Biogasna naprava za zasebno hišo: priporočila za izdelavo v lastni režiji

Skrbni lastnik sanja o poceni virih energije, učinkovitem odstranjevanju odpadkov in pridobivanju gnojil. Domača bioplinarna, izdelana lastnoročno, je cenovno dostopen način za uresničitev teh sanj.

Samostojna izdelava takšne opreme bo stala smiselno vsoto, proizvedeni plin pa bo dobra pomoč v gospodinjstvu: uporabljati ga je mogoče za kuhanje, ogrevanje hiše in druge potrebe.

Skušajmo razumeti značilnosti delovanja te opreme, njene prednosti in slabosti. Prav tako, ali je mogoče samostojno zgraditi bioplinarno in ali bo ta učinkovita.

Posebnosti pridobivanja bioplina

Bioplin nastane kot rezultat fermentacije biološkega substrata. Razgrajujejo ga hidrolizne, kislinotvorne in metanogene bakterije. Mešanica plinov, ki jih proizvajajo bakterije, je vnetljiva, saj vsebuje visok odstotek metana.

Po svojih lastnostih se praktično ne razlikuje od zemeljskega plina, ki se uporablja za industrijske in gospodinjske potrebe.

Če želi, lahko vsak lastnik hiše kupi industrijsko izdelano bioplinarno, vendar je to drago, naložba pa se povrne v 7–10 letih. Zato je smiselno vložiti trud in bioreaktor izdelati sam.

Bioplin je okolju prijazno gorivo, tehnologija njegovega pridobivanja pa nima posebnega vpliva na okolje. Še več, kot surovina za bioplin se uporabljajo organski odpadki, ki jih je treba odstraniti.

Postavijo jih v bioreaktor, kjer poteka predelava:

• biomasa je določen čas izpostavljena delovanju bakterij; trajanje fermentacije je odvisno od količine surovine;
• zaradi delovanja anaerobnih bakterij se sprošča gorljiva mešanica plinov, ki vsebuje metan (60 %), ogljikov dioksid (35 %) in nekatere druge pline (5 %). Pri fermentaciji se v majhnih količinah sprošča tudi potencialno nevaren žveplovodik. Je strupen, zato je zelo nezaželeno, da bi mu bili ljudje izpostavljeni;
• mešanica plinov iz bioreaktorja se očisti in preide v plinski hranilnik, kjer se shranjuje do trenutka uporabe;
• plin iz plinskega hranilnika je mogoče uporabljati povsem enako kot zemeljski plin. Dovaja se gospodinjskim napravam – plinskim štedilnikom, ogrevalnim kotlom itd.;
• razgrajeno biomaso je treba redno odstranjevati iz fermentorja. To pomeni dodatno delo, vendar se trud povrne. Po fermentaciji se surovina spremeni v visokokakovostno gnojilo, ki se uporablja na njivah in vrtovih.

Bioplinarna je za lastnika zasebne hiše donosna le, če ima stalen dostop do odpadkov z živinorejskih farm. V povprečju je mogoče iz 1 m³ substrata pridobiti 70–80 m³ bioplina, vendar pridobivanje plina poteka neenakomerno in je odvisno od številnih dejavnikov, med drugim od temperature biomase. To otežuje izračune.

Bioplinarne so idealne za kmetijska gospodarstva. Živalski iztrebki lahko dajo dovolj plina za popolno ogrevanje stanovanjskih prostorov in gospodarskih poslopij.

Da bi bilo pridobivanje plina stabilno in neprekinjeno, je najbolje zgraditi več bioplinarn, substrat pa v fermentorje vlagati s časovnim zamikom. Takšne naprave delujejo vzporedno, surovina pa se vanje vlaga zaporedno.

To zagotavlja stalno proizvodnjo plina, s čimer je mogoče doseči njegovo neprekinjeno dovajanje gospodinjskim napravam.

V idealnem primeru bi moral biti bioreaktor ogrevan. Vsakih 10 stopinj toplote podvoji proizvodnjo plina. Čeprav ogrevanje zahteva vlaganja, se to povrne z večjo učinkovitostjo konstrukcije.

