CC BY
147
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН Булатов Н.К.1, Мухамадеева Р.М.2, Акишев К.А.3, Куанышев А.Р.4
1Булатов Нуржан Кажмуратович - кандидат технических наук, профессор;
2Мухамадеева Раиля Минибулатовна - кандидат технических наук, доцент;
3Акишев Канат Амангельдидиевич - магистрант;
4Куанышев АлтынбекРаймбекович - студент, кафедра организации дорожного движения, Кокшетауский университет им. А. Мырзахметова, г. Кокшетау, Республика Казахстан
Аннотация: в статье рассматриваются возможности использования биогазовых установок в Республике Казахстан. Использование биомассы для получения энергии с использованием достижений современных технологий является экологически совершенно безопасным по сравнению с энергетическим использованием традиционных органических ресурсов. Ключевые слова: биогаз, навоз, анаэробная ферментация.
Под биомассой обычно подразумевается обновление органического вещества, создаваемого растениями посредством фотосинтеза. Основным источником биомассы являются деревья, сельскохозяйственные культуры и водные растения. После сбора и переработки биомассы коммерческие продукты производят отходы, которые вместе с твердыми бытовыми отходами могут поглощать большое количество органического материала, подходящего для получения дополнительной энергии.
Биомасса как источник энергии используется с древних времен. До сих пор древесное топливо остается основным источником энергии в большинстве районов мира. По мнению экспертов, в Дании более 18% голубого топлива, потребляемого жителями страны, является биогазом собственного производства. Германия сосредоточила свою экономику на предоставлении жителям и промышленности биометана. В Германии установлено более восьми тысяч крупных биогазовых установок, и их количество увеличивается с каждым годом. В течение нескольких лет немцы планируют снабжать страну собственным газом - до 10% в энергетическом балансе за счет производства биогаза. В Швейцарии муниципальный транспорт в значительной степени преобразуется в биометан, и уже сейчас более 15% общего автотранспорта страны работает на биотопливе.
Исследования показывают, что самым подходящим сырьем для производства биогаза является навоз домашних животных и домашней птицы. Отходы животных представляют интерес с точки зрения их использования для получения биогаза и энергий только в том случае, если животные сосредоточены в замкнутых пространствах. В результате было установлено, что применение технологии анаэробного метода переработки навоза для производства биогаза и органических удобрений будет очень эффективным для различных типов фермерских и крестьянских хозяйств, удаленных от централизованных систем энергоснабжения.
Биогаз можно использовать в качестве топлива для производства тепла и электроэнергии. Альтернативно, биогаз может быть модернизирован и введен в газовую смесь (биометан). Если рассматривать и анализировать зарубежный опыт, то Великобритания, Нидерланды и Германия заинтересованы в производстве биогазовых установок для промышленности.
До 2020 года биогаз и биометан будут все более распространяться в форме возобновляемых источников энергии [2]. Стоимость и доступность биомассы являются ключевыми факторами для внедрения аэробного метода получения биогаза. Для биогазовых установок составить конкуренцию может газовая промышленность, а
пищевая и электротехническая отрасли будут оказывать влияние на формирование цены кубометра газа.
Одним из крупнейших производителей продуктов питания в мире является Европа. Многие сельскохозяйственные культуры могут использоваться для извлечения энергии из биомассы [3]. Большая часть поставок биомассы - лесное хозяйство. В Финляндии, Литве и Венгрии древесные и лесные отходы являются основным источником возобновляемых источников энергии. В течение года европейские леса растут примерно на 0,3%, это очевидно не может быть надежным сырьем для энергетики. В качестве источника энергии промышленные отходы представляют собой остатки переработки пищевых культур [2].
К 2020 году, без ущерба для окружающей среды, биомасса может составлять около 235 миллионов тонн в год [6]. Энергетические культуры станут будущими поставками биоэнергии в Европе [7].
Результаты исследований возможности использования биомассы в качестве энергетического сырья, пока еще не позволяют делать прогнозы с достаточной определенностью, так как отношение биомасса/энергия не постоянно. Но наиболее эффективными технологиями использования биомассы в биоэнергетике считается не прямое сжигание - пиролиз, а газификация, в частности, анаэробная ферментация с образованием метана, а также производство спиртов и масел для получения моторного топлива.
