Impianto di biogas per una casa privata: consigli per organizzare un progetto fatto in casa

Un proprietario parsimonioso sogna risorse energetiche a basso costo, uno smaltimento efficiente dei rifiuti e l'ottenimento di fertilizzanti.Un impianto di biogas domestico fai-da-te è un modo economico per realizzare i tuoi sogni.

L'autoassemblaggio di tali apparecchiature avrà un costo ragionevole e il gas prodotto sarà di grande aiuto in casa: può essere utilizzato per cucinare, riscaldare la casa e altre necessità.

Proviamo a capire le specifiche di questa attrezzatura, i suoi vantaggi e svantaggi. E anche se è possibile costruire da soli un impianto di biogas e se sarà efficace.

Specifiche della produzione di biogas

Il biogas si forma a seguito della fermentazione di un substrato biologico. Viene decomposto da batteri idrolitici, acidi e metanogeni. La miscela di gas prodotta dai batteri è infiammabile, perché contiene una grande percentuale di metano.

Le sue proprietà non sono praticamente diverse dal gas naturale, che viene utilizzato per esigenze industriali e domestiche.

Se lo desidera, ogni proprietario di casa può acquistare un impianto di biogas di fabbricazione industriale, ma è costoso e l'investimento viene ripagato entro 7-10 anni. Pertanto, ha senso fare uno sforzo e realizzare un bioreattore con le proprie mani

Il biogas è un combustibile rispettoso dell’ambiente e la tecnologia per la sua produzione non ha un grande impatto sull’ambiente. Inoltre, i prodotti di scarto che devono essere smaltiti vengono utilizzati come materie prime per il biogas.

Vengono posti in un bioreattore, dove avviene la lavorazione:

• la biomassa è esposta ai batteri per qualche tempo. Il periodo di fermentazione dipende dal volume delle materie prime;
• Come risultato dell'attività dei batteri anaerobici, viene rilasciata una miscela di gas infiammabile, che comprende metano (60%), anidride carbonica (35%) e alcuni altri gas (5%). La fermentazione rilascia anche idrogeno solforato potenzialmente pericoloso in piccole quantità. È velenoso, quindi è altamente indesiderabile che le persone ne siano esposte;
• la miscela di gas proveniente dal bioreattore viene purificata e immessa in un serbatoio di gas, dove viene conservata fino al momento dell'utilizzo per lo scopo previsto;
• il gas contenuto in un serbatoio può essere utilizzato allo stesso modo del gas naturale. Va agli elettrodomestici: stufe a gas, caldaie per riscaldamento, ecc.;
• La biomassa decomposta deve essere regolarmente rimossa dal fermentatore. Si tratta di lavoro aggiuntivo, ma lo sforzo viene ripagato. Dopo la fermentazione, la materia prima si trasforma in fertilizzante di alta qualità, che viene utilizzato nei campi e negli orti.

Un impianto di biogas è vantaggioso per il proprietario di una casa privata solo se ha accesso costante ai rifiuti degli allevamenti. In media, da 1 metro cubo. Si possono ottenere 70-80 metri cubi di substrato. biogas, ma la produzione di gas non è uniforme e dipende da molti fattori, tra cui temperature della biomassa. Ciò complica i calcoli.

Gli impianti di biogas sono ideali per le aziende agricole. I rifiuti animali possono fornire gas sufficiente per riscaldare completamente locali residenziali e annessi

Affinché il processo di produzione del gas sia stabile e continuo, è meglio costruire diversi impianti di biogas e aggiungere il substrato ai fermentatori con una differenza di tempo.Tali installazioni funzionano in parallelo e le materie prime vengono caricate in esse in sequenza.

Ciò garantisce una produzione costante di gas, in modo che possa essere continuamente fornito agli elettrodomestici.

Idealmente, il bioreattore dovrebbe essere riscaldato. Ogni 10 gradi di calore aumenta della metà la produzione di gas. Sebbene l’installazione del riscaldamento richieda investimenti, questo ripaga in una maggiore efficienza progettuale

Fatti in casa apparecchiature per biogas, assemblato da materiali di scarto, è molto più economico degli impianti di produzione industriale. La sua efficienza è inferiore, ma vale la pena investire. Se hai accesso al letame e hai voglia di impegnarti per assemblare e mantenere la struttura, questo è molto redditizio.

