Микроорганизмы в решении энергетической
проблемы. Биогаз. (часть 1)
Существенный вклад в решение энергетической
проблемы могут внести низшие растения (бактерии, грибы, водоросли).
Значительные успехи биотехнологии
в США, ФРГ, Англии, Франции позволили
в лабораторных условиях получать из биомассы метанол, этанол, этилен,
пропилен, бутадиен, метан, ароматические соединения и другие виды
альтернативного по отношению к нефти топлива.
Расчеты показали, что только отходы мирового сельскохозяйственного
производства могут дать в год 1 ... 1,3 млрд т условного топлива в виде
биогаза. Брожение 1 т органического вещества (сухая масса) дает от 350
до 500 м3 биогаза - это смесь горючего газа
метана (60-70%), негорючего
углекислого газа (30 ... 35%) и примесей - сероводорода, водорода,
кислорода, азота (мало отличается от природного газа). Он образуется в
результате жизнедеятельности мeтанoгeнных бактерий. Теплотворная
способность биогаза - 5000 ккал/м3. Его можно
использовать для
отопления домов, сушки зерна, в качестве горючего для автомобилей и
тракторов. Массу, оставшуюся после брожения, можно брикетировать и
получать твердое топливо, но целесообразнее использовать ее как удобрение.
Поскольку сбраживание навоза и других органических отходов идет при
температуре 50 ... 55°С не менее 9 часов, значительная доля
болезнетворных микроорганизмов и яиц гельминтов гибнет, осадок
получается обеззараженным содержит все необходимые растениям макро- и
микроэлементы.
В последнее время во многих странах мира производится метановое
сбраживание отходов животноводства для получения биогаза. Разработан
ряд типовых установок. Используются реакторы (метатенки) объемом от
нескольких кубометров до нескольких тысяч кубометров. В Китае,
например, на разных отбросах работают свыше миллиона фабрик биогаза.
Следует отметить, что в большинстве своем биогазовые установки еще
сложны по конструкции и для надежной эксплуатации требуют хорошо
подготовленных специалистов. К тому же они экономически выгодны на
сравнительно крупных животноводческих фермах и комплексах, где
накапливаются большие массы органики. Разработаны и довольно простые
способы получения биогаза из отходов животноводства на небольших
фермах. Например, французский инженер Ж. Пэн предложил такой способ:
измельченной массой органики на 3/4 заполняют металлический резервуар
емкостью 4 м3, добавляют в него воду и оставляют
открытым в течение
двух месяцев. Затем резервуар герметически закрывают, в нем начинается
анаэробное брожение, в ходе которого выделяется биогаз. За три месяца
из 3 м3 биомассы получают около 500 м3
очищенного газа, используемого
для обогрева животноводческих, жилых помещений. После брожения остаток
пригоден для удобрения полей. Во Франции и других странах действуют
десятки простых биогазовых установок, созданных по проекту французского
инженера.
В Финляндии выпускается биогазовый реактор непрерывного действия
"Горизонталь-80", предназначенный для переработки навоза в биогаз. Его
можно применять на фермах крупного рогатого скота (до 90 голов),
свинофермах (до 1 тыс. свиней) и птицефермах (до 10 тыс. кур).
Минимальное время переработки навоза 10 суток. За это время происходит
обеззараживание его и накопление биогаза. За год, например, из 2200 м3
свиного навоза с помощью реактора получают количество биогаза,
эквивалентное 357 тыс. кВт ч. Конструкция установки позволяет
эксплуатировать ее даже в условиях 30-градусного мороза.
В Австрии близ города Хальбенрайн имеется специально оборудованная
свалка, на которой получают биогаз с помощью бактерий из бытовых
отходов. Свалка размещена на площадке со слоем глины толщиной 6 м;
такое основание - надежная гарантия того, что никакие жидкие отходы не
проникнут в подпочвенный слой и не отравят подземные воды. Для
страховки создана специальная дренажная система, из труб которой вода
поступает в очистные сооружения.
Отходы на свалке сильно уплотняются тяжелыми катками, в них
встраиваются специальные газовые колодцы, из которых извлекают
образующийся биогаз и закачивают в цистерны. Постоянно поддерживаемое в
колодцах слегка пониженное давление не дает газу улетучиваться в
атмосферу. С 1983 по 1985 гг. со свалки в Хальбенрайне получено 3,8 млн
м3 биогаза, что соответствует 1,9 млн л нефти.
Газ используют как
дешевое горючее для отопления зданий. Его сжигают в топках с помощью
специальных горелок. В котлах нагревается вода, которая и отапливает
дома. Эта система вызывает интерес и в других странах. Так, в Дании
близ г. Вибора построена первая в стране установка, которая также
вырабатывает газ из бытовых отходов. По данным датских ученых, 1 м3
отходов производит от 2 до 7 м3 газа, он будет
поступать в городскую
теплосеть. В будущем датские специалисты намереваются около крупных
свалок размещать теплоэлектростанции, которые будут снабжать
близлежащие предприятия электроэнергией.
В Институте микробиологии АН Армянской ССР получены термофильные
бактерии, обладающие очень высокой активностью роста. Интенсивность
микробиологического процесса при их участии повышается в 3
... 4 раза.
Развитие энергетики в нашей стране предполагает создание
материально-технической базы для широкого использования нетрадиционных
источников энергии; в том числе энергии биомассы.
Перспективный источник топлива и удобрений - городские стоки. Объем их
огромен. Применяемые в настоящее время методы обеззараживания и
обработки дОроги (в 1980 г., например, на эти цели затрачено около 180
млн рублей). Методы анаэробной ферментации значительно снизят затраты
на очистку стоков и вместе с тем создадут возможность получать до 2
млрд м3 метана в год и удобрения.
В нашей стране намечено строительство нескольких опытных и
опытно-промышленных биоэнергетических установок. Ведутся исследования в
этом направлении.
