Биогаз

Биогаз — қатты және сұйық күйдегі органикалық қалдықтардың метандық ашуы кезінде түзілетін жанғыш газ. Биогаз ағаш өңдеу, тамақ өнеркәсіптерінің қалдықтары ашығанда, ақаба суларда түзіледі. Оның құрамында 55 — 65% метан және 35 — 45% көмір қышқыл газы болады. Биогазды тез жетіліп, мол биомасса беретін балдырларды және басқа да микроорганизмдерді арнайы өсіріп, ашыту арқылы да алуға болады. Ол отын есебінде қолданылады. Органикалық қалдықтардың ашып, ыдырау процесі кезінде түзілетін көмірқышқыл газы атмосфераға сіңіп, оның молаюына әсерін тигізеді.

Биогаздың құрамы, сапасы және тарихы

Адамзат биогазды қолдануды бұрыннан үйренген. Б.з.д I мыңжылдықта қазіргі Германия шекарасында қарапайым биогаздық құрылғылар болған. Эльба бассейнының шалшықтанған жерінде орналасқан Алемандарға, батпақтарда Айдаһарлар көзге түсті. Олар батпақтардың шұңқырларында жиналған ыстық газ - Айдаһардың демі деп ойлаған. Айдаһарды тынышталдыру үшін батпаққа жемтік және тамақ қалдықарын тастаған. Адамдар Айдаһар түнде келетініне және оның демі шұңқырларда қалатынына сенген. Алемандар теріден қалқа тігуді, олармен батпақтарды жауып, газды өз үйлеріне тері құбырлары арқылы өткізуді, оны тамақ дайындау үшін қолдануды ойлап шығарған.Олардың бұндай әрекетке баруы түсінікті, себебі құрғақ отын табу қиын болған, ал батпақ газы (биогаз) бұл мәселені жақсы шеше білген.

XVII ғасырда Ян Баптист Ван Гельмонт іритін биомасса тұтанатын газдар бөлетінін айқындаған. Александро Вольта 1776 жылы іритін биомассаның саны мен бөлінетін газдар саны арасында тәуелділік бар деген тұжырымға келді. 1808 жылы сэр Хемфри Дэви биогазда метан бар екендігін анықтады.

Алғашқы құжатталған биогаздық қондырғы 1859 жылы Үндістанда Бомбейде құрылған. 1895жылы Ұлыбританияда биогаз көшеге жарық түсіру үшін қолданылған. 1930 жылы микробиологияның дамуына байланысты биогазды шығару процесіне қатысатын бактериялар айқындалды. Биогаз құрамы 50 – 87 % метан, 13 - 50 % , Н2-ның, H2 S-тың аз - маз қоспаларынан тұрады. Биогазды СО2 - ден тазалағаннан кейін, одан биометан пайда болады.

Биометан – табиғи газдың толық ұқсастығы болып табылады, айырмашылығы тек пайда болуында. Биогаздан тек қана метан энергия жеткізіп тұратындықтындығын біле отырып, газдың сапасын, газдың шығуын және газдың мөлшерін суреттеу үшін, оның қалыпты көрсеткіштерімен бәрін метанға жатқызады. Газдың көлемі температураға және қысымға тәуелді. Жоғары температура газдың кеңейтілуіне және көлеммен бірге калориялық деңгейдің кішіреюіне әкеліп соғады және керісінше.Сонымен қатар, ылғалдың өсуіне байланысты газдың калориясы да төмендейді. Газдың шығуын өзара салыстыру үшін оларды қалыпты жағдайға қатыстыру (температура oC, атмосфералық қысым 1, 01325 bar, газдың ылғалдығы 0% ) қажет. Негізі, газ өндіру мәліметтерін литрларда (л) немесе м3 метанды кг органикалық құрғақ затта көрсетеді, бұл мәліметтер м3 биогазда м3 таза субстратта берілген мәліметтерге қарағанда нақтырырақ әрі жетік болып келеді.

