Метановое брожение
Русский учёный В. Л. Омелянский в своих работах начала XX в. писал, что процесс образования СН4 на поверхности земли (болота, лиманы, сточные воды, реки, озёра и т. д.) биологический и осуществляют его микроорганизмы, находящиеся в анаэробных условиях. В дальнейшем было подтверждено (член корр. С. И. Кузнецов), что процессы деструкции органических веществ до СН4 широко распространены в осадочных отложениях и что промышленные месторождения природного газа – продукт биологических процессов. Возможность промышленной биоконверсии биомассы в СН4 в масштабах близка к современной добыче природного газа. В качестве сырья – органические отходы сельскохозяйственного производства, различных отраслей промышленности, городов и посёлков.
Состав биогаза: 50-80 % – СН4; 20-50 % – СО2; + небольшие Н2S; Н2; N2. Теплотворная способность от 5 до 8 тыс. ккал/м3 (17,8-28 МДж/м3 зависит от содержания метана). Сравним с лучшими видами известных топлив. По стоимости производимой тепловой энергии он в 1,5-3 раза дешевле электроэнергии, керосина, угля. На 1 т органического вещества образуется 250-500 м3 биогаза. Промышленное получение биогаза из органических отходов имеет ещё ряд существенных преимуществ: фактически происходит санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и комунально-бытовых), уничтожаются яйца, патогенная микрофлора и семена сорняков. Кроме того, анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства приводит к минерализации N2 и Р – основных слагаемых удобрений, что обеспечивает их сохранение, тогда как при традиционных способах приготовления удобрений методами компостирования безвозвратно теряется до 30-40 % N2 и Р.
Метановое брожение отличает высокий КПД превращения энергии органических веществ в биогаз, достигающий 80-90 %. Биогаз может с высокой эффективностью использоваться как топливо. С помощью газогенераторов (КПД-83 %) его можно трансформировать в электроэнергию (33 %) и тепловую (55 %) энергию. Пригоден он и для ДВС и дизельных двигателей. Биогазовые установки легко разместить в любом районе, они не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.
Китай уже имеет более 7 млн биогазовых установок с объемом реакторов 8-10 м3. Это обеспечивает теплом 30 млн крестьян. К 2000 г. КНР планирует построить 30 млн установок. Индия имеет ≈ 500 тыс. семейных установок. В странах ЕЭС ≈ 600 установок, из них 17 перерабатывает в биогаз городской твёрдый мусор. В США во множестве работают крупные биогазовые установки по переработке городского твёрдого мусора со средней мощностью до 100 млн м3 биогаза в год. Отходы животноводческих ферм перерабатывают реакторы объёмом от 100 до 300 м3 ≈ 90 реакторов (объемом – 1-5 тыс. м3) обрабатывают стоки. В настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, имеют Германия, Финляндия, Франция, Бельгия, Швеция, Италия. В каждой эксплуатируются до 100 установок.
В биогазовых установках для переработки отходов сельскохозяйственного производства применяют в основном обычную одноступенчатую схему, а для промышленных установок, перерабатывающих стоки, применяют современные технологии с подготовкой массы к сбраживанию и стабилизации вводимых в реактор микроорганизмов. Подавляющее число установок работают в мезафильном режиме (т. е. сбраживание осуществляется при t = 35 °С). Термофильные процессы редко (t = 50-60 °С) – Швеция. Перспективным считается сбраживание при температуре окружающей среды (психрофильный процесс).
