Фермеры, строящие биогазовые установки, как правило, преследуют этим самым единую цель: производство энергии. Кроме того преимущества можно получить и от других позитивных факторов. Для каждого предприятия перечисленные преимущества могут иметь свое значение, поэтому можно спорить о приоритетности при составлении таких таблиц. Уменьшение неприятного запаха при достаточном разложении субстрата является существенным аргументом для фермеров, чьи площади расположены в густозаселенных регионах. Иногда строительство биогазовой установки вообще становится началом увеличения размеров фермы (увеличение количества поголовья скота). Иногда неприятные запахи сами по себе являются причиной демонстраций против строительства биогазовых установок.
С экологической точки зрения, большой интерес для эко-предприятий предоставляет возможность путем брожения переработать азот на подходящее для хранения вещество. Аргументом в пользу строительства биогазовой установки может быть также создание рабочего места для будущего владельца хозяйства. Для фермы напр. Может быть важной возможность выведения своих сточных вод в биогазовую установку вместо подключения дорогой канализации. В разделе 10 подробнее изложено влияние на окружающую среду вследствие производства биогаза. Принципиально при строительстве биогазовой установки стоит учесть такие аспекты:
. С помощью биогазовой установки нельзя оздоровить предприятие, переживающее кризис. Биогазовые установки, однако, могут помочь поддержать эффективным предприятиям оставаться такими же эффективными.
. Инвестиция в биогазовую установку связана с долгосрочным капиталовложением. Поэтому строительство установки должно быть хорошо рассчитано с учетом перспективы!
. В связи с возрастанием количества биогазовых установок, в некоторых регионах возникает нехватка посадочных площадей для выращивания субстрата, что в свою очередь увеличивает цену аренды земли. Для владельцев установок, непосредственно зависящим от аренды либо покупки сырья это значит большой риск. Поэтому важно провести расчеты по долгосрочному доступу к сырьевой базе.
. Рентабельность установок, несмотря на высокое вознаграждение за выработанную энергию все равно легко потерять. Поскольку покупка электроэнергии является гарантированной, кроме затрат на сырье и цены за аренду, решающее значение может иметь и использование тепла. Поэтому стоит разрабатывать концепции с высокой эффективностью использования тепловой энергии.
. Метановые бактерии требуют к себе такого самого внимания как животные в хлевах. Это значит, что успешная эксплуатация биогазовой установки требует специальных знаний. Именно поэтому стоит уделять внимание образованию и повышению квалификации обслуживающего персонала, созданию у него соответствующей заинтересованности.
. Эксплуатация невозможна без надзора и проведения профилактических работ. Кто не готов, в зависимости от типа и размера установки ежедневно минимум 1 час тратить на установку, тому лучше не браться за это дело.
. При вывозе навоза после установки на поля существует опасность потери аммиака. Поэтому стоит использовать специальную технику с подачей на грунт через шланги.
С учетом этих обстоятельств биогазовая установка может быть интересной и целесообразной при следующих условиях:
· Законодательно урегулированная в рамках ЕС оплата электрического тока с биогаза и цены на электроэнергию, которая на сегодняшний день понижается: то есть это выгодно тогда, когда собственная цена за электричество является выше чем цена для продажи; в дальнейшем невыгодным становится преодоление или сглаживание «пиковых периодов» потребления, которые, однако, можно перекрывать с помощью биогазовых установок.
· Необходимо иметь навоз минимум от 100 голов КРС.
· Большая часть самостоятельно выполненных работ при строительстве помогает снизить потери и может существенно улучшить рентабельность и предоставит необходимые для будущего знания, которые пригодятся для устранения неполадок.
· Для установок, работающих лишь на возобновляемых ресурсах полезно иметь большие собственные площади для выращивания энергетических растений с целью избегания рисков, связанных с ценой аренды земли. Установка, работающая преимущественно на приобретаемом сырье либо на арендованной земле, может минимизировать эти риски путем заключения долгосрочных договоров про поставку и аренду.
· Если есть возможность дешево и на протяжении длительного времени получать соответствующие продовольственные отходы (сравн. Раздел 9), то это может значительно повлиять на рентабельность установки и сэкономить на покупке удобрений. Рентабельность установки не должна пребывать в зависимости от поступления субстратов или, по крайней мере, должна быть гарантирована долгосрочными контрактами.
· Коммуны и фирмы, имеющие проблемы с утилизацией жидких органических отходов, могут их решить с помощью биогазовой техники.
· Если есть потребность в установке резервуаров для навоза, то их с успехом можно использовать для производства биогаза.
· Фермеры, имеющие проблемы с эмиссией неприятных запахов при хранении и вывозе гноя на поля, могут иметь большую выгоду от биогазовой установки.
· Площади сельскохозяйственного применения на территориях проведения водозабора могут легче защититься от попадания нитратов в грунтовые воды.
· Фермеры, работающие в секторе экологического сельского хозяйства, безотходного хозяйства, длительного использования сельскохозяйственных ресурсов, защиты окружающей среды - получат в свое распоряжение наилучший инструмент для этого.
