Biogasno postrojenje za privatnu kuću: preporuke za uređenje vlastite izrade

Štedljivi domaćin sanja o jeftinim izvorima energije, učinkovitom zbrinjavanju otpada i dobivanju gnojiva. Izrada kućnog biogasnog postrojenja vlastitim rukama jeftin je način ostvarenja tog sna.

Samostalna montaža takve opreme koštat će razumne novce, a proizvedeni plin bit će dobra pomoć u kućanstvu: može se koristiti za kuhanje, grijanje doma i druge potrebe.

Pokušajte razumjeti specifičnosti rada ove opreme, njezine prednosti i nedostatke. I također je li moguće samostalno izgraditi biogasno postrojenje i hoće li ono biti učinkovito.

Specifičnosti dobivanja bioplina

Bioplin nastaje fermentacijom biološkog supstrata. Razgrađuju ga hidrolitičke, kiselinske i metanogene bakterije. Smjesa plinova koje proizvode bakterije je zapaljiva jer sadrži visok postotak metana.

Po svojim svojstvima gotovo se ne razlikuje od prirodnog plina koji se koristi za industrijske i kućanske potrebe.

Po želji, svaki vlasnik kuće može kupiti industrijski proizvedeno bioplinsko postrojenje, ali to je skupo, a ulaganja se isplate u roku od 7 do 10 godina. Stoga ima smisla uložiti trud i samostalno izraditi bioreaktor

Bioplin je ekološki čisto gorivo, a tehnologija njegove proizvodnje nema značajnijeg utjecaja na okoliš. Štoviše, kao sirovina za bioplin koriste se otpadne tvari koje je potrebno zbrinuti.

Stavljaju se u bioreaktor, gdje se odvija obrada:

• tijekom određenog vremena biomasa je izložena djelovanju bakterija. Trajanje fermentacije ovisi o količini sirovine;
• djelovanjem anaerobnih bakterija oslobađa se zapaljiva smjesa plinova, koja sadrži metan (60%), ugljični dioksid (35%) i neke druge plinove (5%). Također se tijekom fermentacije u malim količinama oslobađa potencijalno opasni sumporovodik. On je otrovan, stoga je krajnje nepoželjno izlagati ljude njegovom utjecaju;
• smjesa plinova iz bioreaktora se čisti i odlazi u plinski spremnik, gdje se pohranjuje do trenutka korištenja prema namjeni;
• plin iz plinskog spremnika može se koristiti na isti način kao i prirodni plin. Dovodi se do kućanskih uređaja – plinskih pećnica, kotlova za grijanje i slično;
• razgrađenu biomasu potrebno je redovito uklanjati iz fermentora. To predstavlja dodatni rad, ali trud se isplati. Nakon fermentacije sirovina se pretvara u visokokvalitetno gnojivo koje se koristi na poljima i u vrtovima.

Bioplinsko postrojenje isplativo je za vlasnika privatne kuće samo ako ima stalan pristup otpadu sa stočarskih farmi. U prosjeku se iz 1 m³ supstrata može dobiti 70–80 m³ bioplina, ali proizvodnja plina je neravnomjerna i ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući temperaturu biomase. To otežava izračune.

Bioplinska postrojenja idealno su prikladna za poljoprivredna gospodarstva. Otpad životinjskog podrijetla može osigurati dovoljno plina za potpuno grijanje stambenih prostorija i gospodarskih zgrada.

Kako bi proces dobivanja plina bio stabilan i kontinuiran, najbolje je izgraditi nekoliko bioplinskih postrojenja, a supstrat u fermentore unositi s vremenskim odmakom. Takva postrojenja rade paralelno, a sirovina se u njih puni sekvencijalno.

To jamči stalnu proizvodnju plina, čime se može postići njegov kontinuirani dotok do kućanskih uređaja.

Idealno bi bioreaktor trebao biti grijan. Svakih 10 stupnjeva topline udvostručuje proizvodnju plina. Iako opremanje grijanja zahtijeva ulaganja, to se isplati većom učinkovitošću konstrukcije.