Vantaggi e svantaggi del sistema

Gli impianti di biogas hanno molti vantaggi, ma ci sono anche molti svantaggi, quindi prima di iniziare la progettazione e la costruzione dovresti valutare tutto:

• Raccolta differenziata. Grazie ad un impianto di biogas è possibile ottenere il massimo beneficio dai rifiuti che altrimenti dovrebbero essere smaltiti. Questo smaltimento è meno pericoloso per l’ambiente rispetto allo smaltimento in discarica.
• Rinnovabilità delle materie prime. La biomassa non è carbone o gas naturale, la cui estrazione impoverisce le risorse. Durante l'agricoltura, le materie prime compaiono costantemente.
• Quantità di CO2 relativamente piccola. Quando si produce gas l’ambiente non viene inquinato, ma quando viene utilizzato viene rilasciata nell’atmosfera una piccola quantità di anidride carbonica. Non è pericoloso e non è in grado di modificare in modo critico l'ambiente, perché... viene assorbito dalle piante durante la crescita.
• Rilascio moderato di zolfo. Quando il biogas viene bruciato, una piccola quantità di zolfo viene rilasciata nell’atmosfera.Questo è un fenomeno negativo, ma la sua portata può essere vista in confronto: quando si brucia gas naturale, l'inquinamento ambientale dovuto agli ossidi di zolfo è molto maggiore.
• Lavoro stabile. La produzione di biogas è più stabile del lavoro pannelli solari o turbine eoliche. Mentre l’energia solare ed eolica non possono essere controllate, gli impianti di biogas dipendono dall’attività umana.
• È possibile utilizzare più impostazioni. Il gas comporta sempre dei rischi. Per ridurre i potenziali danni in caso di incidente, diversi impianti di biogas possono essere dispersi in tutto il sito. Se un sistema composto da diversi fermentatori è progettato e assemblato correttamente, funzionerà in modo più stabile di un singolo grande bioreattore.
• Vantaggi per l'agricoltura. Alcuni tipi di piante vengono piantate per ottenere biomassa. Puoi scegliere quelli che migliorano le condizioni del terreno. Ad esempio, il sorgo riduce l’erosione del suolo e ne migliora la qualità.

Il biogas presenta anche degli svantaggi. Sebbene sia un combustibile relativamente pulito, inquina comunque l’atmosfera. Potrebbero esserci anche problemi con l'approvvigionamento di biomassa vegetale.

I proprietari di piante irresponsabili spesso le raccolgono in modo tale da impoverire la terra e sconvolgere l'equilibrio ecologico.

Calcolo della redditività dell'installazione

Lo sterco di mucca viene solitamente utilizzato come materia prima per la produzione di biogas. Una mucca adulta può produrre abbastanza da fornire 1,5 metri cubi. carburante; maiale – 0,2 metri cubi; pollo o coniglio (a seconda del peso corporeo) – 0,01-0,02 metri cubi. Per capire se è molto o poco, puoi confrontarlo con tipi di risorse più familiari.

1 metro cubo il biogas fornisce la stessa quantità di energia termica di:

• legna da ardere – 3,5 kg;
• carbone – 1-2 kg;
• elettricità – 9-10 kW/ora.

Se si conosce il peso approssimativo dei rifiuti agricoli che saranno disponibili nei prossimi anni e la quantità di energia necessaria, è possibile calcolare la redditività di un impianto di biogas.

Uno dei principali svantaggi della produzione di biogas è l'odore. La possibilità di utilizzare piccoli cumuli di compost è un grande vantaggio, ma dovrai sopportare l'inconveniente e controllare attentamente il processo per non provocare la diffusione di agenti patogeni

Per inserirlo nel bioreattore, viene preparato un substrato che comprende diversi componenti nelle seguenti proporzioni:

• letame (meglio mucca o maiale) – 1,5 t;
• rifiuto organico (può trattarsi di foglie marce o altri componenti di origine vegetale) – 3,5 t;
• acqua riscaldata a 35 gradi (la quantità di acqua calda è calcolata in modo tale che la sua massa sia pari al 65-75% della quantità totale di materia organica).

