Os proprietários de residências particulares localizadas em regiões com acesso limitado aos combustíveis tradicionais deveriam definitivamente voltar sua atenção para as modernas usinas de biogás. Essas unidades permitem obter biogás a partir de diversos resíduos orgânicos e utilizá-lo para necessidades pessoais, inclusive para aquecimento de residências.
O gás pode ser obtido a partir de quase qualquer biomassa - resíduos da indústria pecuária, produção de alimentos, agricultura, folhagem, etc. Ao mesmo tempo, você pode construir tal instalação com suas próprias mãos.
Mecanismo de ação das usinas de biogás
Tanto matérias-primas homogêneas quanto misturas de diversas biomassas são adequadas para a produção de biogás. Uma planta de biogás é uma estrutura volumétrica selada equipada com dispositivos para fornecimento de matéria-prima, aquecimento de biomassa, mistura de componentes, descarga do biogás resultante em um coletor de gás e, claro, proteção da estrutura.
No reator, sob a influência de bactérias anaeróbias, ocorre a rápida decomposição da biomassa. Durante a fermentação das matérias-primas orgânicas, é liberado biogás. Aproximadamente 70% da composição desse gás é representada por metano, o restante é dióxido de carbono.
O biogás é caracterizado por excelente poder calorífico; não possui odor ou cor distintos. Em termos de propriedades, o biogás praticamente não é inferior ao gás natural mais tradicional.
Nos países desenvolvidos, instalações adicionais são utilizadas para purificar o biogás do dióxido de carbono. Se desejar, você pode comprar a mesma instalação e obter biometano puro.
Usinas de biogás em silos. 1 Poços de silo. 2 Sistema de carregamento de biomassa. 3 Reator. 4 Reator de pós-fermentação. 5 Substrato. 6 Sistema de aquecimento. 7 Usina. 8 Sistema de automação e controle. 9 Sistema de gasoduto
Em média, uma vaca ou outro animal pesando meia tonelada é capaz de produzir esterco suficiente por dia para produzir aproximadamente 1,5 m3 de biogás. O esterco diário de um porco médio pode ser processado em 0,2 m3 de biogás, e um coelho ou galinha em 0,01-0,02 m3 de combustível.
Para efeito de comparação: 1 m3 de biogás proveniente de esterco fornece aproximadamente a mesma quantidade de energia térmica que 3,5 kg de lenha, 1-2 kg de carvão, 9-10 kW/h de eletricidade.
A receita mais simples de uma mistura para produção de biogás inclui os seguintes componentes:
- esterco de vaca - cerca de 1.500 kg;
- folhas podres ou outros resíduos orgânicos – 3.500 kg;
- água – 65-75% da massa total dos componentes anteriores. A água deve primeiro ser aquecida a cerca de 35 graus.
Essa quantidade de biomassa será suficiente para produzir biogás durante seis meses de operação com consumo moderado. Em média, o biogás começa a ser liberado dentro de 1,5 a 2 semanas após a mistura ser carregada na instalação.
O gás pode ser usado para aquecer uma casa e uma variedade de edifícios comerciais e domésticos.
Projeto de uma planta típica de biogás
Usina de biogás
Os principais componentes de um sistema completo de biogás são:
- reator;
- sistema de fornecimento de húmus;
- agitadores;
- biomassa;
- porta-gás;
- separador;
- parte protetora.
Uma instalação doméstica terá um design um tanto simplificado, porém, para uma compreensão completa, convidamos você a ler a descrição de todos os elementos listados.
Usinas de biogás
Reator
Esta parte da instalação geralmente é montada em aço inoxidável ou concreto. Externamente, o reator se parece com um grande recipiente selado, no topo do qual há uma cúpula, geralmente de formato esférico.
Atualmente, os mais populares são os reatores com design dobrável, fabricados com tecnologias inovadoras. Esse reator pode ser facilmente montado com suas próprias mãos, com um investimento mínimo de tempo. Se necessário, pode ser facilmente desmontado e transportado para outro local.
O aço é conveniente porque você pode facilmente criar furos para conectar outros elementos do sistema. O concreto é superior ao aço em termos de resistência e durabilidade.
Sistema de alimentação de biomassa
Esta parte da instalação inclui uma tremonha para recebimento de resíduos, uma tubulação de abastecimento para abastecimento de água e uma bomba helicoidal destinada ao envio de húmus ao reator.
Um carregador frontal é usado para carregar o componente seco na tremonha. Em casa, você pode realizar essa tarefa sem carregador, usando vários meios improvisados, por exemplo, pás.
Na tremonha a mistura é umedecida até o estado semilíquido. Após atingir o nível de umidade desejado, a rosca transfere a massa semilíquida para o compartimento inferior do reator.
Agitadores
A fermentação do húmus no reator deve ocorrer uniformemente. Esta é uma das condições mais importantes para garantir a liberação intensiva de biogás da mistura. É para conseguir o processo de fermentação mais uniforme da mistura que o projeto de uma típica planta de biogás inclui misturadores com acionamentos elétricos.
Existem misturadores submersíveis e inclinados. Mecanismos submersíveis podem ser baixados na biomassa até a profundidade necessária para garantir uma mistura intensiva e uniforme do substrato. Normalmente, esses misturadores são colocados em um mastro.
A instalação dos misturadores inclinados é realizada nas superfícies laterais do reator. Um motor elétrico é responsável por girar a rosca do fermentador.
Sistema de aquecimento automatizado
Para produzir biogás com sucesso, a temperatura dentro do sistema deve ser mantida entre +35-+40 graus. Para este efeito, sistemas de aquecimento automatizados estão incluídos no projeto.
A fonte de calor neste caso é uma caldeira de água quente, em algumas situações são utilizadas unidades de aquecimento elétrico.
Porta-gás
Porta-gás
O biogás é coletado neste elemento estrutural. Na maioria das vezes, o reservatório de gás é colocado no teto do reator.
A produção de tanques de gás modernos geralmente é feita com policloreto de vinila, material resistente à luz solar e a diversos fenômenos naturais adversos.
Porta-gás
Em algumas situações, em vez de um tanque de gasolina normal, são utilizados sacos especiais. Além disso, esses dispositivos permitem aumentar temporariamente o volume do biogás produzido.
Para a fabricação de bolsas porta-gás, é utilizado um policloreto de vinila especial com propriedades elásticas, que pode inflar à medida que o volume de biogás aumenta.
Separador
Separador
Esta parte do sistema é responsável pela secagem do húmus residual e pela produção, se necessário, de fertilizantes de alta qualidade.
O separador mais simples consiste em um parafuso e uma câmara separadora. A câmara é feita em forma de peneira. Isto permite que a biomassa seja separada em um componente sólido e uma parte líquida.
Separador de parafuso de pressão
O húmus seco é enviado para o compartimento de expedição. O sistema direciona a parte líquida de volta para a câmara receptora. Aqui o líquido é usado para umedecer a nova matéria-prima.
A planta de biogás DIY mais simples
Usina de biogás para casa
Uma instalação doméstica de biogás terá um design um tanto simplificado, mas sua fabricação deve ser abordada com a máxima responsabilidade.
Primeiro passo. Cave um buraco. Basicamente, uma usina de biogás é um grande poço com acabamento especial. A parte mais importante e ao mesmo tempo difícil da fabricação do sistema em questão é a correta preparação das paredes do biorreator e de sua base.
O poço deve ser selado. Reforçar a base e as paredes com plástico ou concreto. Em vez disso, você pode comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Tais dispositivos permitem garantir a necessária estanqueidade do sistema. O material manterá suas características originais por muitos anos e, se necessário, você poderá facilmente substituir o anel antigo por um novo.
Segundo passo. Instale um sistema de drenagem de gás. Isso evitará a necessidade de adquirir e instalar agitadores, reduzindo significativamente o tempo e o dinheiro gastos na montagem da instalação.
A versão mais simples de um sistema de drenagem de gás são tubos de esgoto fixados verticalmente feitos de cloreto de polivinila com muitos furos em todo o corpo.
Selecione tubos de comprimento tal que suas bordas superiores fiquem ligeiramente acima do nível superior do húmus carregado.
Terceiro passo. Cubra a camada externa do substrato com filme isolante. Graças ao filme, serão criadas condições para o acúmulo de biogás sob a cúpula em condições de leve excesso de pressão.
Quarta etapa. Instale a cúpula e monte o tubo de exaustão de gases no ponto mais alto.
O consumo de gás deve ser regular. Caso contrário, a cúpula sobre o recipiente de biomassa pode simplesmente explodir. No verão, o gás é formado de forma mais intensa do que no inverno. Para resolver o último problema, compre e instale aquecedores adequados.
Procedimento e condições para o uso bem sucedido de uma planta de biogás
Rendimento médio específico de biogás
Assim, não é difícil montar você mesmo uma simples usina de biogás. Porém, para seu funcionamento bem-sucedido, você deve lembrar e seguir algumas regras simples.
Um dos requisitos mais importantes é que a massa orgânica carregada não contenha quaisquer substâncias que possam ter um impacto negativo na atividade vital dos microrganismos anaeróbios. As inclusões proibidas incluem vários tipos de solventes, medicamentos antibacterianos e outras substâncias similares.