Vlastoručno izrađena bioplinska oprema, sastavljena od dostupnih materijala, puno je jeftinija od industrijskih postrojenja. Njezina je učinkovitost niža, ali je u skladu s uloženim sredstvima. Ako imate pristup gnoju i želju uložiti vlastiti trud u sastavljanje i održavanje konstrukcije, to je vrlo isplativo.

Prednosti i nedostaci sustava

Bioplinska postrojenja imaju mnoge prednosti, ali i dosta nedostataka, stoga prije početka projektiranja i izgradnje treba sve odvagnuti:

• Zbrinjavanje otpada. Zahvaljujući bioplinskom postrojenju možete izvući maksimalnu korist iz smeća kojeg biste se ionako morali riješiti. Ovo zbrinjavanje manje je opasno za okoliš nego zakapanje otpada.
• Obnovljivost sirovine. Biomasa nije ugljen ili prirodni plin čije iskapanje iscrpljuje resurse. Kod poljoprivrede sirovina se stalno pojavljuje.
• Relativno mala količina CO2. Tijekom dobivanja plina okoliš se ne zagađuje, ali pri njegovom korištenju u atmosferu se oslobađa mala količina ugljičnog dioksida. On nije opasan niti može kritično promijeniti ekologiju jer ga biljke apsorbiraju tijekom rasta.
• Umjereno ispuštanje sumpora. Izgaranjem bioplina u atmosferu dospijeva mala količina sumpora. To je negativna pojava, ali se njezine razmjere spoznaju usporedbom: pri izgaranju prirodnog plina zagađenje okoliša sumpornim oksidima puno je veće.
• Stabilan rad. Proizvodnja bioplina stabilnija je od rada solarnih panela ili vjetroturbina. Ako se energijom sunca i vjetra ne može upravljati, bioplinska postrojenja ovise o ljudskoj aktivnosti.
• Može se koristiti više postrojenja. Plin uvijek nosi rizike. Kako bi se smanjila potencijalna šteta u slučaju nesreće, možete rasporediti nekoliko bioplinskih postrojenja po parceli. Ako se pravilno projektira i sastavi sustav od više fermentora, radit će stabilnije od jednog velikog bioreaktora.
• Prednosti za poljoprivredu. Za dobivanje biomase sade se određene biljne vrste. Mogu se odabrati one koje poboljšavaju stanje tla. Primjerice, sirak smanjuje eroziju tla i poboljšava njegovu kvalitetu.

Bioplin ima i nedostatke. Iako je relativno čisto gorivo, ipak zagađuje atmosferu. Također mogu nastati problemi s opskrbom biljne biomase.

Neodgovorni vlasnici postrojenja često je prikupljaju tako da iscrpljuju tlo i narušavaju ekološku ravnotežu.

Izračun isplativosti postrojenja

Kao sirovina za proizvodnju bioplina obično se koristi kravlji gnoj. Jedna odrasla krava može dati dovoljno za 1.5 m³ goriva; svinja – 0.2 m³; kokoš ili kunić (ovisno o tjelesnoj masi) – 0.01-0.02 m³. Da biste shvatili je li to puno ili malo, možete usporediti s poznatijim vrstama resursa.

1 m³ bioplina osigurava istu količinu toplinske energije kao:

• drva – 3.5 kg;
• ugljen – 1-2 kg;
• električna energija – 9-10 kWh.

Ako se zna približna težina poljoprivrednog otpada koji će biti dostupan u sljedećih nekoliko godina, te količina potrebne energije, može se izračunati isplativost bioplinskog postrojenja.

Jedan od glavnih nedostataka dobivanja bioplina je miris. Mogućnost korištenja malih kompostnih hrpa je veliki plus, ali morat će se trpjeti neugodnosti i pažljivo kontrolirati proces kako bi se spriječilo širenje patogenih mikroorganizama.

Za punjenje u bioreaktor priprema se supstrat koji sadrži nekoliko komponenti u sljedećim omjerima:

• gnoj (najbolje kravlji ili svinjski) – 1.5 t;
• organski otpad (to mogu biti truli listovi ili druge komponente biljnog podrijetla) – 3.5 t;
• voda zagrijana do 35 stupnjeva (količina tople vode izračunava se tako da njezina masa čini 65-75% ukupne količine organske tvari).