Il calcolo del supporto è stato effettuato per una posa di sei mesi, sulla base di un consumo moderato di gas. Dopo circa 10-15 giorni, il processo di fermentazione darà i primi risultati: il gas apparirà in piccole quantità e inizierà a riempire il deposito. Dopo 30 giorni, puoi aspettarti la piena produzione di carburante.

Le apparecchiature per la produzione di biogas non sono ancora particolarmente diffuse nel nostro Paese. Ciò è in gran parte dovuto alla scarsa consapevolezza delle persone sui vantaggi e sulle caratteristiche degli impianti di biogas. In Cina e India, molte piccole aziende agricole sono dotate di impianti improvvisati per produrre ulteriore carburante pulito

Se l'impianto funziona correttamente, il volume del biogas aumenterà gradualmente fino a far marcire il substrato. Le prestazioni della struttura dipendono direttamente dalla velocità di fermentazione della biomassa, che a sua volta è correlata alla temperatura e all'umidità del substrato.

Istruzioni per l'autocostruzione

Se non hai esperienza nell'assemblaggio di sistemi complessi, ha senso selezionare online o sviluppare il disegno più semplice di un impianto di biogas per una casa privata.

Più il design è semplice, più è affidabile e durevole. Successivamente, quando si acquisiscono competenze nella costruzione e nella gestione del sistema, è possibile rifare l'apparecchiatura o installare un'installazione aggiuntiva.

I progetti industriali costosi includono sistemi per la miscelazione della biomassa, il riscaldamento automatico, la purificazione del gas, ecc. L'attrezzatura domestica non è così complicata. È meglio assemblare un'installazione semplice e quindi aggiungere gli elementi necessari

Quando calcoli il volume del fermentatore, dovresti concentrarti su 5 metri cubi. Questa installazione consente di ottenere la quantità di gas necessaria per riscaldare un'abitazione privata con una superficie di 50 mq, se come fonte di calore si utilizza una caldaia a gas o una stufa.

Questa è una cifra media, perché Il contenuto calorico del biogas solitamente non supera le 6000 kcal/m3.

Affinché il processo di fermentazione proceda in modo più o meno stabile è necessario che siano raggiunte le corrette condizioni di temperatura. Per fare ciò, il bioreattore viene installato in una fossa di terra o viene pensato in anticipo un isolamento termico affidabile. Il riscaldamento costante del substrato può essere garantito posizionando un tubo per il riscaldamento dell'acqua sotto la base del fermentatore

La costruzione di un impianto di biogas può essere suddivisa in più fasi.

Fase 1: preparazione della fossa per il bioreattore

Quasi tutto l'impianto di biogas è sotterraneo, quindi molto dipende da come è stata scavata e rifinita la fossa. Esistono diverse opzioni per rafforzare le pareti e sigillare la fossa: anelli di plastica, cemento, polimeri.

La soluzione ottimale è acquistare anelli polimerici già pronti con fondo solido. Costeranno più dei materiali disponibili, ma non sarà necessaria alcuna sigillatura aggiuntiva. I polimeri sono sensibili ai carichi meccanici, ma non temono l'umidità e le sostanze chimicamente aggressive. Non possono essere riparati, ma se necessario possono essere facilmente sostituiti.

L'intensità della fermentazione del substrato e il rilascio del gas dipendono dalla preparazione delle pareti e del fondo del bioreattore, quindi la fossa viene accuratamente rinforzata, isolata e sigillata. Questa è la fase del lavoro più difficile e dispendiosa in termini di tempo

Fase 2: disposizione del drenaggio del gas

Acquistare e installare miscelatori speciali per impianti di biogas è un'operazione costosa. Il sistema può essere reso più economico installando il drenaggio del gas. È costituito da polimero installato verticalmente tubi fognari, in cui sono fatti molti buchi.