Várias substâncias inorgânicas também podem levar à deterioração do funcionamento das bactérias. Diante disso, é proibido, por exemplo, diluir o húmus com a água que sobrou da lavagem de roupa ou do carro.
Lembre-se: uma instalação de biogás é uma unidade potencialmente explosiva, por isso siga todas as normas de segurança relevantes para o funcionamento de qualquer equipamento a gás.
Assim, até o esterco e, em princípio, quase tudo de que você antes tentava se livrar, pode ser útil na fazenda. Você só precisa construir adequadamente uma instalação doméstica de biogás e muito em breve sua casa estará aquecida. Siga as recomendações recebidas e não terá mais que gastar enormes somas em aquecimento.
Boa sorte!
Leia também o artigo em nosso site - instalação hidropônica faça você mesmo.
Vídeo - Usina de biogás faça você mesmo
svoimi-rykami.ru
Usina de biogás faça você mesmo
O artigo sobre produção de biogás forneceu a base teórica para a produção de gás metano a partir de biomassa por digestão anaeróbica.
Foi explicado o papel das bactérias na transformação passo a passo das substâncias orgânicas, com a descrição das condições necessárias para a produção mais intensiva de biogás. Este artigo fornecerá implementações práticas de usinas de biogás, com uma descrição de alguns projetos caseiros.
Dado que os preços da energia estão a subir e muitos proprietários de explorações pecuárias e pequenas explorações têm problemas com a eliminação de resíduos, foram disponibilizados para venda complexos industriais para a produção de biogás e pequenas fábricas de biogás para residências particulares. Utilizando mecanismos de busca, um internauta pode encontrar facilmente uma solução pronta e acessível para que a usina de biogás e seu preço atendam às necessidades, entrar em contato com fornecedores de equipamentos e combinar a construção de um gerador de biogás em casa ou na fazenda.
Complexo industrial para produção de biogás
Biorreator - a base de uma planta de biogás
O recipiente no qual ocorre a decomposição anaeróbica da biomassa é denominado biorreator, fermentador ou tanque de metano. Os biorreatores podem ser totalmente selados, com cúpula fixa ou flutuante, e ter design de sino de mergulho. Os biorreatores psicrofílicos Bell (sem necessidade de aquecimento) têm a forma de um reservatório aberto com biomassa líquida, no qual é imerso um recipiente em forma de cilindro ou sino, onde é coletado o biogás.
O biogás coletado pressiona o cilindro, fazendo com que ele suba acima do tanque. Assim, o sino também serve como reservatório de gás - local de armazenamento temporário do gás gerado.
Biorreator de cúpula flutuante
A desvantagem do projeto em forma de sino do reator de biogás é a impossibilidade de misturar o substrato e aquecê-lo durante os períodos frios do ano. Também um fator negativo é um odor forte e condições insalubres devido à superfície exposta de parte do substrato.
Além disso, parte do gás resultante escapará para a atmosfera, poluindo o meio ambiente. Portanto, esses biorreatores são utilizados apenas em usinas artesanais de biogás em países pobres com climas quentes.
Outro exemplo de biorreator de cúpula flutuante
Para prevenir a poluição ambiental e eliminar odores desagradáveis, os reatores em usinas de biogás para residências e grandes indústrias são projetados com cúpula fixa. A forma da estrutura no processo de formação do gás não tem grande importância, mas ao utilizar um cilindro com cobertura em forma de cúpula, consegue-se uma economia significativa de materiais de construção. Os biorreatores com cúpula fixa são equipados com tubos para adição de novas porções de biomassa e seleção de substrato gasto.
Um tipo de biorreator de cúpula fixa
Principais tipos de usinas de biogás
Como o projeto mais aceitável é uma cúpula fixa, a maioria das soluções de biorreatores prontos para uso são desse tipo. Dependendo do método de carregamento, os biorreatores possuem designs diferentes e são divididos em:
- Por parcela, com carregamento único de toda a biomassa e posterior descarregamento completo após o processamento da matéria-prima. A principal desvantagem deste tipo de biorreator é a liberação desigual de gás durante o processamento do substrato;
- carga e descarga contínua de matérias-primas, conseguindo assim uma liberação uniforme de biogás. Graças ao desenho do biorreator, durante a carga e descarga, a produção de biogás não para e não ocorrem vazamentos, pois as tubulações pelas quais a biomassa é adicionada e retirada são feitas em forma de selo d'água que evita vazamentos de gás.
Exemplo de um biorreator em lote
Os reatores de biogás em lote podem ter qualquer projeto que evite vazamento de gás. Por exemplo, ao mesmo tempo, na Austrália, eram populares tanques de canal de metano com teto inflável elástico, onde um leve excesso de pressão dentro do biorreator inflava uma bolha feita de polipropileno durável. Ao atingir determinado nível de pressão dentro do biorreator, um compressor era ligado, bombeando o biogás produzido.
Biorreatores de canal com suporte de gás elástico
O tipo de fermentação nesta planta de biogás pode ser mesofílico (baixo aquecimento). Devido à grande área da cúpula inflável, os biorreatores de canal só podem ser instalados em salas aquecidas ou em regiões de clima quente. A vantagem do projeto é que não há necessidade de receptor intermediário, mas a grande desvantagem é a vulnerabilidade da cúpula elástica a danos mecânicos.
Biorreator de canal grande com tanque de gás elástico
Recentemente, biorreatores descontínuos com fermentação a seco de esterco sem adição de água ao substrato vêm ganhando popularidade. Como o esterco possui umidade própria, será suficiente para a vida dos organismos, embora a intensidade das reações diminua.
Os biorreatores do tipo seco parecem uma garagem lacrada com portas bem fechadas. A biomassa é carregada no reator por meio de um carregador frontal e permanece neste estado até que o ciclo completo de formação do gás seja concluído (cerca de seis meses), sem a necessidade de adicionar substrato ou misturá-lo.
Biorreator em lote com carregamento através de porta hermeticamente fechada
Planta de biogás faça você mesmo
Deve-se notar que na maioria dos biorreatores, via de regra, apenas a zona de formação de gás é vedada, e a biomassa líquida na entrada e na saída está sob pressão atmosférica. A pressão excessiva dentro do biorreator desloca parte do substrato líquido para os bicos, razão pela qual o nível de biomassa neles é um pouco maior do que dentro do recipiente.
As linhas vermelhas no diagrama indicam a diferença de níveis no biorreator e nas tubulações
Esses projetos de biorreatores caseiros são populares entre os artesãos que fabricam usinas de biogás de forma independente com as próprias mãos para o lar, permitindo repetidas cargas e descargas manuais do substrato. Ao fazer biorreatores com as próprias mãos, muitos artesãos experimentam recipientes totalmente lacrados, usando vários tubos de borracha de pneus de veículos de grande porte como reservatório de gás.
Desenho de um porta-gás feito de câmaras de ar de trator
No vídeo abaixo, um entusiasta da produção caseira de biogás, usando como exemplo barris cheios de excrementos de pássaros, comprova a possibilidade de realmente produzir gás combustível em casa, processando resíduos de aviários em fertilizantes úteis. A única coisa que pode ser acrescentada ao projeto descrito neste vídeo é que você precisa instalar um manômetro e uma válvula de segurança em um biorreator caseiro.
Cálculos de produtividade do biorreator
A quantidade de biogás é determinada pela massa e qualidade das matérias-primas utilizadas. Na Internet você encontra tabelas que indicam a quantidade de dejetos produzidos por diversos animais, mas para os proprietários que têm que retirar o esterco todos os dias, essa teoria não adianta, pois graças à sua própria prática sabem a quantidade e a massa do substrato futuro. Com base na disponibilidade de matérias-primas renováveis diariamente, é possível calcular o volume necessário do biorreator e a produção diária de biogás.
Tabela para obtenção da quantidade de esterco de alguns animais com cálculo aproximado da produção de biogás
Após feitos os cálculos e aprovado o projeto do biorreator, pode-se iniciar sua construção. O material pode ser um recipiente de concreto armado enterrado no solo ou uma alvenaria selada com um revestimento especial que é usado no tratamento de piscinas.
Também é possível construir o tanque principal de uma usina doméstica de biogás em ferro revestido com material anticorrosivo. Pequenos biorreatores industriais geralmente são feitos de tanques plásticos resistentes a produtos químicos de grande volume.
Construção de biorreator em alvenaria
Nas usinas industriais de biogás, sistemas de controle eletrônico e diversos reagentes são utilizados para corrigir a composição química do substrato e seu nível de acidez, e substâncias especiais são adicionadas à biomassa - enzimas e vitaminas que estimulam a reprodução e atividade vital dos microrganismos dentro do biorreator . No processo de desenvolvimento da microbiologia, estão sendo criadas cepas cada vez mais estáveis e eficazes de bactérias metanogênicas, que podem ser adquiridas de empresas envolvidas na produção de biogás.