Proračun supstrata napravljen je za jedno punjenje za šest mjeseci, pod pretpostavkom umjerene potrošnje plina. Otprilike nakon 10-15 dana proces fermentacije dat će prve rezultate: plin će se pojaviti u malim količinama i početi puniti spremnik. Nakon 30 dana može se očekivati puna proizvodnja goriva.

Oprema za proizvodnju bioplina još uvijek nije osobito raširena u našoj zemlji. To je uvelike posljedica loše informiranosti ljudi o prednostima i osobitostima rada bioplinskih sustava. U Kini i Indiji mnoga mala poljoprivredna gospodarstva opremljena su domaćim uređajima za dobivanje dodatnog čistog goriva.

Ako uređaj radi ispravno, volumen bioplina postupno će se povećavati sve dok supstrat ne istruli. Učinkovitost konstrukcije izravno ovisi o brzini vrenja biomase, koja je pak povezana s temperaturom i vlagom supstrata.

Upute za samostalnu izgradnju

Ako nemate iskustva u sastavljanju složenih sustava, ima smisla odabrati na internetu ili izraditi najjednostavniji nacrt bioplinskog uređaja za privatnu kuću.

Što je konstrukcija jednostavnija, to je pouzdanija i trajnija. Kasnije, kada steknete vještine izgradnje i rukovanja sustavom, moći ćete preinačiti opremu ili montirati dodatni uređaj.

U skupim konstrukcijama industrijske proizvodnje predviđeni su sustavi za miješanje biomase, automatsko zagrijavanje, pročišćavanje plina itd. Kućanska oprema nije tako složena. Bolje je sastaviti jednostavan uređaj, a zatim dodati elemente koji će postati potrebni.

Pri izračunu volumena fermentatora treba se usmjeriti na 5 m³. Takav uređaj omogućuje dobivanje količine plina potrebne za grijanje privatne kuće površine 50 m², ako se kao izvor topline koristi plinski kotao ili peć.

To je prosječna vrijednost, jer kalorijska vrijednost bioplina obično nije viša od 6000 kcal/m³.

Da bi proces fermentacije tekao manje-više stabilno, potrebno je postići pravilan temperaturni režim. U tu svrhu, bioreaktor se postavlja u zemljanu jamu ili se unaprijed osmišljava pouzdana toplinska izolacija. Stalno zagrijavanje supstrata može se osigurati ako se ispod dna fermentatora dovede cijev za vodeno grijanje.

Izgradnja bioplinskog uređaja može se podijeliti u nekoliko faza.

Faza 1 – priprema jame za bioreaktor

Gotovo cijeli bioplinski uređaj nalazi se pod zemljom, stoga puno ovisi o tome kako je jama iskopana i obrađena. Postoji nekoliko mogućnosti za učvršćivanje stijenki i brtvljenje jame – plastika, beton, polimerni prstenovi.

Optimalno rješenje – kupnja gotovih polimernih prstenova s nepropusnim dnom. Oni će biti skuplji od pri ruci dostupnih materijala, ali neće biti potrebno dodatno brtvljenje. Polimeri su osjetljivi na mehanička opterećenja, ali ne boje se vlage i kemijski agresivnih tvari. Ne mogu se popraviti, ali ih je po potrebi lako zamijeniti.

Intenzitet fermentacije supstrata i izlaz plina ovise o pripremi stijenki i dna bioreaktora, stoga se jama pažljivo učvršćuje, izolira i brtvi. Ovo je najsloženija i najzahtjevnija faza radova.

Faza 2 – uređenje plinske drenaže

Kupnja i montaža posebnih mješalica za bioplinska postrojenja – skup je užitak. Sustav se može pojeftiniti postavljanjem plinskog drenaže. On predstavlja vertikalno postavljene polimerne kanalizacijske cijevi u kojima je napravljen niz otvora.