Цели использования биогазовой технологии:
· Производство высококалорийной энергии
· Производство высококачественных удобрений
· Уменьшение интенсивности запахов
· Уменьшение агрессивного разъедающего действия
· Улучшение показателей текучести
· Уменьшение загрязнения воздуха аммиаком и метаном
· Предотвращение потери питательных веществ
· Уменьшение вымывания нитратов
· Лучшая приспособляемость к потреблению растениями
· Улучшение здоровья растений
· Гигиенизация гноя
· Уменьшение способности к прорастанию у семян сорняков
· Переработка органических отходов
· Экономия на затратах подключения к канализации
Время брожения
Гидравлическое время брожения - это время, которое субстрат теоретически пребывает в ферментаторе. Для ферментаторов с полным смешиванием оно является рассчитываемой средней величиной. Для ферментатора, в котором продвижение субстрата происходит как движение единой пробки (тромба), теоретическое время более точно соответствует фактическому времени брожения, поскольку исходят из того, что большая часть внесенного субстрата проталкивается через весь ферментатор как одна пробка. Поэтому одни и те же субстраты требуют в системе полного смешивания более длительного времени брожения чем в системах горизонтального протекания.
Время брожения субстрата в ферментаторе рассчитывается исходя из разлагаемости субстрата. Легко разлагаемые требуют более короткого времени нежели тяжело поддающиеся разложению субстраты.
В качестве единицы измерения для минимального времени разложения в ферментаторе служит время генерации соответствующего вида бактерий. Потому что если время для брожения будет выбрано настолько коротким, что они не успеют удвоить своей бактериальной массы, то соответственно теряется и нетто масса бактерий в ферментаторе и падает газообразование. Вот некоторые группы бактерий для удвоения своей бактериальной массы требуют до 10 дней, то есть этот промежуток времени и является нижней границей необходимого времени для брожения.
Верхняя граница времени для брожения определяется техническим и экономическим видением. Настает такой момент, когда количества вырабатываемого газа так мало, что увеличение объема ферментатора будет дороже чем добытый газ.
Время брожения субстрата в ферментаторе вместе с температурой брожения имеет большое влияние на степень разложения, выход газа и добычу газа. Краткое время брожения приводит к сильному фугасному действию (в соотношении на м3 бродильной камеры), поскольку в первую очередь разлагаются легко поддающиеся субстраты. Но если посмотреть на все количество подаваемого органического субстрата, то короткое время брожения связано с плохим выходом газа (в отношении к кг oрган.СВ) и с незначительной степенью разложения. При длительном времени разложения, наоборот увеличиваются добыча газа и степень разложения, а фугасное действие на м3 ферментатора уменьшается. Влияние времени брожения на добычу газа, в отношении на количество органической сухой субстанции. Из него четко видно, что существует большая разница между субстратами, происходящими от разных животных. Птичий помет в термофильном режиме уже при 30 днях брожения считается значительно «потерявшим свои газообразующие свойства», в то время, как жидкий навоз скота и свиней для этого требуют около 40 дней, а твердый навоз - 50 дней. Далее по изменению кривой видно, что больше всего газа образуется на начальном этапе брожения, в то время, как на конечном этапе лишь небольшое количество. На практике отказываются от самых последних стадий с незначительным процентом добычи газа.
Похожая зависимость при брожении энергетических растений и других органических остатков.
Время брожения рассчитывается путем деления объема бродильной камеры на ежедневно подаваемое количество субстрата.
Среднее время брожения с 1985 г. возросло с 35 до 51 дня. Эти данные получены после внедрения федеративной программы по измерению длительности брожения на биогазовых установках, хотя в 2004 г. показатели были еще выше. Согласно этим исследованиям 55% установок работают в среднем с периодом брожения от 60 до 120 дней.
Конечно-же с экономической точки зрения целесообразно, рассчитывать время брожения и связанный с этим размер ферментатора как можно точнее, поскольку это напрямую связано с затратами на строительство. И все-таки время брожения надо выбирать так, чтобы,
• загрузка ферментатора не превышала 4 кг oрган.СВ/м3-день,
• изменения в составе и количестве субстрата оставались в определенных пределах и
• чтобы для установки оставался потенциал для расширения.
Поэтому при расчете размеров ферментатора надо учитывать дополнительных 20% размера резервуара.
Для субстратов, которые быстро разлагаются и склонны к переокислению, а также для субстратов с высоким содержанием азота и способных вызвать аммиачную задержку в развитии бактерий, необходимо учитывать более длительное время брожения.
Для субстрата в виде жидкого навоза предварительно действуют такие сроки брожения:
• 20 - 25°C процессуальная температура, 60 - 80 дней брожения
• 30 - 35°C процессуальная температура, 30 - 50 дней брожения
• 45 - 55°C процессуальная температура, 15 - 25 дней брожения.
Для энергетических растений время брожения в ферментаторе должно составлять как минимум 42 дня. Субстраты, происходящие из отходов переработки агропромышленности, как правило имеют более короткий период брожения от 20 до 35 дней.
В лабораториях газоанализа в основном через 4 -6 недель, в зависимости от вида субстрата, заканчивают исследование по скорости газообразования, поскольку количество образованного газа после этого минимально. Если к этому периоду добавить еще запасных 2 недели, так как в лаборатории всегда удается создать лучшие рамочные условия чем на практике, то минимальный срок 50 дней для сельскохозяйственной практики вполне реалистичен.