История развития технологий производства биогазов
Первое
научное обоснование образования воспламеняющихся газов в болотах и озерных
отложениях дал Александр Вольта в
После открытия химической формулы метана Дальтоном в 1804 году, европейскими учеными были сделаны первые шаги в исследованиях практического применения биогаза.
Свой вклад в изучение образования биогаза внесли и российские ученые. Влияние температуры на количество выделяемого газа изучил Попов в 1875 году. Он выяснил, что речные отложения начинают выделять биогаз при температуре около 6°С. С увеличением температуры до 50°С, количество выделяемого газа значительно увеличивалось, не меняясь по составу - 65% метана: 30% углекислого газа, 1 % сероводорода и незначительное количество азота, кислорода, водорода и закиси углерода. В.Л. Омельянский детально исследовал природу анаэробного брожения и участвующие в нем бактерии.
Вскоре после этого, в 1881 году, начались опыты европейских ученых по использованию биогаза для обогрева помещений и освещения улиц. Начиная с 1895 года, уличные фонари в одном из районов города Эксетер снабжались газом, который получался в результате брожения сточных вод и собирался в закрытые емкости. Двумя годами позже появилось сообщение о получении биогаза в Бомбее, где газ собирался в коллектор и использовался в качестве моторного топлива в различных двигателях.
В начале XX века были продолжены исследования в области повышения количества биогаза путем увеличения температуры брожения. Немецкие ученые Имхофф и Бланк в 1914-1921 гг. запатентовали ряд нововведений, которые заключались во введении постоянного подогрева емкостей. В период Первой мировой войны началось распространение биогазовых установок по Европе, связанное с дефицитом топлива. Хозяйства, где имелись такие установки, находились в более благоприятных условиях, хотя установки были еще несовершенные и в них использовались далеко не оптимальные режимы.
Одним из важнейших научных шагов в истории развития биогазовых технологий являются успешные эксперименты Бусвелла по комбинированию различных видов органических отходов с навозом в качестве сырья в 30-х годах XX столетия.
Первый
крупномасштабный завод по производству биогаза был построен в 1911 году в
английском городе Бирмингеме и использовался для обеззараживания осадка сточных
вод этого города. Вырабатываемый биогаз использовался для производства
электроэнергии. Таким образом, английские ученые являются пионерами
практического применения новой технологии. Уже к 1920 году они разработали
несколько типов установок для переработки сточных вод. Первая биогазовая
установка для переработки твердых отходов объемом
В годы Второй мировой войны, когда энергоносителей катастрофически не хватало, в Германии и франции был сделан акцент на получение биогаза из отходов сельскохозяйственного производства, главным образом из навоза животных. Во Франции к середине 40-х годов эксплуатировалось около 2 тыс. биогазовых установок для переработки навоза. Вполне естественно, этот опыт распространялся на соседние страны. В Венгрии существовали установки для производства биогаза. Это отмечают солдаты Советской Армии в основном, выходцы из сельских районов СССР, освобождавшие Венгрию от немецких войск и удивлявшиеся, что в крестьянских хозяйствах навоз скота не лежал в кучах, а загружался в закрытые емкости, откуда получали горючий газ.
Европейские установки довоенного периода не выдержали конкуренции в послевоенное время со стороны дешевых энергоносителей (жидкое топливо, природный газ, электроэнергия) и были демонтированы. Новым импульсом для их развития на новой основе стал энергетический кризис 70-х годов, когда началось стихийное внедрение биогазовых установок в странах юго-восточной Азии. Высокая плотность населения и интенсивное использование всех пригодных для возделывания сельскохозяйственных культур площадей земли, а также достаточно теплый климат, необходимый для использования биогазовых установок в самом простом варианте - без искусственного подогрева сырья, легли в основу различных национальных и международных программ по внедрению биогазовых технологий.
Сегодня биогазовые технологии стали стандартом очистки сточных вод и переработки сельскохозяйственных и твердых отходов и используются в большинстве стран мира.