O gráfico mostra que com o uso de enzimas o rendimento máximo de biogás ocorre duas vezes mais rápido
A necessidade de bombear e purificar o biogás
A produção constante de gás em um biorreator de qualquer projeto leva à necessidade de bombear biogás. Algumas usinas de biogás primitivas podem queimar o gás resultante diretamente em um queimador instalado nas proximidades, mas a instabilidade do excesso de pressão no biorreator pode levar ao desaparecimento da chama com posterior liberação de gás venenoso. A utilização de uma instalação de biogás tão primitiva ligada a um fogão é categoricamente inaceitável devido à possibilidade de envenenamento pelos componentes tóxicos do biogás não purificado.
A chama do queimador durante a queima do biogás deve ser limpa, uniforme e estável.
Portanto, quase qualquer esquema de instalação de biogás inclui tanques de armazenamento de gás e um sistema de purificação de gás. Como complexo de limpeza caseiro, você pode usar um filtro de água e um recipiente caseiro cheio de aparas de metal ou adquirir sistemas de filtragem profissionais. Um recipiente para armazenamento temporário de biogás pode ser feito a partir de câmaras de ar de pneus, das quais o gás é bombeado de tempos em tempos por um compressor para cilindros de propano padrão para armazenamento e uso posterior.
Em alguns países africanos, porta-gás insufláveis em forma de almofada são utilizados para armazenar e transportar biogás
Um biorreator aprimorado com cúpula flutuante pode ser considerado uma alternativa ao uso obrigatório de tanque de gás. A melhoria consiste na adição de uma divisória concêntrica, que forma uma bolsa de água, agindo como selo d'água e evitando que a biomassa entre em contato com o ar. A pressão dentro da cúpula flutuante dependerá do seu peso. Ao passar o gás por um sistema de limpeza e redutor, ele pode ser utilizado em fogão doméstico, ventilando-o periodicamente do biorreator.
Biorreator com cúpula flutuante e bolsa de água
Moagem e mistura do substrato em um biorreator
A agitação da biomassa é uma parte importante do processo de produção de biogás, proporcionando às bactérias acesso a nutrientes que podem estar aglomerados no fundo do digestor. Para que as partículas de biomassa sejam melhor misturadas no biorreator, elas devem ser trituradas mecanicamente ou manualmente antes de serem carregadas no tanque de metano. Atualmente, em usinas de biogás industriais e caseiras, são utilizados três métodos de mistura do substrato:
- agitadores mecânicos, acionados por motor elétrico ou manualmente;
- mistura por circulação por meio de bomba ou hélice bombeando o substrato para dentro do biorreator;
- mistura borbulhante usando purga de biomassa líquida com biogás existente. A desvantagem deste método é a formação de espuma na superfície do substrato.
A seta indica o parafuso de circulação de mistura em um biorreator caseiro
A mistura mecânica do substrato dentro do biorreator pode ser feita manualmente ou automaticamente ligando o motor elétrico por meio de um temporizador eletrônico. O jato de água ou a mistura borbulhante de biomassa só podem ser realizados por meio de motores elétricos controlados manualmente ou por meio de um algoritmo de software.
Este biorreator está equipado com um dispositivo de mistura mecânica.
Aquecimento de substrato em usinas de biogás mesófilas e termofílicas
A temperatura ideal para a formação de gás é a temperatura do substrato entre 35-50ºC. Para manter esta temperatura, vários sistemas de aquecimento podem ser instalados no biorreator - água, vapor, elétrico. O controle da temperatura deve ser feito por meio de termostato ou termopares conectados a um atuador que regula o aquecimento do biorreator.
Você também precisa lembrar que uma chama aberta superaquecerá as paredes do biorreator e a biomassa interna queimará. Um substrato queimado reduzirá a transferência de calor e a qualidade do aquecimento, e a parede quente do biorreator entrará em colapso rapidamente. Uma das melhores opções é o aquecimento da água pelo tubo de retorno do sistema de aquecimento doméstico. É necessário instalar um sistema de válvulas elétricas para poder desligar o aquecimento do biorreator ou conectar o aquecimento do substrato diretamente da caldeira caso esteja muito frio.
Sistema de aquecimento elétrico e de água do biorreator
O aquecimento do substrato num biorreator utilizando elementos de aquecimento só será benéfico se estiver disponível eletricidade alternativa, obtida a partir de um gerador eólico ou de painéis solares. Neste caso, os elementos de aquecimento podem ser conectados diretamente a um gerador ou bateria, o que elimina conversores de tensão caros do circuito. Para reduzir a perda de calor e reduzir o custo de aquecimento do substrato em um biorreator, é necessário isolá-lo tanto quanto possível usando vários materiais isolantes.
Isolamento do biorreator com material isolante térmico
Experimentos práticos inevitáveis ao construir usinas de biogás com suas próprias mãos
Por mais literatura que leia um novato entusiasta da autoprodução de biogás, e por mais vídeos que assista, na prática ele terá que aprender muito sozinho, e os resultados, via de regra, estarão longe de os calculados.
Portanto, muitos artesãos iniciantes seguem o caminho de experimentos independentes na produção de biogás, começando com pequenos recipientes, determinando quanto gás sua pequena planta experimental de biogás produz a partir das matérias-primas disponíveis. Os preços dos componentes, a produção de metano e os custos futuros da construção de uma central de biogás totalmente funcional determinarão a sua rentabilidade e viabilidade.
No vídeo acima, o mestre demonstra as capacidades de sua instalação de biogás, medindo quanto biogás é produzido em um dia. No caso dele, quando oito atmosferas são bombeadas para o receptor do compressor, o volume do gás resultante após recálculo levando em consideração o volume do recipiente de 24 litros será de cerca de 0,2 m².
Esse volume de biogás obtido de um barril de duzentos litros não é significativo, mas, como mostra o vídeo a seguir deste mestre, essa quantidade de gás é suficiente para uma hora de queima de um queimador de fogão (15 minutos multiplicados por quatro atmosferas de um cilindro, que tem o dobro do tamanho do receptor).
Em outro vídeo abaixo, o mestre fala sobre a produção de biogás e fertilizantes biologicamente puros a partir do processamento de resíduos orgânicos em uma usina de biogás. Deve-se ter em mente que o valor dos fertilizantes ambientais pode exceder o custo do gás resultante, e então o biogás se tornará um subproduto útil do processo de produção de fertilizantes de qualidade. Outra propriedade útil das matérias-primas orgânicas é a capacidade de armazená-las por um determinado período para uso no momento certo.
infoelectrik.ru
Biogás faça você mesmo: tecnologia para produção de combustível alternativo a partir de resíduos biológicos
Preocupada com a crise energética iminente, a humanidade está tentando ativamente desenvolver fontes de energia renováveis.
Junto com as usinas solares e eólicas, surgiram instalações para a produção de combustível gasoso denominado biogás a partir de resíduos orgânicos.
O melhor desta tecnologia é a sua simplicidade: qualquer pessoa pode implementá-la em pequena escala. Então, biogás faça você mesmo – é disso que falaremos.
Se devemos o surgimento dos painéis solares e dos geradores eólicos às descobertas dos cientistas, então no caso do biogás eles não tiveram que inventar nada - a natureza fez tudo sozinha. Esse tipo de combustível é produto da atividade vital de bactérias especiais, que são chamadas coletivamente de hidrolíticas, formadoras de ácido e formadoras de metano.
Pelo nome não é difícil adivinhar o principal componente do biogás - é o metano, que também é encontrado no gás natural. No biogás, representa 60% do volume total. Cerca de um terço (35%) é dióxido de carbono, os 5% restantes são outros gases, por exemplo, sulfeto de hidrogênio.
Diagrama esquemático de uma planta de biogás
De onde vêm esses maravilhosos microrganismos? São microflora natural que vive no intestino do gado e decompõe seu conteúdo. Essas bactérias são excretadas junto com o esterco, que é usado como combustível para o novo gerador de gás.
Quando os micróbios se instalam em um novo local de residência, seu “cardápio” pode ser diversificado com outros resíduos. Qualquer matéria orgânica serve: excrementos de outros animais e pássaros, plantas e serragem, resíduos da indústria alimentícia. Tudo isso é fermentado para formar biogás. Ao mesmo tempo, as matérias-primas são transformadas em fertilizantes valiosos.
Um pré-requisito para a atividade vital dos metanógenos e outras bactérias é a ausência de acesso ao ar (tais microrganismos são chamados de anaeróbios).
Fatores que influenciam a produção de biogás
O volume de biogás produzido por uma equipe amigável de micróbios sob diferentes condições pode variar e depende de vários fatores.
Tipo de matéria-prima
A maior parte do biogás pode ser obtida a partir de resíduos da indústria alimentar contendo polpa de açúcar e grandes quantidades de gordura. O tipo de matéria-prima menos rentável é o esterco bovino.
Estrume – matéria-prima para biogás
Temperatura
À medida que a temperatura aumenta, a produtividade das bactérias aumenta. De acordo com as condições de temperatura, os geradores de gás são divididos em três tipos.
Psicofílico
São instalações não aquecidas em que a temperatura é mantida entre 18 e 25 graus. No momento eles quase nunca são usados.
Mesofílico
Graças ao aquecimento, a temperatura é mantida na faixa de 25 a 40 graus.
Vantagens:
- baixo consumo de energia;
- A composição de aminoácidos dos fertilizantes é tão benéfica quanto possível.