Quando si calcola la lunghezza dei tubi di drenaggio, è necessario concentrarsi sulla profondità di riempimento prevista del bioreattore. Le parti superiori dei tubi devono essere al di sopra di questo livello.

Per il drenaggio del gas, puoi scegliere tubi in metallo o polimerici. I primi sono più forti e i secondi sono più resistenti agli influssi chimici. È meglio dare la preferenza ai polimeri, perché il metallo arrugginirà e marcirà rapidamente

È possibile caricare immediatamente il substrato nel bioreattore finito. È ricoperto da una pellicola in modo che il gas rilasciato durante il processo di fermentazione sia sotto una leggera pressione. Quando la cupola sarà pronta, questa garantirà un normale apporto di biometano attraverso il tubo di uscita.

Fase 3: installazione della cupola e dei tubi

La fase finale dell'assemblaggio dell'impianto di biogas più semplice è l'installazione della parte superiore della cupola. Nel punto più alto della cupola, installare un tubo di scarico del gas e allungarlo Bombola del gas, di cui non puoi fare a meno.

Il contenitore del bioreattore è chiuso con un coperchio ermetico. Per evitare che il biometano si mescoli con l'aria, è installata una tenuta idraulica. Serve anche per la purificazione del gas. È necessario prevedere una valvola di rilascio che entri in funzione se la pressione nel fermentatore è troppo alta.

Maggiori informazioni su come produrre biogas dal letame in questo materiale.

Lo spazio libero del bioreattore funge in una certa misura da deposito di gas, ma ciò non è sufficiente per il funzionamento sicuro dell'impianto. Il gas deve essere consumato costantemente, altrimenti è possibile un'esplosione dovuta alla sovrappressione sotto la cupola

Metodi per riscaldare un bioreattore

I microrganismi che elaborano il substrato sono costantemente presenti nella biomassa, ma per la loro riproduzione intensiva necessitano di una temperatura di 38 gradi o superiore.

Per il riscaldamento nei periodi freddi è possibile utilizzare una serpentina collegata all'impianto di riscaldamento domestico oppure resistenze elettriche. Il primo metodo è più economico, quindi viene utilizzato più spesso.

Non è necessario che l'impianto di biogas sia interrato, ci sono altre possibilità di sistemazione. Un esempio del funzionamento di un sistema assemblato da botti è mostrato nel video qui sotto.

Il modo più semplice per organizzare il riscaldamento dal basso è posare un tubo dall'impianto di riscaldamento, ma l'efficienza di tale scambiatore di calore è relativamente bassa. È preferibile predisporre un riscaldamento esterno, preferibilmente a vapore, in modo che la biomassa non si surriscaldi

Conclusioni e video utile sull'argomento

Anche se non c’è nulla di complicato nell’assemblare e sistemare l’attrezzatura per il biogas, è necessario essere estremamente attenti ai dettagli. Gli errori sono inaccettabili, perché potrebbero provocare esplosioni e distruzioni. Proponiamo video istruzioni che vi aiuteranno a comprendere la progettazione degli impianti, a montarli correttamente e ad integrarli con dispositivi utili per un utilizzo più conveniente del biogas.

Il video descrive come funziona e funziona un impianto biogas standard:

Un esempio di impianto biogas fatto in casa. Video tutorial su come configurare un sistema con le tue mani:

Istruzioni video per l'assemblaggio di un impianto di biogas da un barile:

Descrizione del processo di produzione dei miscelatori di substrati:

Descrizione dettagliata del funzionamento di uno stoccaggio di gas fatto in casa:

Non importa quanto semplice possa essere l'impianto di biogas scelto per una casa privata, non bisogna lesinare. Se possibile, è meglio acquistare un bioreattore industriale pieghevole.

In caso contrario, realizzalo con materiali sostenibili e di alta qualità: polimeri, cemento o acciaio inossidabile. Ciò ti consentirà di creare un sistema di fornitura di gas a casa veramente affidabile e sicuro.

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