Развитые страны
В большинстве развитых стран переработка органических отходов в биогазовых установках чаще используется для производства тепло энергии и электричества. Производимая таким образом энергия составляет около 3-4% всей потребляемой энергии в европейских странах. В Финляндии, Швеции и Австрии, которые поощряют использование энергии биомассы на государственном уровне, доля энергии биомассы достигает 15-20% от всей потребляемой энергии.
Использование
электроэнергии и тепла, производимого с помощью анаэробной переработки биомассы,
в Европе сосредоточено, в основном в Австрии, Финляндии, Германии, Дании и
Великобритании. В Германии на настоящий момент насчитывается около 2000 больших
установок анаэробного сбраживания. Количество биогазовых установок с объемами
реакторов более
Высокая
степень развития рынка биогазовых технологий может быть найдена в муниципальной
утилизации сточных вод, очистки индустриальных сточных вод и утилизации
сельскохозяйственных отходов. В Швеции энергия биомассы предоставляет 50%
необходимой тепловой энергии. В Англии, на родине первого промышленного
биогазового реактора, с помощью биогаза еще в
В
30-е годы опыт Европы был перенесен в США. Биогазовая установка по переработке
животноводческих отходов была построена в 1939 году и успешно работала в
течение более чем 30 лет. В
Увеличивающиеся выбросы парниковых газов, увеличение потребления воды и ее загрязнение, снижающееся плодородие земель, неэффективная утилизация отходов и растущие проблемы с обезлесиванием являются частями неустойчивой системы использования природных ресурсов по всему миру. Биогазовые технологии являются одним из важных компонентов в цепи мер по борьбе с вышеуказанными проблемами. Прогноз роста вклада биомассы как источника возобновляемой энергии в мире пред полагает достижение 23, 8% от общего потребления энергии к 2040 году, а к 2010-му страны ЕС планируют увеличить этот вклад до 12%.
Развивающиеся страны
Доля энергии, получаемой из биомассы в развивающихся странах, составляет около 30-40% от всей потребляемой энергии, а в некоторых странах (в основном в Африке) достигает 90%.
Среди развивающихся стран распространено производство энергии и тепла с помощью переработки отходов на небольших биогазовых установках. Около 16 миллионов хозяйств по всему миру используют энергию для освещения, обогрева и приготовления пищи, производимую в биогазовых установках. Это включает 12 миллионов хозяйств в Китае, 3, 7 миллиона хозяйств в Индии и 140 тысяч хозяйств в Непале.
Баллонная Установка в Кот-д`Ивуаре.
История современного широкомасштабного использования биогазовых установок в Китае насчитывает более 50 лет. Первые биогазовые установки были построены в 40-х годах XX века зажиточными семьями. С начала 70-х годов исследовательская работа и биогазовые технологии были серьезно поддержаны правительством Китая.
В
сельских районах Китая в настоящее время более 50 миллионов человек пользуются
биогазом в качестве топлива. Типичная биогазовая установка имеет объем реактора
около 6-
В Индии развитие простых биогазовых установок для сельских усадеб началось в 50-х годах XX века, хотя еще в 1859 году в Бомбее была построена первая биогазовая установка на базе колонии больных проказой для переработки твердых и жидких отходов.
Большое увеличение числа биогазовых установок, обеспеченное правительственной поддержкой, наблюдалось в 70-х годах. На сегодняшний день в Индии работает около 3, 7 миллиона биогазовых установок. Министерство нетрадиционных источников энергии Индии занималось внедрением биогазовых установок с 1980 года и предоставляло субсидии и финансирование для строительства и эксплуатации биогазовых установок, обучения фермеров, открытия и работы сервисных центров.
В
Непале Программа поддержки биогазовых технологий предоставляет техническую
экспертизу, финансирование и строительство биогазовых установок для хозяйств с
объемом реакторов 4-
Во время реализации программы возникли и развились 60 частных фирм-производителей установок, около 100 организаций микро-финансирования предоставляли средства на строительство установок, были приняты стандарты качества установок и создана постоянная организация по развитию рынка биогазовых технологий.