Imperfeições:
- produtividade relativamente baixa do biogás;
- falta de efeito desinfetante (as matérias-primas contêm bactérias patogênicas que devem ser eliminadas).
Termófilo
É utilizado aquecimento intensivo, a temperatura ultrapassa os 40 graus.
Vantagens:
- alta performance;
- bactérias patogênicas morrem.
Imperfeições:
- alto consumo de energia;
- fertilizantes de baixa qualidade.
Biorreator de estrume termofílico
Para cada tipo de matéria-prima existe um regime de temperatura ideal. Por que você não pode simplesmente aquecer o reator até a temperatura mais alta possível? Por dois motivos:
- devido ao aumento dos custos de energia, a rentabilidade da instalação diminuirá;
- À medida que a temperatura aumenta, a quantidade de amônia livre também aumenta.
Esta última dependência leva à inibição da geração de gás (este gás é tóxico para as bactérias).
Metabolismo e liberdade de movimento
A matéria-prima deve ser liquefeita o suficiente para que micróbios e bolhas de gás possam se mover nela. Para isso, adiciona-se água quente à instalação, elevando a umidade da carga para 85% no inverno e até 92% no verão.
Para que os processos metabólicos ocorram melhor no reator, seu conteúdo deve ser agitado de tempos em tempos (aproximadamente a cada 4 a 6 horas).
Tempo de fermentação
Se a matéria-prima for descarregada antes do previsto, as bactérias não terão tempo de compensar a perda numérica e a produtividade de suas colônias diminuirá.
Se mantida por muito tempo, a produtividade também diminui devido à falta de nutrientes.
Em média, o tempo ideal de fermentação é:
- para regime psicrofílico: 30 – 40 dias ou mais;
- para mesófilo: 10 – 20 dias;
- para termofílico: 5 – 10 dias.
Equilíbrio ácido-base
A maior produtividade é observada em valores de pH de 6,5 a 8,5 (dependendo da matéria-prima).
Proporção carbono/nitrogênio
O valor ideal depende novamente da matéria-prima. Deve haver 10 a 20 vezes mais carbono do que nitrogênio.
Comparação do biogás com combustíveis mais tradicionais
Os pontos fortes desta tecnologia incluem o seguinte:
- As matérias-primas utilizadas para produzir biogás são um recurso inesgotável e são gratuitas.
- A energia do biogás não está vinculada a um local específico – a matéria-prima para instalação pode ser encontrada em qualquer região.
- Ampla gama de aplicações: o biogás pode atuar como fonte de calor, eletricidade e combustível para motores.
Em termos de custos de construção (3–4 mil euros por kW de potência), as centrais de biogás situam-se entre as centrais nucleares (5 mil euros por 1 kW) e as de carvão (2 mil euros por 1 kW).
Instalação para produção de biogás
Está comprovado na prática: quanto maior a potência da instalação, mais barata é a energia gerada com a sua ajuda. A rentabilidade também depende do tipo de matéria-prima utilizada.
Esquema para organizar a produção de biogás em casa
Ao construir um gerador a gás com capacidade superior a 10 MW, que funcione com resíduos alimentares, terá de gastar cerca de 2 mil euros por cada kW de potência; ao mesmo tempo, uma instalação com capacidade até 1 MW, utilizando estrume de vaca como matéria-prima, custará 7 mil euros por 1 kW.
A unidade é composta por diversas unidades tecnológicas.
Reator
É um contentor maciço de betão armado revestido com isolamento térmico com vários furos tecnológicos. O reator deve ser hermeticamente fechado para evitar a entrada de ar em seu interior.
Sistema de alimentação de biomassa
Para carregar a matéria-prima, a instalação está equipada com um bunker. Os resíduos são alimentados aqui manualmente ou por meio de uma esteira.
Uma tubulação com água quente também é fornecida ao reator.
Agitadores
As lâminas misturadoras são montadas em um eixo vertical, cuja haste se estende através de um orifício vedado na tampa do reator.
O dispositivo é acionado por um motor elétrico através de um redutor.
O motor elétrico pode ser ligado manual ou automaticamente.
Sistema de aquecimento automatizado
O aquecimento é instalado na parte inferior do reator. O refrigerante pode ser água ou eletricidade. Os elementos de aquecimento são ligados por um termostato ajustado para uma determinada temperatura.
Porta-gás
Este é o recipiente por onde entra o biogás gerado no reator.
Separador
Conforme mencionado acima, o biogás é uma mistura de vários gases. O separador permite separar o metano das impurezas para posterior entrega ao consumidor.
A planta de biogás DIY mais simples para casa
Um gerador de biogás caseiro, é claro, tem características inferiores às unidades caras fabricadas na fábrica, mas exigirá custos iniciais significativamente mais baixos.
Para construí-lo você precisará de:
- anéis de concreto armado;
- bunker de aço;
- uma tampa maciça de aço ou concreto armado (há um caso conhecido em que um sino pesado foi usado como tampa);
- dutos para abastecimento de água e descarga do produto acabado.
O volume do reator deve exceder o volume de carga em 1,5 vezes.
Diagrama de instalação
Em seu design mais simples, o gerador de gás não é equipado com aquecimento e dispositivo de mistura. Os trabalhos de construção da instalação são realizados na seguinte sequência:
- É cavado um poço de tamanho suficiente, cujo fundo é concretado.
- Vários anéis de concreto armado são baixados na cava, um após o outro, formando um tanque cilíndrico a partir deles. Todas as juntas devem ser seladas com mastique betuminoso.
- O recipiente de concreto é revestido com isolamento térmico e impermeabilizante, após o que se inicia o preenchimento da cava.
- Uma tampa com uma escotilha de carregamento bem fechada é colocada no topo do reator. Durante a fermentação da matéria-prima, é gerada alta pressão no reator, de modo que a tampa pode ser fixada com cabos para maior confiabilidade. Não seria supérfluo instalar nele uma válvula de segurança com um contrapeso em forma de peso.
- Uma tremonha deve ser fixada na escotilha de carregamento.
- Resta apenas conectar as tubulações ao reator. Neste caso, deve ser instalado um selo d'água na linha de descarga do produto acabado.
A biomassa é preparada da seguinte forma:
- Você deve levar 3 partes de esterco de vaca e 7 partes de resíduos vegetais podres - folhas de vegetais, cascas, etc.
- A mistura resultante deve ser diluída em água, aumentando assim sua umidade para 60% - 70%.
Para aumentar a produtividade, você pode usar um esquema de instalação mais avançado que inclui aquecimento de água. O gerador de calor será uma caldeira de água quente alimentada pelo combustível produzido pela instalação.
Planta de biogás DIY - desenho
Ao carregar a matéria-prima, basta aquecê-la até 35 graus, após o que sua temperatura como resultado da fermentação subirá para 70 graus.
Como a prática tem mostrado, um carregamento de biomassa de 5 toneladas permite obter uma média diária de cerca de 40 metros cúbicos em 6 meses. m de combustível gasoso.
Vídeo sobre o tema
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Usina de biogás faça você mesmo para uma residência particular: recomendações para o aparelho e um exemplo de arranjo de um produto caseiro
Um proprietário econômico sonha com recursos energéticos baratos, eliminação eficiente de resíduos e obtenção de fertilizantes. Uma usina doméstica de biogás DIY é uma maneira barata de tornar seu sonho realidade. A automontagem desses equipamentos custará uma quantia razoável e o gás produzido será uma boa ajuda no lar: pode ser usado para cozinhar, aquecer a casa e outras necessidades.
O que é necessário para produzir biogás
O biogás é formado como resultado da fermentação de um substrato biológico. É decomposto por bactérias hidrolíticas, formadoras de ácido e metano. A mistura de gases produzida pelas bactérias é inflamável, pois contém uma grande porcentagem de metano.
Suas propriedades praticamente não diferem do gás natural, utilizado para necessidades industriais e domésticas.
Se desejar, todo proprietário de casa pode comprar uma planta de biogás industrial, mas é cara e o investimento compensa dentro de 7 a 10 anos. Portanto, faz sentido fazer um esforço e fazer um biorreator com as próprias mãos O biogás é um combustível ecologicamente correto e a tecnologia para sua produção não causa muito impacto ao meio ambiente. Além disso, os resíduos que precisam ser descartados são utilizados como matéria-prima para o biogás. Eles são colocados em um biorreator, onde ocorre o processamento:
- A biomassa fica exposta a bactérias por algum tempo. O período de fermentação depende do volume de matéria-prima.
- Como resultado da atividade das bactérias anaeróbias, é liberada uma mistura inflamável de gases, que inclui metano (60%), dióxido de carbono (35%) e alguns outros gases (5%). A fermentação também libera sulfeto de hidrogênio potencialmente perigoso em pequenas quantidades. É venenoso, por isso é altamente indesejável que as pessoas sejam expostas a ele.
- A mistura de gases do biorreator é purificada e fornecida a um tanque de gás, onde é armazenada até ser utilizada para o fim a que se destina.
- O gás de um reservatório de gás pode ser usado da mesma forma que o gás natural. Vai para eletrodomésticos - fogões a gás, caldeiras de aquecimento, etc.