Технологии использования биомассы постоянно совершенствуются, обеспечивая получение энергии в удобной для потребителя форме и с максимально возможной эффективностью. Самым распространенным в мире является микробиологический метод безотходного производства - получение биогаза анаэробным сбраживанием. Весьма ценным продуктом производства биогаза является получение высококачественных органических удобрений.
Биомасса считается одним из ключевых возобновляемых источников энергии в будущем. Сегодня он обеспечивает 14% потребления первичной энергии. Для трех четвертей населения, живущего в развивающихся странах, биомасса является самым важным источником энергии. Увеличение населения и потребление энергии на одного жителя, а также истощение запасов ископаемого топлива приведут к быстрому увеличению спроса на биомассу в развивающихся странах. В среднем в развивающихся странах биомасса обеспечивает 38% первичной энергии (а в некоторых странах - 90%), как видно из рис. 1. Весьма вероятно, что биомасса останется важным глобальным источником энергии в развивающихся странах в течение XXI века.
11,3
43,6
В Латинская Америка Ы СНГ
и Австралия, Новая Зеландия, Япония и Азия
и Европа, Израиль, Турция В Канада и США 1 Африка
Рис. 1. Использование биомассы в качестве источника энергии в мире [5]
Потребление биомассы быстро растет в развитых странах. В некоторых развитых странах биомасса используется очень интенсивно. Например, Швеция и Австрия обеспечивают 15% спроса на первичную энергию с помощью биомассы. Швеция планирует увеличить потребление биомассы в будущем, сопровождая этот рост путем закрытия ядерных и тепловых электростанций с использованием ископаемого топлива. В США, где 4% энергии извлекается из биомассы (почти так же, как и от атомных электростанций), в настоящее время работают установки по сжиганию биомассы для выработки электроэнергии общей установленной мощностью 9000 МВт. Кроме того, использование биомассы для производства этанола может снизить импорт нефти на 50%.
Из одного кубического метра жидких отходов можно в среднем, получить 20 куб. метров биогаза, а из 1 м3 навоза - 30 м3 биогаза со средней энергоемкостью 23 МДж/м3 [5].
Самым подходящим сырьем для производства биогаза является навоз домашних животных и домашней птицы. Также могут использоваться другие сельскохозяйственные отходы, такие как солома, используемые в качестве централизованного удаления из жилых зданий, органические отходы производства продуктов питания, отходы предприятий общественного питания и осадок от очистных сооружений, сравнение демонстрирует табл. 1.
Таблица 1. Сравнительные энергетические показатели традиционных энергоносителей
и биогаза
Продукт Единицы измерения Эквивалент 1 м3 неочищенного биогаза 23 МДж/м3 Эквивалент 1 м3 очищенного биогаза 35,2 МДж/м3
Электроэнергия кВтч 0,62 0,94
Природный газ м3 0,61 0,93
Уголь кг 0,82 1,25
Примечание - [5].
Отходы животных представляют интерес с точки зрения их использования для получения биогаза и энергии только в том случае, если животные сосредоточены в замкнутых пространствах. В этом случае существует возможность экономически обоснованного сбора навоза с минимальными или без грязевых примесей.
Таблица 2. Результаты расчета выхода биогаза из твердых отходов и осадка сточных вод
Республики Казахстан
№ Регион Кол-во городов Твердые отходы Сточные воды Биогаз Всего
Твердые отходы Сточные воды
1 Республика Казахстан 86 298663,0 1202409,0 7312043,0 21689515,0 29051568,0
2 Акмолинская 11 30463,6 122645,7 750285,9 2159188,5 2809474,4
3 Актюбинская 8 13738,5 55310,8 338654,1 973751,7 1312405,8
4 Алматы 11 44799,5 180361,3 1104306,7 3175277,2 4279583,9
5 Атырауская 2 9557,2 38477,1 235585,4 677392,5 912977,9
6 Восточно-Казахстанская 10 22399,7 90180,7 552153,4 1587638,6 2139792,4
7 Жамбылская 4 21802,4 87775,9 537429,3 1545301,5 2082730,8
8 Западно-Казахстанская 2 13141,2 52905,19 323929,3 93414,6 1255344,5
9 Карагандинская 11 29866,3 66132,5 736204,3 2168951,5 2905155,8
10 Костанайская 5 19413,1 78156,8 478532,9 1375953,4 185486,3
11 Кызылординская 3 8362,5 33667,5 206137,3 592718,4 798855,7
12 Мангистауская 3 2389,3 9619,3 58896,4 169348,1 228244,5
13 Павлодарская 3 13439,8 54108,4 331222,0 952583,2 690875,2
14 СевероКазахстанская 5 18815,7 75751,18 463808,8 1333616,4 1797425,2
15 ЮжноКазахстанская 8 47487,4 191183,0 1170565,1 1365793,8 4536360,9
Примечание - [5].