Domače bioplinsko opremo, sestavljeno iz improviziranih materialov, je veliko cenejše od industrijsko izdelanih naprav. Njena učinkovitost je nižja, vendar ustreza vloženim sredstvom. Če imate dostop do gnoja in željo, da sami vložite trud v sestavo in vzdrževanje konstrukcije, je to zelo ugodno.

Prednosti in slabosti sistema

Bioplinske naprave imajo veliko prednosti, vendar tudi precej pomanjkljivosti, zato je treba pred začetkom načrtovanja in gradnje vse premisliti:

• Izkoriščanje odpadkov. Zahvaljujoč bioplinski napravi lahko iz odpadkov, ki bi se jih tako ali tako morali znebiti, izkoristite največ koristi. Ta predelava je manj nevarna za okolje kot zakopavanje odpadkov.
• Obnovljivost surovin. Biomasa ni premog ali zemeljski plin, katerih črpanje izčrpava zaloge virov. Pri kmetijstvu surovina nastaja stalno.
• Relativno majhna količina CO2. Pri pridobivanju plina se okolje ne onesnažuje, ob njegovi uporabi pa se v ozračje sprosti majhna količina ogljikovega dioksida. Ta ni nevaren in ne more kritično spremeniti ekologije, saj ga rastline med rastjo absorbirajo.
• Zmerno izločanje žvepla. Pri zgorevanju bioplina v ozračje pride majhna količina žvepla. To je negativen pojav, vendar je njegov obseg mogoče razumeti v primerjavi: pri zgorevanju zemeljskega plina je onesnaženje okolja z žveplovimi oksidi veliko večje.
• Stabilno delovanje. Proizvodnja bioplina je bolj stabilna kot delovanje sončnih celic ali vetrnih turbin. Če sončne in vetrne energije ni mogoče nadzorovati, so bioplinske naprave odvisne od človeške dejavnosti.
• Uporabite lahko več naprav. Plin vedno prinaša tveganja. Da bi zmanjšali morebitno škodo v primeru nesreče, lahko po parceli razporedite več bioplinskih naprav. Če pravilno načrtujete in sestavite sistem iz več fermentorjev, bo deloval stabilneje kot en sam velik bioreaktor.
• Koristi za kmetijstvo. Za pridobivanje biomase zasadijo nekatere vrste rastlin. Izberete lahko take, ki izboljšujejo stanje tal. Na primer, sirek zmanjšuje erozijo tal in izboljšuje njihovo kakovost.

Bioplin ima tudi pomanjkljivosti. Čeprav je relativno čisto gorivo, vseeno onesnažuje ozračje. Prav tako lahko pride do težav z dobavo rastlinske biomase.

Brezvestni lastniki naprav jo pogosto pridelujejo tako, da izčrpavajo zemljo in motijo ekološko ravnovesje.

Izračun donosnosti naprave

Kot surovina za proizvodnjo bioplina se običajno uporablja kravji gnoj. Ena odrasla krava ga lahko zagotovi toliko, da zadostuje za 1,5 m³ goriva; prašič – 0,2 m³; kokoš ali zajec (odvisno od telesne mase) – 0,01–0,02 m³. Da bi razumeli, ali je to veliko ali malo, lahko primerjamo z bolj znanimi vrstami virov.

1 m³ bioplina zagotavlja enako količino toplotne energije kot:

• drva – 3,5 kg;
• premog – 1–2 kg;
• elektrika – 9–10 kWh.

Če poznamo približno težo kmetijskih odpadkov, ki bodo na voljo v naslednjih letih, in količino potrebne energije, lahko izračunamo donosnost bioplinske naprave.

Ena glavnih pomanjkljivosti pridobivanja bioplina je vonj. Možnost uporabe majhnih kompostnih kupov je velika prednost, vendar bo treba prenašati nevšečnosti in skrbno nadzorovati proces, da ne bi spodbudili širjenja patogenih mikroorganizmov.