- A biomassa decomposta deve ser regularmente removida do fermentador. Este é um trabalho adicional, mas o esforço compensa. Após a fermentação, a matéria-prima se transforma em fertilizante de alta qualidade, que é utilizado em campos e hortas.
Uma usina de biogás só é benéfica para o proprietário de uma casa particular se ele tiver acesso constante aos resíduos das fazendas de gado. Em média, a partir de 1 metro cúbico. Você pode obter 70-80 metros cúbicos de substrato. biogás, mas a produção de gás é desigual e depende de muitos fatores, incluindo temperaturas da biomassa. Isso complica os cálculos.
As usinas de biogás são ideais para fazendas. Os resíduos animais podem fornecer gás suficiente para aquecer totalmente instalações residenciais e anexos Para que o processo de produção de gás seja estável e contínuo, é melhor construir várias usinas de biogás e adicionar o substrato aos fermentadores com diferença de horário. Essas instalações operam em paralelo e as matérias-primas são carregadas nelas sequencialmente. Isto garante uma produção constante de gás, para que possa ser fornecido continuamente aos eletrodomésticos.
Idealmente, o biorreator deve ser aquecido. Cada 10 graus de calor aumenta a produção de gás pela metade. Embora a instalação de aquecimento exija investimento, compensa pela maior eficiência do projeto Equipamentos caseiros de biogás, montados a partir de sucata, são muito mais baratos que as instalações de produção industrial. Sua eficiência é menor, mas vale a pena o investimento. Se você tem acesso a esterco e deseja se esforçar para montar e manter a estrutura, isso é muito lucrativo.
Vantagens e desvantagens do sistema
As usinas de biogás têm muitas vantagens, mas também muitas desvantagens, portanto, antes de iniciar o projeto e a construção, você deve pesar tudo:
- Reciclando. Graças a uma usina de biogás, você pode obter o máximo benefício dos resíduos que, de outra forma, teriam que ser descartados. Este descarte é menos perigoso para o meio ambiente do que o aterro.
- Renovabilidade de matérias-primas. A biomassa não é carvão ou gás natural, cuja extracção esgota os recursos. Na agricultura, as matérias-primas aparecem constantemente.
- Quantidade relativamente pequena de CO2. Quando o gás é produzido, o meio ambiente não fica poluído, mas quando é utilizado, uma pequena quantidade de dióxido de carbono é liberada na atmosfera. Não é perigoso e não é capaz de alterar criticamente o ambiente, porque... é absorvido pelas plantas durante o crescimento.
- Liberação moderada de enxofre. Quando o biogás é queimado, uma pequena quantidade de enxofre é liberada na atmosfera. Este é um fenômeno negativo, mas sua escala pode ser vista em comparação: na queima do gás natural, a poluição ambiental com óxidos de enxofre é muito maior.
- Trabalho estável. A produção de biogás é mais estável do que painéis solares ou turbinas eólicas. Embora a energia solar e eólica não possa ser controlada, as usinas de biogás dependem da atividade humana.
- Várias configurações podem ser usadas. O gás sempre traz riscos. Para reduzir potenciais danos em caso de acidente, diversas usinas de biogás podem ser espalhadas pelo local. Se um sistema de vários fermentadores for adequadamente projetado e montado, ele operará de forma mais estável do que um único grande biorreator.
- Benefícios para a agricultura. Alguns tipos de plantas são plantados para obtenção de biomassa. Você pode escolher aqueles que melhoram as condições do solo. Por exemplo, o sorgo reduz a erosão do solo e melhora a sua qualidade.
O biogás também tem desvantagens. Embora seja um combustível relativamente limpo, ainda polui a atmosfera. Também poderá haver problemas com o fornecimento de biomassa vegetal. Proprietários de plantas irresponsáveis muitas vezes colhem-nas de tal forma que esgotam a terra e perturbam o equilíbrio ecológico.
Como calcular a rentabilidade de uma instalação
O esterco de vaca é normalmente utilizado como matéria-prima para a produção de biogás. Uma vaca adulta pode produzir o suficiente para fornecer 1,5 metros cúbicos. combustível; porco – 0,2 metros cúbicos; frango ou coelho (dependendo do peso corporal) – 0,01-0,02 metros cúbicos. Para entender se isso é muito ou pouco, você pode compará-lo com tipos de recursos mais familiares.
1 metro cúbico o biogás fornece a mesma quantidade de energia térmica que:
- lenha – 3,5kg;
- carvão – 1-2 kg;
- eletricidade – 9-10 kW/h.
Se você souber o peso aproximado de resíduos agrícolas que estarão disponíveis nos próximos anos e a quantidade de energia necessária, poderá calcular a rentabilidade de uma usina de biogás.
Uma das principais desvantagens da produção de biogás é o cheiro. A possibilidade de utilizar pequenos montes de composto é uma grande vantagem, mas você terá que suportar os transtornos e controlar cuidadosamente o processo para não provocar a propagação de patógenos Para colocá-lo no biorreator, é preparado um substrato que inclui diversos componentes nas seguintes proporções:
- estrume (melhor vaca ou porco) – 1,5 t;
- resíduos orgânicos (podem ser folhas podres ou outros componentes de origem vegetal) – 3,5 t;
- água aquecida a 35 graus (a quantidade de água quente é calculada de modo que sua massa seja 65-75% da quantidade total de matéria orgânica).
O cálculo do substrato foi feito para uma postura durante seis meses, com base no consumo moderado de gás. Após cerca de 10-15 dias, o processo de fermentação dará os primeiros resultados: o gás aparecerá em pequenas quantidades e começará a encher o armazenamento. Após 30 dias, você pode esperar a produção total de combustível.
Os equipamentos para produção de biogás ainda não estão particularmente difundidos em nosso país. Isto se deve em grande parte à falta de conscientização das pessoas sobre as vantagens e características dos sistemas de biogás. Na China e na Índia, muitas pequenas explorações agrícolas estão equipadas com fábricas improvisadas para produzir combustível limpo adicional Se a instalação estiver funcionando corretamente, o volume de biogás aumentará gradativamente até o substrato apodrecer. O desempenho da estrutura depende diretamente da taxa de fermentação da biomassa, que por sua vez está relacionada com a temperatura e umidade do substrato.
Instruções para autoconstrução
Se você não tem experiência na montagem de sistemas complexos, faz sentido selecionar online ou desenvolver o desenho mais simples de uma planta de biogás para uma residência particular.
Quanto mais simples for o design, mais confiável e durável ele será. Posteriormente, ao desenvolver habilidades na construção e manuseio do sistema, você poderá refazer o equipamento ou instalar uma instalação adicional.
Projetos industriais caros incluem sistemas para mistura de biomassa, aquecimento automático, purificação de gás, etc. Os equipamentos domésticos não são tão complicados. É melhor montar uma instalação simples e depois adicionar os elementos necessários Ao calcular o volume do fermentador, deve-se focar em 5 metros cúbicos. Esta instalação permite obter a quantidade de gás necessária para aquecer uma casa privada com área de 50 metros quadrados, caso seja utilizada uma caldeira a gás ou fogão como fonte de calor. Este é um valor médio, porque O conteúdo calórico do biogás geralmente não é superior a 6.000 kcal/m3.
Para que o processo de fermentação prossiga de forma mais ou menos estável, é necessário atingir as condições corretas de temperatura. Para isso, o biorreator é instalado em uma cova de terra ou um isolamento térmico confiável é pensado antecipadamente. O aquecimento constante do substrato pode ser garantido colocando um tubo de aquecimento de água sob a base do fermentador A construção de uma usina de biogás pode ser dividida em várias etapas.
Etapa 1: preparação da cava para o biorreator
Quase toda a usina de biogás é subterrânea, então depende muito de como a cava foi cavada e acabada. Existem várias opções para reforçar as paredes e vedar a fossa - anéis de plástico, concreto, polímero.
A intensidade da fermentação do substrato e a liberação do gás dependem do preparo das paredes e do fundo do biorreator, por isso a cava é cuidadosamente reforçada, isolada e vedada. Esta é a etapa mais difícil e demorada do trabalho A solução ideal é comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Eles custarão mais do que os materiais disponíveis, mas nenhuma vedação adicional será necessária. Os polímeros são sensíveis a cargas mecânicas, mas não têm medo de umidade e substâncias quimicamente agressivas. Eles não podem ser reparados, mas, se necessário, podem ser facilmente substituídos.
Etapa 2: arranjo de drenagem de gás
Comprar e instalar misturadores especiais para usinas de biogás é uma proposta cara. O sistema pode ser barateado com a instalação de drenagem de gás. Consiste em tubos de esgoto de polímero instalados verticalmente com muitos furos.
Para drenagem de gases, você pode escolher tubos de metal ou polímero. Os primeiros são mais fortes e os últimos são mais resistentes às influências químicas. É melhor dar preferência aos polímeros, pois o metal enferruja e apodrece rapidamente Ao calcular o comprimento dos tubos de drenagem, você deve se concentrar na profundidade planejada de enchimento do biorreator. Os topos dos tubos devem estar acima deste nível.