Как видно из таблицы 2, общий объем биогаза, получаемого из твердых бытовых отходов и осадка сточных вод Республики Казахстан, составляет 29 051 600 ГДж / год, при этом большая часть биогаза (74,6%) приходится на осадок сточных вод.
В 2017 году в Южно-Казахстанской области состоялся запуск первой в Центральной Азии биогазовой установки мощностью 0,5 МВт. Уникальный проект в Казахстане реализован в соответствии с «Концепцией перехода к зеленой экономике», принятой Указом Президента. Общая стоимость проекта составила 2 млрд 200 млн тенге. Согласно технологическому процессу установка перерабатывает отходы и выделяет 300 м3/в сутки метаносодержащего газа. Особенностью технологии является производство тепловой и электрической энергии путем очистки сточных вод из очистных сооружений города и извлечения из него биогаза. В результате эта технология значительно снижает загрязнение и способствует улучшению состояния окружающей среды. В целом же, можно сказать, что имеющиеся биогазовые установки не всегда могут быть использованы в малых фермерских хозяйствах, но работа по получению и использованию биогаза ведется активно и поддерживается государством.
Применение технологии анаэробного переваривания навоза для производства
биогаза и органических удобрений будет очень эффективным для различных
типов фермерских и крестьянских хозяйств, удаленных от централизованных
систем энергоснабжения.
Список литературы
1. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rea.org.ua/dieret/Biomass/biomass.html/ (дата обращения: 15.10.2018).
2. Блинова Л.А. Биогазовые установки как альтернативный источник энергии в АПК РФ [Текст] // Проблемы современной экономики: материалы ПМеждунар. науч. конф. (г. Челябинск, октябрь 2012 г.). Челябинск: Два комсомольца, 2012. С. 41-44. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://moluch.ru/conf/econ/archive/56/2719/ (дата обращения: 23.09.2018).
3. Линке Б. Лейбницский институт сельскохозяйственного машиностроения. IEA BioenergyTask 37. Страновой отчет. Германия, 2011.
4. Petersson A. Svenskt Gastekniskt Center AB. Страновой отчет Швеции, 2010.
5. Bulatov Nurzan, Mukhamadeyeva Railya / Resources of obtaining biogas in the republic of Kazakhstan. Ecology, Environment and Conservation 23 (4), 2017. Pp. 2090-2095.
6. Европейская ассоциация биогаза, 2011. Национальные планы действий в области возобновляемых источников энергии: оценка EBA вклада биогаза.
7. Европейская ассоциация биомассы (AEBIOM). Ежегодный статистический отчет о вкладе биомассы в энергетическую систему в ЕС 27. 2011: 34, 40.
8. Hall D.O. и Rosillo-Calle F. Биомасса - кроме дерева. Всемирный энергетический совет, 1998. Обзор энергетических ресурсов. 18-е издание. Лондон: 227-241.
9. Ladanai S. and Vinterbäck J. Глобальный потенциал устойчивой биомассы для энергетики. 2009. Swedish University of Agricultural Sciences: 1.
10. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика = BiogasinTheorieundPraxis. — М.: Колос, 1982. 148 с.
11. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. ГОСТ 5542-87.
12. Фюкс Ральф. Зеленая революция: Экономический рост без ущерба для экологии = IntelligentWachsen. DiegruneRevolution. М.: Альпина нон-фикшн, 2015. 330 с. ISBN 978-5-91671-459-3.
13. Эдер Б., Шульц X Биогазовые установки. Практическое пособие. Zorg Biogas, 2011. 181 с.
14. Романенко Г. «Передовые научные разработки - агропромышленному производству» // АПК - экономика и управление, 2007. № 3. С. 3-6. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bioges.ru/index.php?option=com_content&view= article&id=44&Itemid=60&lang=ruhttp ://biogas -energy.ru/technology/ (дата обращения: 15.10.2018).