Газификация и производство тепловой энергии на биогазовых установках является растущей отраслью во многих развивающихся странах. На Филиппинах биогазовые установки производят газ для работы моторов, которые мелят рис и работают на ирригацию с 80-х годов. Использование биогаза маленькими коммерческими компаниями в Индии, Индонезии, Шри-Ланке (например, в текстильной индустрии или для просушки специй, кирпичей, резины) окупалось менее чем за сезон.
Использование биогазовых технологий для утилизации сточных вод широко используется в Азии (особенно в Индии) и Латинской Америке. Сельскохозяйственные биогазовые установки широко внедряются в развивающихся странах и распространяются для производства энергии, удобрений и решения экологических проблем, связанных с загрязнением вод навозными стоками.
СССР, СНГ и Кыргызстан
В СССР научные основы метанового брожения исследовались начиная с 40-х годов XX века. На протяжении существования СССР в теоретических исследованиях участвовали институты системы Академии наук, а прикладные исследования проводились в Академии коммунального хозяйства им. Памфилова и исследовательских и проектных институтах сельскохозяйственного направления, таких как: Всесоюзный институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Украинский научно-исследовательский и проектный институт агропромышленного комплекса (УкрНИИгипросельхоз) и других.
Применение
технологии метанового сбраживания к сельскохозяйственным отходам в СССР было
начато Г.Д. Ананиашвили в
В
середине 70-х годов, с наступлением мирового энергетического кризиса, руководство
СССР решило проводить в стране политику энергосбережения. Кроме того, в
сельском хозяйстве стали применяться интенсивные технологии, было создано много
крупных животноводческих комплексов, которые столкнулись с проблемой утилизации
навозных стоков. В этой связи интерес к биогазовым технологиям возрос, и в
Несмотря
на это, нельзя назвать период 70-х - начало 90-х годов безрезультатным. За это
время была создана научная основа технологий микробиологической анаэробной
переработки биомассы. Было построено несколько опытных установок, одна из
которых - в совхозе "Огре" Латвийской ССР (
Крупнейшим центром по разработке конструкций отечественных биогазовых установок (а также прочих машин для переработки отходов аграрного производства) был Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения (КТИСМ). Собранные учеными данные легли в основу создания нескольких лабораторных и опытных установок, однако до государственных приемочных испытаний была допущена только одна конструкция КТИСМ - КОБОС-1.
Установка КОБОС-1 была успешно испытана на базе опытной молочной фермы-лаборатории и одобрена для серийного выпуска на заводе в г. Шумихе Курганской области (Северный Урал). Она строилась по программе освоения технологии анаэробной переработки отходов как вариант серийных установок для животноводческих хозяйств средней величины - молочно-товарных ферм на 400 голов молочных коров или некрупных свиноводческих хозяйств на 4 000 свиней.
Завод
выпустил 10 комплектов оборудования, однако после распада СССР финансирование
прекратилось. Из десяти выпущенных установок три были распределены на Украине и
в Белоруссии, пять - отправлены в Среднюю Азию (две из которых в Кыргызстан), две
в Россию. Но внедрена была только одна из них на ферме крупного рогатого скота
в Каменецком районе Брестской области Белоруссии. Установка перерабатывает
Одна из попавших в Кыргызстан установок была переоборудована ОФ "Флюид" ассоциации "Фермер" и установлена на базе свинокомплекса ОсОО "БЕКПР" на 4 000 голов в селе Лебединовка Чуйской области в 2003 году, другая используется в качестве водосборника в частном хозяйстве Ошской области.
Установка в ОсОО "БЕКПР".
В настоящее время в странах СНГ возрос интерес к получению энергии и биоудобрений путем переработки сельскохозяйственных отходов. Этому способствую высокая стоимость энергоресурсов и удобрений, а также ухудшающееся состояние окружающей среды. Однако из-за низкой информированности фермеров о практических путях внедрения биогазовых технологий, а также высокой начальной стоимости биогазовых установок, общее число биогазовых установок, в странах СНГ не превышает нескольких сотен.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.newchemistry.ru/
Дата добавления: 04.04.2012