Etapa 3: disposição da camada isolante
Você pode carregar imediatamente o substrato no biorreator acabado. É coberto por uma película para que o gás liberado durante a fermentação fique sob leve pressão. Quando a cúpula estiver pronta, isso garantirá o fornecimento normal de biometano através do tubo de saída.
Etapa 4: instalação da cúpula e tubos
A etapa final da montagem da planta de biogás mais simples é a instalação da parte superior da cúpula. No ponto mais alto da cúpula, um tubo de exaustão de gás é instalado e estendido até o reservatório de gás.
O espaço livre do biorreator serve, em certa medida, como armazenamento de gás, mas não é suficiente para o funcionamento seguro da instalação. O gás deve ser consumido constantemente, caso contrário, é possível uma explosão devido ao excesso de pressão sob a cúpula O recipiente do biorreator é fechado com uma tampa hermética. Para evitar que o biometano se misture com o ar, é instalado um selo d'água. Também serve para purificação de gases. Deve ser fornecida uma válvula de liberação que funcionará se a pressão no fermentador for muito alta.
Duas maneiras de aquecer um biorreator
Os microrganismos que processam o substrato estão constantemente presentes na biomassa, mas para sua reprodução intensiva necessitam de uma temperatura de 38 graus ou superior. Para aquecimento durante os períodos de frio, você pode usar uma bobina conectada ao sistema de aquecimento doméstico ou aquecedores elétricos. O primeiro método é mais econômico, por isso é usado com mais frequência.
A maneira mais fácil de organizar o aquecimento por baixo é colocar um tubo do sistema de aquecimento, mas a eficiência desse trocador de calor é relativamente baixa. É melhor providenciar aquecimento externo, de preferência a vapor, para que a biomassa não superaqueça A usina de biogás não precisa ser enterrada, existem outras opções de arranjo. Um exemplo de funcionamento de um sistema montado a partir de barris é mostrado no vídeo abaixo.
Vídeos sobre montagem e disposição do sistema
Embora não haja nada complicado na montagem e disposição dos equipamentos de biogás, é preciso estar extremamente atento aos detalhes. Erros são inaceitáveis, porque pode levar a explosões e destruição. Oferecemos instruções em vídeo que o ajudarão a entender o projeto das usinas, montá-las corretamente e complementá-las com dispositivos úteis para um uso mais conveniente do biogás.
O vídeo descreve como funciona e funciona uma planta de biogás padrão:
Um exemplo de planta de biogás caseira. Tutorial em vídeo sobre como configurar um sistema com suas próprias mãos:
Instruções em vídeo para montar uma usina de biogás a partir de um barril:
Descrição do processo de fabricação dos misturadores de substrato:
Descrição detalhada do funcionamento de um armazenamento de gás caseiro:
Por mais simples que seja a instalação de biogás escolhida para uma casa particular, você não deve economizar nela. Se possível, é melhor comprar um biorreator industrial dobrável. Caso contrário, faça-o com materiais sustentáveis e de alta qualidade: polímeros, concreto ou aço inoxidável. Isso permitirá que você crie um sistema de fornecimento de gás verdadeiramente confiável e seguro em casa.
sovet-ingenera. com 
Como instalar aquecimento em uma casa particular com as próprias mãos
Aqui na Sérvia, e na Europa como um todo, as pessoas não querem depender das empresas de energia e de gás, por isso esforçam-se por adquirir fontes de energia alternativas. Sejam painéis solares, coletores térmicos ou usinas de biogás.
Uma vez já falei na minha revista sobre usinas industriais de biogás, agora minha história é sobre uma usina caseira que pode produzir gás para sua casa ou chalé. O princípio de operação fica claro na figura. Farei apenas algumas explicações e contarei a finalidade de alguns elementos.
Para fazer a instalação você vai precisar de:
*Dois barris de plástico de 200 litros cada (na Sérvia, o repolho é salgado nesses barris), mas também podem haver barris de metal para óleo diesel.
* Cinco acessórios adaptadores para conectar elementos com mangueira com espessura de pelo menos 13 mm.
* Mangueira plástica (comprimento dependendo das necessidades de instalação).
* Balde de plástico.
* Vasilha plástica de 3 a 5 litros (para óleo automotivo com tampa de rosca) para válvula de emergência.
* Dois tubos plásticos com diâmetro de 5 cm.
Elemento 1 - na foto, gerador de gás BIO
É composto por: um barril selado, dois tubos plásticos e uma saída para biogás.
No gerador, a massa orgânica se decompõe durante o processo de decomposição, liberando 60% de metano e 40% de SO2.
Através do primeiro tubo plástico com funil, são despejados resíduos de biomassa finamente picados e misturados com água na proporção de 10% de biomassa e 90% de água da chuva (água mole).
Seria bom se pudéssemos adicionar também uma mistura natural de estrume fresco de vacas, porcos e aves, introduzindo assim microrganismos dos quais depende a produção de biogás. Caso contrário, você pode adicionar um pouco de lama de um rio ou lagoa para acelerar o processo.
O processo leva cerca de 3 semanas para que o gás se forme. Logo no início você notará a liberação de gás, mas saiba que se trata de SO2 – dióxido de carbono, que não é inflamável. Somente após 3 semanas ocorre a formação de metano - biogás.
Com o tempo aparece um resíduo no fundo do recipiente, que é um excelente fertilizante natural para hortaliças na jardinagem.
A temperatura ideal é de 12 a 36 graus, proteja o barril da luz solar direta na sombra e no inverno do congelamento. Lembre-se de que se trata de um barril “vivo”, ou seja, contém bilhões de microrganismos atuando no processo de decomposição da biomassa.
Se “cozinhar demais” ou “congelar” o Gerador de Gás BIO, os microrganismos desaparecerão, pelo que todo o processo terá que ser reiniciado.
O elemento 2 da figura é um recipiente para coleta de biogás e um selo d'água
Consiste em um barril de plástico aberto, um balde e dois acessórios (válvula) para fluxo e peso de gás (marcação).
Neste recipiente - um barril de 200 litros, é coletado o gás, conforme mostra a figura. Fornece uma solução simples e flexível sem desperdício de gás. Além disso, a água também atua como filtro, purificando o metano das impurezas.
Observe que o gás levantou o reservatório de água e isso indica a quantidade de gás coletado.
O peso do peso ajudará a tornar suficiente a pressão do gás, que é então enviada para a válvula de emergência, elemento nº 4.
Mantenha este recipiente cheio de água e protegido do congelamento.
Elemento 3 - queimador
Elemento 4 - Válvula de emergência
A válvula de emergência consiste em um recipiente plástico com água com tampa de rosca e dois adaptadores.
Latas de óleo vazias para um carro são uma boa improvisação.
A válvula de segurança foi projetada para interceptar a chama e interromper o efeito reverso. A válvula de emergência está localizada entre o Elemento 3 - o queimador e o recipiente de coleta de gás, Elemento 2.
É imprescindível instalar uma válvula de emergência para evitar que o recipiente de gás entre em ignição, causando acidente ou explosão.
Uma usina de biogás para sua casa economizará custos com recursos energéticos. Você mesmo pode fazer essa unidade.
O custo dos componentes é bastante acessível e o gás produzido pode ser utilizado para diversos fins - aquecimento, cozinha, etc.
Tecnologia de biogás
O princípio de funcionamento de uma planta de biogás baseia-se na fermentação de um biosubstrato. Ele se decompõe sob a influência da hidrólise e de microrganismos formadores de metano e ácido. É produzido um gás inflamável contendo um grande volume de metano.
Na verdade, o gás não é inferior ao gás natural usado na vida cotidiana e na indústria. Existem instalações prontas. Mas seu custo é bastante alto, o período de retorno chega a 10 anos.
Para operar uma usina de biogás, você pode usar matérias-primas disponíveis - resíduos recicláveis. Eles são processados da seguinte forma:
- As matérias-primas fermentam sob a influência de microrganismos.
- São liberados gases combustíveis - metano, dióxido de carbono e outros. O volume principal é representado pelo metano
- Os gases são purificados e entram em um tanque de gás, onde permanecem até serem utilizados diretamente.
O gás pode ser usado de forma semelhante ao gás natural. Pode ser utilizado como combustível para caldeiras, fornos, fogões a gás, etc. Os resíduos de matérias-primas devem ser removidos da instalação em tempo hábil. Os resíduos podem ser usados como fertilizante.
Vantagens e desvantagens
As principais vantagens da instalação incluem:
- eliminação eficiente de resíduos;
- a biomassa é constantemente renovada através de atividades agrícolas;
- teor relativamente baixo de dióxido de carbono;
- pequena quantidade de enxofre liberada;
- estabilidade, operação ininterrupta, independente de fatores externos;
- possibilidade de operação simultânea de diversas instalações;
- benefícios económicos, especialmente para as pessoas que estão activamente envolvidas em actividades agrícolas.
As desvantagens incluem leve poluição ambiental. Também pode haver dificuldades com o fornecimento de matérias-primas.
Preparando um poço para um biorreator
O projeto da usina de biogás pressupõe sua localização subterrânea. É necessário preparar um furo com o volume necessário. Suas paredes podem ser reforçadas hermeticamente e acabadas com plástico, anéis poliméricos ou concreto.