Pri izračunu duljine drenažnih cijevi treba se usmjeriti na planiranu dubinu punjenja bioreaktora. Gornji dijelovi cijevi moraju biti iznad te razine.

Za plinski drenaž mogu se odabrati metalne ili polimerne cijevi. Prve su čvršće, a druge otpornije na kemijske utjecaje. Bolje je dati prednost polimerima, jer će metal brzo zahrđati i istrunuti.

U gotovi bioreaktor može se odmah napuniti supstrat. Prekriva se folijom kako bi plin koji se oslobađa tijekom fermentacije bio pod blagim tlakom. Kada bude gotova kupola, to će osigurati normalnu isporuku biometana kroz odvodnu cijev.

Faza 3 – montaža kupole i cijevi

Završna faza sklapanja najjednostavnijeg bioplinskog postrojenja je montaža gornjeg kupolnog dijela. Na najvišoj točki kupole postavlja se odvodna cijev za plin i provlači do plinskog spremnika, bez kojega se ne može.

Spremnik bioreaktora zatvara se čvrstim poklopcem. Kako bi se spriječilo miješanje biometana sa zrakom, postavlja se vodeni zatvarač. Također služi za pročišćavanje plina. Potrebno je predvidjeti ispusni ventil koji će se aktivirati ako tlak u fermentoru bude previsok.

Više pojedinosti o tome kako napraviti bioplin iz stajskog gnoja pročitajte u ovom materijalu.

Slobodni prostor bioreaktora u određenoj mjeri obavlja funkciju spremišta plina, međutim to nije dovoljno za siguran rad postrojenja. Plin se mora neprestano trošiti, inače je moguća eksplozija zbog prekomjernog tlaka ispod kupole.

Načini zagrijavanja bioreaktora

Mikroorganizmi koji prerađuju supstrat stalno su prisutni u biomasi, međutim za njihovo intenzivno razmnožavanje potrebna je temperatura od 38 stupnjeva i više.

Za grijanje tijekom hladnog razdoblja može se koristiti spirala spojena na sustav grijanja kuće ili električni grijači. Prvi način je ekonomski isplativiji, pa se češće koristi.

Bioplinsko postrojenje nije nužno ukopati u zemlju, postoje i druge mogućnosti uređenja. Primjer rada sustava sastavljenog od bačvi prikazan je u videu ispod.

Najlakše je urediti grijanje odozdo, polaganjem cijevi od sustava grijanja, ali je učinkovitost takvog izmjenjivača topline relativno niska. Bolje je urediti vanjsko grijanje, idealno parom, kako se biomasa ne bi pregrijala.

Zaključci i koristan video na temu

Iako u sastavljanju i uređenju bioplinske opreme nema ništa komplicirano, potrebno je biti iznimno pažljiv prema detaljima. Pogreške su nedopustive jer mogu dovesti do eksplozija i razaranja. Nudimo video upute koje će vam pomoći razumjeti ustrojstvo postrojenja, pravilno ih sastaviti i dopuniti korisnim priborom za praktičnije korištenje bioplina.

U videu je objašnjeno kako je uređeno i radi standardno bioplinsko postrojenje:

Primjer domaćeg bioplinskog postrojenja. Video tutorial o uređenju sustava vlastitim rukama:

Video upute za sastavljanje bioplinskog postrojenja iz bačve:

Opis procesa izrade miješalica za supstrat:

Detaljan opis rada domaćeg spremnika za plin:

Koliko god jednostavno bilo bioplinsko postrojenje odabrano za privatnu kuću, ne isplati se štedjeti na njemu. Ako postoji mogućnost, bolje je kupiti rastavljivi bioreaktor industrijske proizvodnje.

Ako nema – izraditi ga od kvalitetnih i otpornih materijala: polimera, betona ili nehrđajućeg čelika. To će omogućiti stvaranje uistinu pouzdanog i sigurnog sustava opskrbe plinom za kuću.

Imate li pitanja u vezi s temom članka, pronašli ste nedostatke ili imate vrijedne informacije koje možete podijeliti s našim čitateljima? Molimo, ostavite svoje komentare, postavljajte pitanja, dijelite iskustva.