Za polnjenje v bioreaktor pripravimo substrat, ki vsebuje več komponent v naslednjih razmerjih:

• gnoj (najboljši kravji ali svinjski) – 1,5 t;
• organski odpadki (to so lahko prepereli listi ali druge sestavine rastlinskega izvora) – 3,5 t;
• voda, segreta na 35 stopinj (količino tople vode izračunamo tako, da njena masa predstavlja 65–75% celotne količine organske snovi).

Izračun substrata je narejen za eno polnjenje za pol leta, ob upoštevanju zmerne porabe plina. Približno po 10–15 dneh bo fermentacijski proces dal prve rezultate: plin se bo pojavil v majhnih količinah in začel polniti shrambo. Po 30 dneh lahko pričakujete polno proizvodnjo goriva.

Oprema za proizvodnjo bioplina še ni posebej razširjena v naši državi. To je v veliki meri povezano s slabo obveščenostjo ljudi o prednostih in posebnostih delovanja bioplinskih sistemov. Na Kitajskem in v Indiji so številne male kmetije opremljene z domačimi napravami za pridobivanje dodatnega čistega goriva.

Če naprava deluje pravilno, se bo količina bioplina postopoma povečevala, dokler substrat ne zgnije. Učinkovitost konstrukcije je neposredno odvisna od hitrosti vrenja biomase, ki je po drugi strani povezana s temperaturo in vlago substrata.

Navodila za samostojno gradnjo

Če nimate izkušenj s sestavljanjem zahtevnih sistemov, je smiselno poiskati na spletu ali razviti najpreprostejšo shemo bioplinske naprave za zasebno hišo.

Enostavnejša kot je konstrukcija, bolj zanesljiva in trajna je. Kasneje, ko boste pridobili veščine gradnje in rokovanja s sistemom, boste lahko predelali opremo ali namestili dodatno napravo.

Pri dragih konstrukcijah industrijske proizvodnje so predvideni sistemi za mešanje biomase, avtomatsko ogrevanje, čiščenje plina itd. Gospodinjska oprema ni tako zapletena. Bolje je sestaviti preprosto napravo in nato dodati elemente, ki jih boste potrebovali.

Pri izračunu prostornine fermentatorja se usmerite na 5 m³. Takšna naprava omogoča pridobitev količine plina, potrebnega za ogrevanje zasebne hiše s površino 50 m², če kot vir toplote uporabljate plinski kotel ali peč.

To je povprečna vrednost, saj kalorična vrednost bioplina običajno ne presega 6000 kcal/m³.

Da bi fermentacijski proces potekal bolj ali manj stabilno, je treba doseči pravilen temperaturni režim. V ta namen se bioreaktor namesti v zemeljsko jamo ali pa vnaprej načrtuje zanesljivo toplotno izolacijo. Stalno ogrevanje substrata je mogoče zagotoviti, če pod osnovo fermentatorja napeljete cev za vodno ogrevanje.

Gradnjo bioplinske naprave lahko razdelimo na več stopenj.

Korak 1 – priprava jame za bioreaktor

Skoraj vsa bioplinska naprava se nahaja pod zemljo, zato je veliko odvisno od tega, kako je bila jama izkopana in obdelana. Obstaja več možnosti za utrditev sten in tesnjenje jame – plastika, beton, polimerni obroči.

Optimalna rešitev je nakup že pripravljenih polimernih obročev z zaprtim dnom. Ti so dražji od improviziranih materialov, vendar ne bodo potrebovali dodatnega tesnjenja. Polimeri so občutljivi na mehanske obremenitve, vendar se ne bojijo vlage in kemično agresivnih snovi. Niso popravljivi, a jih je po potrebi mogoče enostavno zamenjati.

Intenzivnost vrenja substrata in izhod plina sta odvisna od priprave sten in dna bioreaktorja, zato jamo skrbno utrdimo, izoliramo in zatesnimo. To je najtežja in najbolj delovno intenzivna faza del.

Korak 2 – ureditev odvoda plina

Nakup in montaža posebnih mešal za bioplinske naprave sta drag užitek. Sistem lahko pocenimo z ureditvijo plinskega drenažnega sistema. Ta je sestavljen iz navpično nameščenih polimernih kanalizacijskih cevi, v katerih je narejenih veliko lukenj.