A intensidade do processamento da matéria-prima depende da estanqueidade. Idealmente, você deve comprar anéis de polímero feitos de fábrica com fundo seco. Esta é uma solução mais cara, mas a vedação adicional pode ser evitada.
Os materiais poliméricos são resistentes à umidade e ambientes agressivos. Eles não precisam ser reparados e, se danificados, podem ser substituídos rapidamente.
Dreno de gás
Comprar e instalar misturadores especializados não é a opção economicamente mais viável. Para economizar dinheiro, você pode fazer drenagem de gás. São canos de esgoto verticais de plástico com um grande número de furos.
A drenagem também pode ser feita a partir de tubos de aço, altamente resistentes às influências negativas. Mas o plástico é mais prático devido às suas propriedades anticorrosivas.
Na foto de uma usina de biogás caseira você pode ver claramente esse projeto e as características de sua construção.
O comprimento dos tubos de drenagem deve ser selecionado de acordo com a profundidade de enchimento do biorreator. A parte superior dos tubos deve sobressair acima deste nível.
Camada de isolamento
Após a fabricação do biorreator, ele pode ser imediatamente preenchido com matéria-prima. A biomassa deve ser coberta com filme. Isso é necessário para garantir baixa pressão do gás durante o processo de fermentação.
Uma vez feita a cúpula, isso garante que o biogás flua de forma eficiente através do sistema.
Instalação de cúpula e tubos
Vejamos diretamente como fazer uma simples usina de biogás com suas próprias mãos. Na verdade, todos os trabalhos preparatórios foram concluídos, o biorreator foi construído e preenchido com biomassa.
Resta apenas montar a seção da cúpula. Um tubo é instalado no topo da cúpula para garantir a remoção do gás. Por meio dele, o biogás é fornecido ao tanque de gás.
O reator também possui espaço livre no qual será efetivamente armazenado um determinado volume de gás. Mas isto não pode garantir uma operação segura.
É necessário consumir gás constantemente, caso contrário a pressão atingirá o nível limite e ocorrerá uma explosão. Portanto, um tanque de gasolina deve ser instalado. Se necessário, encha recipientes adequados com gás para evitar o aumento de pressão.
O biorreator deve ser hermeticamente fechado. Caso contrário, o gás simplesmente escapará para a atmosfera. Para evitar a entrada de ar na mistura gasosa, o sistema deve ser equipado com selo d'água. Também fornecerá purificação de gás.
O projeto deve incluir uma válvula de liberação. Deve disparar automaticamente quando o nível de pressão permitido for excedido.
Como aquecer um biorreator?
O substrato contém constantemente bactérias que geram gás. Mas para que se multipliquem intensamente, a temperatura ambiente deve ser de pelo menos 38°C.
Portanto, o biorreator precisa ser aquecido, principalmente no inverno. Você pode instalar uma bobina conectada a um sistema de aquecimento doméstico.
Outra forma é instalar elementos de aquecimento elétrico. Porém, uma solução economicamente mais viável é conectar-se ao sistema de aquecimento.
A opção mais simples é organizar o aquecimento por baixo, colocando um tubo de aquecimento. Contudo, a eficiência de um tal permutador de calor será relativamente baixa.
A planta de biogás não precisa ser subterrânea. Existem métodos alternativos. Por exemplo, isso pode ser feito em um barril, que ficará localizado em uma sala separada.
Você também pode usar, por exemplo, um tanque. Esta opção simplificará o aquecimento, mas requer espaço suficiente.
Foto de uma usina de biogás faça você mesmo
Os proprietários de residências particulares localizadas em regiões com acesso limitado aos combustíveis tradicionais deveriam definitivamente voltar sua atenção para as modernas usinas de biogás. Essas unidades permitem obter biogás a partir de diversos resíduos orgânicos e utilizá-lo para necessidades pessoais, inclusive para aquecimento de residências.
O gás pode ser obtido a partir de quase qualquer biomassa - resíduos da indústria pecuária, produção de alimentos, agricultura, folhagem, etc. Ao mesmo tempo, você pode construir tal instalação com suas próprias mãos.
Tanto matérias-primas homogêneas quanto misturas de diversas biomassas são adequadas para a produção de biogás. Uma planta de biogás é uma estrutura volumétrica selada equipada com dispositivos para fornecimento de matéria-prima, aquecimento de biomassa, mistura de componentes, descarga do biogás resultante em um coletor de gás e, claro, proteção da estrutura.
No reator, sob a influência de bactérias anaeróbias, ocorre a rápida decomposição da biomassa. Durante a fermentação das matérias-primas orgânicas, é liberado biogás. Aproximadamente 70% da composição desse gás é representada por metano, o restante é dióxido de carbono.
O biogás é caracterizado por excelente poder calorífico; não possui odor ou cor distintos. Em termos de propriedades, o biogás praticamente não é inferior ao gás natural mais tradicional.
Nos países desenvolvidos, instalações adicionais são utilizadas para purificar o biogás do dióxido de carbono. Se desejar, você pode comprar a mesma instalação e obter biometano puro.
Usinas de biogás em silos. 1 Poços de silo. 2 Sistema de carregamento de biomassa. 3 Reator. 4 Reator de pós-fermentação. 5 Substrato. 6 Sistema de aquecimento. 7 Usina. 8 Sistema de automação e controle. 9 Sistema de gasoduto
Comparação do biogás com combustíveis mais tradicionais
Em média, uma vaca ou outro animal pesando meia tonelada é capaz de produzir esterco suficiente por dia para produzir aproximadamente 1,5 m3 de biogás. O esterco diário de um porco médio pode ser processado em 0,2 m3 de biogás, e um coelho ou galinha em 0,01-0,02 m3 de combustível.
Para efeito de comparação: 1 m3 de biogás proveniente de esterco fornece aproximadamente a mesma quantidade de energia térmica que 3,5 kg de lenha, 1-2 kg de carvão, 9-10 kW/h de eletricidade.
A receita mais simples de uma mistura para produção de biogás inclui os seguintes componentes:
- esterco de vaca - cerca de 1.500 kg;
- folhas podres ou outros resíduos orgânicos – 3.500 kg;
- água – 65-75% da massa total dos componentes anteriores. A água deve primeiro ser aquecida a cerca de 35 graus.
Essa quantidade de biomassa será suficiente para produzir biogás durante seis meses de operação com consumo moderado. Em média, o biogás começa a ser liberado dentro de 1,5 a 2 semanas após a mistura ser carregada na instalação.
O gás pode ser usado para aquecer uma casa e uma variedade de edifícios comerciais e domésticos.
Projeto de uma planta típica de biogás
Os principais componentes de um sistema completo de biogás são:
- reator;
- sistema de fornecimento de húmus;
- agitadores;
- sistema automatizado de aquecimento de biomassa;
- porta-gás;
- separador;
- parte protetora.
Uma instalação doméstica terá um design um tanto simplificado, porém, para uma compreensão completa, convidamos você a ler a descrição de todos os elementos listados.
Reator
Esta parte da instalação geralmente é montada em aço inoxidável ou concreto. Externamente, o reator se parece com um grande recipiente selado, no topo do qual há uma cúpula, geralmente de formato esférico.
Atualmente, os mais populares são os reatores com design dobrável, fabricados com tecnologias inovadoras. Esse reator pode ser facilmente montado com suas próprias mãos, com um investimento mínimo de tempo. Se necessário, pode ser facilmente desmontado e transportado para outro local.
O aço é conveniente porque você pode facilmente criar furos para conectar outros elementos do sistema. O concreto é superior ao aço em termos de resistência e durabilidade.
Sistema de alimentação de biomassa
Esta parte da instalação inclui uma tremonha para recebimento de resíduos, uma tubulação de abastecimento para abastecimento de água e uma bomba helicoidal destinada ao envio de húmus ao reator.
Um carregador frontal é usado para carregar o componente seco na tremonha. Em casa, você pode realizar essa tarefa sem carregador, usando vários meios improvisados, por exemplo, pás.
Na tremonha a mistura é umedecida até o estado semilíquido. Após atingir o nível de umidade desejado, a rosca transfere a massa semilíquida para o compartimento inferior do reator.
Agitadores
A fermentação do húmus no reator deve ocorrer uniformemente. Esta é uma das condições mais importantes para garantir a liberação intensiva de biogás da mistura. É para conseguir o processo de fermentação mais uniforme da mistura que o projeto de uma típica planta de biogás inclui misturadores com acionamentos elétricos.
Existem misturadores submersíveis e inclinados. Mecanismos submersíveis podem ser baixados na biomassa até a profundidade necessária para garantir uma mistura intensiva e uniforme do substrato. Normalmente, esses misturadores são colocados em um mastro.
A instalação dos misturadores inclinados é realizada nas superfícies laterais do reator. Um motor elétrico é responsável por girar a rosca do fermentador.
Sistema de aquecimento automatizado
Para produzir biogás com sucesso, a temperatura dentro do sistema deve ser mantida entre +35-+40 graus. Para este efeito, sistemas de aquecimento automatizados estão incluídos no projeto.
A fonte de calor neste caso é uma caldeira de água quente, em algumas situações são utilizadas unidades de aquecimento elétrico.
