її результаті вивільняється замало вільної енергії, якою могли б живитися мікроорганізми, тому для успішного проходження даного етапу потрібно підтримувати умови для успішного розвитку мікрофлори.

Другий етап  – процес окиснення утворених мономерних молекул, звичайний природній окисно-відновний процес. Але за умов відсутності стандартного окисника даного процесу відбувається диспропорціонування за ступенями окиснення присутніх в молекулах атомів. В результаті чого ми отримуємо бажаний метан, та гази-домішки, які вважаються не корисними [1].

Біогаз, одержуваний з відходів життєдіяльності тварин і птахів, може замінити в Україні 6 млрд. м³ природного газу, однак для його одержання необхідні значні інвестиції, строк окупності яких складає 4-5 роки. Щорічні потреби споживання в Україні становлять 70 млрд м³ природного газу.

Одним з перспективних джерел енергії є завалочний газ, що утворюється в результаті розкладання органічної частини твердих побутових відходів в анаеробних умовах, що виникають невдовзі після їхнього санітарного поховання. Тільки в містах утворюється 400–450 млн. т твердих побутових відходів на рік. Потенціал завалочного газу в Україні близько 1 млрд. м³ на рік.

Виробництво біогазу дозволяє скоротити кількість викидів метану в атмосферу. Метан вносить серйозні корективи до стану атмосфери Землі. Формується так звана «лінза» зі всіляких газів і особливо з'єднань вуглецю, яка перешкоджає виходу тепла в космічний простір. Таким чином, тепло концентрується в самій атмосфері, і на планеті стає все спекотніше і спекотніше. В цьому процесі метан має в 21 раз сильніший негативний вплив, ніж двоокис вуглецю. Таким чином виробництво біогазу і подальше його використання для виробництва тепла і електроенергії є найбільш ефективним засобом боротьби з глобальним потеплінням. Біомаса, яка залишається після переробки відходів може використовуватись в сільському господарстві як добриво. Причому такі добрива значно краще і ефективніше впливають на ґрунт, на розвиток рослин та на ґрунтові води, на відміну від штучних добрив.

З екологічної точки зору, виробництво метану вирішує дві важливі проблеми: утилізація органічних відходів з одержанням корисного енергоносія і сільськогосподарських добрив; обмеження викидів метану в атмосферу [2].

Сировина для одержання біогазу: органічні відходи: гній, буряковий і фруктовий жом, побутові відходи, відходи харчової промисловості тощо; енергетична біомаса – спеціально вирощені сільськогосподарські культури.

Основною технологією одержання біогазу є анаеробне зброджування в метатенках. Деякі види сировини (спиртова барда і пташиний послід) через підвищений вміст кислот і лугів вимагають обробки в додатковому реакторі гідролізу, у якому можна регулювати рівень кислотності [3].

Біогаз знаходить широке застосування в теплоенергетиці, виробленні електроенергії, рідше – як автомобільне паливо. Деякі виробництва (спиртові й цукрові заводи та ін.) за рахунок експлуатації біогазових установок можуть частково або повністю забезпечити свої потреби в тепловій енергії.

У сільськогосподарському виробництві, зокрема в рослинництві основним джерелом біогазу є гній і побічна продукція рослинництва. Понад 90 % цієї органічної речовини припадає на солому.

При утилізації біомаси одержують біогаз, який є нетрадиційним енергоносієм. Крім того, залишається нерозщеплена мікроорганізмами органічна маса (шлам) та рідина, яку називають надосадною.

Основою виробництва біогазу є метаногенез — процес ферментації біомаси, у тому числі гною, за допомогою природної метаногенної мікрофлори. Процес триває 26–30 діб (іноді довше). З 1 кг сухої речовини гною залежно від якості мають близько 0,2–0,7 м³ біогазу. З гною великої рогатої худоби його одержують 0,2–0,4, свинячого – 0,3–0,7, з курячого посліду – 0,8–1,2 м³.

Біогаз не зберігають. Ця проблема поки що не вирішена. Його недоцільно і згущувати, бо окремі компоненти біогазової суміші мають неоднакові фізичні показники. Енергетичну цінність 1 м3 біогазу при змісті метану 50 % можна прирівняти до енергетичної цінності 1 кг сухої речовини – 17,8 МДж. Якщо вміст метану збільшується до 70 %, показник енергоємкості підвищується до 25 МДж. Отже, середній показник дорівнює приблизно 21 МДж.

Біогаз, одержаний з біомаси з великим вмістом клітковини, містить майже однакову кількість метану і діоксиду вуглецю, а при утилізації біомаси, яка містить азотовмісні сполуки і жири, в біогазі більше метану і менше СО₂. Високоенергетичний біогаз містить близько 75 % метану [4].

Отже, виробництво біогазу передбачає вирішення таких завдань: нагромадження і підготовка біомаси, перетворення її в біогаз за рахунок метанового бродіння, раціональне використання продукції метанового бродіння–біогазу й органомінерального добрива.

Тому, ми вважаємо, що біоенергетика повинна зайняти особливе місце серед нетрадиційних відновлюваних джерел енергії. Анаеробне перероблення має ряд істотних переваг серед інших відновлюючих джерел енергії і може вирішувати енергетичну, агрономічну, екологічну та соціальну проблеми;

Варто зазначити іще, що малі біогазові установки мають ряд переваг порівняно з великими установками, тому і необхідно приділяти значну увагу переробленню органічних відходів і біомаси для отримання біогазу.

Література:

1. Войтович І.Г. Анаеробне перероблення курячого посліду в біогаз / Науковий вісник. – 2008. ‑ вип. 13.2. – C. 116-119.

2. Бабич О.С., Кухаренко П.М., Улексін В.О. Біогаз як місцевий енергоресурс для сільськогосподарських підприємств: Матеріали науково-технічної конференції. Дніпропетровськ. – 2010. – С. 88-90.

3. Пятничко А.И., Баннов В.Е. Утилизация биогаза закрытых полигонов ТБО / Экология плюс. — 2009. — № 4. — С. 12-14.

4. Бондаренко Б.І., Жовтянський В.А. Проблема утилізації твердих побутових відходів та знешкодження небезпечних відходів в Україні / Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2008. — № 4. — С. 63-69.