Биогаз алу үшін шикізат және өндіріс

Биогаз өндірісіне лайық, органикалық ығындылардың тізімі: қи, құс тезегі, сыралы бытыраның бір түйірі, фекальдық тұнба, балық цехтарының ығындылары(қан, май, шекқарын), шөп, тұрмыс қоқыстары, сүт зауыттарының ығындылары – тұзды және тәтті сүт сарысуы, биодизель өндірісінің ығындылары – биодизель өндірісіндегі техникалық глицерин, шырын өндірісіндегі ығындылар – жеміс-жидек, көкөніс, жүзім сығындылары, балдырлар, крахмал өндірісінің ығындылары, қартопты қайта өңдеу,чипсылар өндірісінің ығындылары – қабықтар, шіріген клубни, кофе қойыртпағы.

Ығыртпалардан басқа биогазды арнайы өсірілген энергетикалық дақылдардан алуға болады, мысалға, сүрлемдеген жүгеріден немесе сильфия, сонымен қатар балдырлардан. Газдың шығуы 1 тоннадан 300 м3 дейін жете алады.

Газдың шығуы құрғақ заттың құрамына және қолданылған шикізаттың түріне тәуелді. Биогазды 1 тонна ірі мүйіз малдың қиынан құрамында 60 % метаны бар 50-65 м3 биогазды алуға болады. Құрамында 70% метан бар 150-500 м3 биогазды әр түрлі өсімдіктер түрлерінен алуға болады. Ең жоғарғы биогаз мөлшерін – бұл құрамында 87 %-ға дейін метаны бар 1300 м3 - майдан алуға болады.

Газдың шығуын теориялық және техникалық жүзеге асыру деп бөледі. 1950-70 жылдар аралығында техникалық мүмкін газдың шығуы теориялықтан 20-30% ғана құрған. Бүгінде шикізаттың жасанды деградациясы үшін энзимдердің, бустерлердің қолданылуы және басқа да қолданыстар ең қарапайым қондырғыларда 60% - дан 95%-ға дейін биогаздың шығуын артыра алады.

Биогазды есептеу кезінде құрғақ зат ұғымы қолданылады (ҚЗ немесе ағылшынша TS) немесе құрғақ қалдық (ҚҚ). Биомассада ұсталынатын су газ бермейді. Практика жүзінде 1 кг құрғақ заттан 300-ден 500-ге дейін литр биогаз алады. Нақты шикізаттан биогаз шығымын анықтау үшін, лабораториялық тәжірибелер жүргізу немесе анықтама мәліметтерін қарау және майдың, ақуыздың, көмірсудың құрамын анықтау қажет. Соңғыларды анықтау кезінде тез еритінділердің (фруктоза, қант, сахароза, крахмал) құрамын және қиын еритіндер (мысалы, целлюлоза,гемицеллюлоза, лигнин) білу маңызды. Заттардың құрамын анықтай отырып, әрбір затқа газдың шығымын анықтауға болады, сосын қосуға болады. Бұрын, биогаз жайлы ғылым болмаған кезде және биогаз қи ретінде ассоцияланған кезде, «жануар бірлігі» деген ұғымды қолданған. Бүгін, биогазды ерікті органикалық шикізаттан алуды үйренген кезде, бұл ұғым кетіп, қолданыстан қалды.

Ашу процесіне әсер ететін факторлар

-Ортаның температурасы

-Ортаның ылғалдығы

-pH деңгейі

Температура

Метан бактериялары өзінің өмір қызметін 0-70C температура мөлшерінде көрсетеді. 90C температураға дейін өмір сүре алатын кейбір штамдардан басқа, температура 70оC-тан жоғары болса, олар өліп қалады. Төмен температурада олар тірі қалады, алайда өзінің өмір қызметін тоқтатады.

Қолданысы

Отын ретінде биогаз электрқуат, жылу немесе бу өндірісінде, немесе көлік жанармайы ретінде қолданылады. Биогаз қондырғыларын тазалағыш құралы ретінде фермаларда, құс фабрикаларында, спирт зауыттарында, қант зауттарында, ет комбинаттарында орналастырылуға болады. Биогаз өндірісі мен қолданысына қатысты көрсеткіштер бойнша өндіріс жағынан дамыған мемлекеттердің арасында жүргізуші орынды Дания алып отыр. Бұнда оның ортақ энергия балансында биогаз 18%-ға дейін алып жатыр. Германия орташа және үлкен қондырғылардың саны бойынша, 8000 мың дана, жүргізуші орын алуда. Батыс Еуропада барлық құс фабрикаларының жартысынан кем емесі биогазбен жылытылуда.