O biogás é coletado neste elemento estrutural. Na maioria das vezes, o reservatório de gás é colocado no teto do reator.
A produção de tanques de gás modernos geralmente é feita com policloreto de vinila, material resistente à luz solar e a diversos fenômenos naturais adversos.
Em algumas situações, em vez de um tanque de gasolina normal, são utilizados sacos especiais. Além disso, esses dispositivos permitem aumentar temporariamente o volume do biogás produzido.
Para fazer um saco porta-gás, é utilizado um policloreto de vinila especial com propriedades elásticas, que pode inflar à medida que o volume de biogás aumenta.
Esta parte do sistema é responsável pela secagem do húmus residual e pela obtenção, se necessário, de fertilizantes de alta qualidade.
O separador mais simples consiste em um parafuso e uma câmara separadora. A câmara é feita em forma de peneira. Isto permite que a biomassa seja separada em um componente sólido e uma parte líquida.
O húmus seco é enviado para o compartimento de expedição. O sistema direciona a parte líquida de volta para a câmara receptora. Aqui o líquido é usado para umedecer a nova matéria-prima.
A planta de biogás DIY mais simples
Uma instalação doméstica de biogás terá um design um tanto simplificado, mas sua fabricação deve ser abordada com a máxima responsabilidade.
Primeiro passo. Cave um buraco. Basicamente, uma usina de biogás é um grande poço com acabamento especial. A parte mais importante e ao mesmo tempo difícil da fabricação do sistema em questão é a correta preparação das paredes do biorreator e de sua base.
O poço deve ser selado. Reforçar a base e as paredes com plástico ou concreto. Em vez disso, você pode comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Tais dispositivos permitem garantir a necessária estanqueidade do sistema. O material manterá suas características originais por muitos anos e, se necessário, você poderá facilmente substituir o anel antigo por um novo.
Segundo passo. Instale um sistema de drenagem de gás. Isso evitará a necessidade de adquirir e instalar agitadores, reduzindo significativamente o tempo e o dinheiro gastos na montagem da instalação.
A versão mais simples de um sistema de drenagem de gás são tubos de esgoto fixados verticalmente feitos de cloreto de polivinila com muitos furos em todo o corpo.
Selecione tubos de comprimento tal que suas bordas superiores fiquem ligeiramente acima do nível superior do húmus carregado.
Terceiro passo. Cubra a camada externa do substrato com filme isolante. Graças ao filme, serão criadas condições para o acúmulo de biogás sob a cúpula em condições de leve excesso de pressão.
Quarta etapa. Instale a cúpula e monte o tubo de exaustão de gases no ponto mais alto.
O consumo de gás deve ser regular. Caso contrário, a cúpula sobre o recipiente de biomassa pode simplesmente explodir. No verão, o gás é formado de forma mais intensa do que no inverno. Para resolver o último problema, compre e instale aquecedores adequados.
Procedimento e condições para o uso bem sucedido de uma planta de biogás
Assim, não é difícil montar você mesmo uma simples usina de biogás. Porém, para seu funcionamento bem-sucedido, você deve lembrar e seguir algumas regras simples.
Um dos requisitos mais importantes é que a massa orgânica carregada não contenha substâncias que possam ter um impacto negativo na vida dos microrganismos anaeróbios. As inclusões proibidas incluem vários tipos de solventes, medicamentos antibacterianos e outras substâncias similares.
Várias substâncias inorgânicas também podem levar à deterioração do funcionamento das bactérias. Diante disso, é proibido, por exemplo, diluir o húmus com a água que sobrou da lavagem de roupa ou do carro.
Lembre-se: uma instalação de biogás é uma unidade potencialmente explosiva, por isso siga todas as normas de segurança relevantes para o funcionamento de qualquer equipamento a gás.
Assim, até o esterco e, em princípio, quase tudo de que você antes tentava se livrar, pode ser útil na fazenda. Você só precisa construir adequadamente uma instalação doméstica de biogás e muito em breve sua casa estará aquecida. Siga as recomendações recebidas e não terá mais que gastar enormes somas em aquecimento.
Boa sorte!
Pequenas instalações também podem ser instaladas em casa. À parte, direi que produzir biogás com as próprias mãos não é uma espécie de invenção nova. Mesmo nos tempos antigos, o biogás era produzido ativamente em casa, na China. Este país ainda é líder em número de instalações de biogás. Mas aqui como fazer uma usina de biogás com suas próprias mãos, o que é necessário para isso, quanto vai custar - tentarei contar tudo isso neste e nos artigos subsequentes.
Cálculo preliminar de uma planta de biogás
Antes de iniciar a compra ou montagem independente de uma planta de biogás, é necessário avaliar adequadamente a disponibilidade de matéria-prima, seu tipo, qualidade e possibilidade de fornecimento ininterrupto. Nem toda matéria-prima é adequada para a produção de biogás. Matérias-primas que não são adequadas:
- matérias-primas com alto teor de lignina;
- matérias-primas que contêm serragem de árvores coníferas (com presença de resinas)
- com umidade superior a 94%
- esterco podre, bem como matérias-primas contendo mofo ou detergentes sintéticos.
Se a matéria-prima for adequada para processamento, você poderá começar a determinar o volume do biorreator. O volume total de matérias-primas para o modo mesófilo (a temperatura da biomassa varia de 25 a 40 graus, o modo mais comum) não excede 2/3 do volume do reator. A dose diária não passa de 10% do total de matéria-prima carregada.
Qualquer matéria-prima é caracterizada por três parâmetros importantes:
- densidade;
- conteúdo de cinzas;
- umidade.
Os dois últimos parâmetros são determinados a partir de tabelas estatísticas. A matéria-prima é diluída em água para atingir 80-92% de umidade. A proporção entre a quantidade de água e matéria-prima pode variar de 1:3 a 2:1. Isso é feito para dar ao substrato a fluidez necessária. Aqueles. para garantir a passagem do substrato pelos tubos e a possibilidade de misturá-lo. Para pequenas usinas de biogás, a densidade do substrato pode ser considerada igual à densidade da água.
Vamos tentar determinar o volume do reator usando um exemplo.
Digamos que uma fazenda tenha 10 cabeças de gado, 20 porcos e 35 galinhas. Os seguintes excrementos são produzidos por dia: 55 kg de 1 gado, 4,5 kg de 1 porco e 0,17 kg de frango. O volume de resíduos diários será: 10x55+20x4,5+0,17x35 = 550+90+5,95 =645,95 kg. Vamos arredondar para 646 kg. O teor de umidade dos excrementos de suínos e bovinos é de 86% e o dos excrementos de galinha é de 75%. Para atingir 85% de umidade no esterco de galinha, é necessário adicionar 3,9 litros de água (cerca de 4 kg).
Acontece que a dose diária de carregamento de matéria-prima será de cerca de 650 kg. Carga total do reator: OS=10x0,65=6,5 toneladas, e volume do reator OR=1,5x6,5=9,75 m³. Aqueles. precisaremos de um reator com volume de 10 m³.
Cálculo do rendimento de biogás
Tabela de cálculo do rendimento de biogás em função do tipo de matéria-prima.
| Tipo de matéria-prima | Produção de gás, m³ por 1 kg de matéria seca | Produção de gás m³ por 1 tonelada com umidade de 85% |
| Estrume de gado | 0,25-0,34 | 38-51,5 |
| Estrume de porco | 0,34-0,58 | 51,5-88 |
| Excrementos de pássaros | 0,31-0,62 | 47-94 |
| Estrume de cavalo | 0,2-0,3 | 30,3-45,5 |
| Estrume de ovelha | 0,3-0,62 | 45,5-94 |
Se tomarmos o mesmo exemplo, multiplicando o peso de cada tipo de matéria-prima pelos dados tabulares correspondentes e somando os três componentes, obtemos um rendimento de biogás de aproximadamente 27-36,5 m³ por dia.
Para se ter uma ideia da quantidade necessária de biogás, direi que uma família média de 4 pessoas precisará de 1,8-3,6 m³ para cozinhar. Para aquecer uma sala de 100 m² – 20 m³ de biogás por dia.
Instalação e fabricação do reator
Um tanque de metal, um recipiente de plástico pode ser usado como reator ou pode ser construído em tijolo ou concreto. Algumas fontes afirmam que o formato preferido é o cilindro, mas em estruturas quadradas construídas em pedra ou tijolo, formam-se fissuras devido à pressão da matéria-prima. Independentemente da forma, material e local de instalação, o reator deve:
- ser à prova de água e gás. A mistura de ar e gás não deve ocorrer no reator. Deve haver uma junta de material vedado entre a tampa e o corpo;
- ser isolado termicamente;
- suportar todas as cargas (pressão do gás, peso, etc.);
- possuir uma escotilha para a realização de trabalhos de reparação.
A instalação e seleção do formato do reator são realizadas individualmente para cada fazenda.
Tema de fabricação Planta de biogás faça você mesmo muito extenso. Portanto, neste artigo vou me concentrar nisso. No próximo artigo falaremos sobre a escolha dos restantes elementos de uma central de biogás, preços e onde pode ser adquirido.