Pri izračunu dolžine drenažnih cevi se je treba ravnati po načrtovani globini polnjenja bioreaktorja. Zgornji deli cevi morajo biti nad to ravnjo.

Za plinski drenažni sistem lahko izberemo kovinske ali polimerne cevi. Prve so trdnejše, druge pa bolj odporne na kemične vplive. Bolje je dati prednost polimerom, ker kovina hitro zarjavi in zgnije.

V pripravljen bioreaktor lahko takoj naložimo substrat. Pokrijemo ga s folijo, da je plin, ki se sprošča med fermentacijo, pod rahlim tlakom. Ko bo kupola pripravljena, bo to zagotovilo normalen dovod biometana skozi odvodno cev.

Korak 3 – montaža kupole in cevi

Zadnja faza sestave najpreprostejše bioplinske naprave je montaža kupolastega zgornjega dela. Na najvišji točki kupole namestimo plinsko odvodno cev in jo potegnemo do plinohrama, brez katerega ne gre.

Posodo bioreaktorja zapremo s tesnim pokrovom. Da bi preprečili mešanje biometana z zrakom, uredimo hidravlično zaporo. Služi tudi za čiščenje plina. Predvideti je treba sprostitveni ventil, ki se bo sprožil, če bo tlak v fermentatorju previsok.

Več podrobnosti o tem, kako narediti bioplin iz gnoja, preberite v tem gradivu.

Prost prostor bioreaktorja do neke mere opravlja funkcijo skladišča plina, vendar to ni dovolj za varno delovanje naprave. Plin je treba stalno porabljati, sicer je možna eksplozija zaradi previsokega tlaka pod kupolo.

Načini ogrevanja bioreaktorja

Mikroorganizmi, ki predelujejo substrat, so v biomasi stalno prisotni, vendar za njihovo intenzivno razmnoževanje potrebujemo temperaturo 38 stopinj in več.

Za ogrevanje v hladnem obdobju lahko uporabite tuljavo, povezano s sistemom ogrevanja hiše, ali električne grelnike. Prvi način je ekonomsko ugodnejši, zato ga pogosteje uporabljajo.

Biogaspne naprave ni nujno vkopati v zemljo, obstajajo tudi druge možnosti ureditve. Primer delovanja sistema, sestavljenega iz sodov, je prikazan v spodnjem videoposnetku.

Najenostavneje je urediti ogrevanje od spodaj, tako da položite cev iz ogrevalnega sistema, vendar je učinkovitost takega toplotnega izmenjevalnika razmeroma nizka. Bolje je urediti zunanje ogrevanje, idealno s paro, da se biomasa ne pregreje.

Zaključki in koristen video na to temo

Čeprav pri sestavljanju in urejanju biogaspne opreme ni nič zapletenega, morate biti izjemno pozorni na podrobnosti. Napake so nesprejemljive, saj lahko povzročijo eksplozije in uničenje. Ponujamo video navodila, ki vam bodo pomagala razumeti zasnovo naprav, jih pravilno sestaviti in dopolniti s koristnimi pripomočki za lažjo uporabo bioplina.

V videoposnetku je opisano, kako je zasnovana in deluje standardna biogaspna naprava:

Primer doma izdelane biogaspne naprave. Video lekcija o ureditvi sistema z lastnimi rokami:

Video navodila za sestavljanje biogaspne naprave iz soda:

Opis postopka izdelave mešal za substrat:

Podroben opis delovanja doma izdelanega plinskega skladišča:

Ne glede na to, kako preprosta je biogaspna naprava, izbrana za zasebno hišo, se na njej ne splača varčevati. Če je mogoče, je bolje kupiti razstavljiv bioreaktor industrijske proizvodnje.

Če ne – izdelajte jo iz kakovostnih in trpežnih materialov: polimerov, betona ali nerjavečega jekla. To vam bo omogočilo ustvariti resnično zanesljiv in varen sistem za oskrbo hiše s plinom.

Imate vprašanja o temi članka, ste našli pomanjkljivosti ali imate dragocene informacije, ki jih lahko delite z našimi bralci? Prosimo, pustite svoje komentarje, postavljajte vprašanja, delite svoje izkušnje.