Возможности производства биогаза

Размещено на http://www.allbest.ru/

?аза?стан Республикасыны? ауыл шаруашылы?ы министрлігі

«?азАгроИнновация» А?

«?аза? ?нерк?сіпті ?айта ??деу ж?не азы?ты? ?ылыми-зерттеу институты» ЖШС

Министерство сельского хозяйства Республики Казахстан

АО «КазАгроИнновация»

ТОО «Казахский научно-исследовательский институт перерабатывающей и пищевой промышленности»

Приложение 1

к конкурсной документации для подготовки заявок

на участие в конкурсе на грантовое финансирование

научных исследований

АО «КазАгроинновация»

СОПРОВОДИТЕЛЬНОЕ ПИСЬМО

1. Наименование конкурса. Конкурс на грантовое финансирование научных исследований на 2015-2017 годы.

2. Наименование приоритетного направления, по которому подается заявка. 2. Рациональное использование природных ресурсов, переработка сырья и продуктов.

1. Наименование специализированного научного направления, по которому подается заявка. 2.4. Технологии переработки продукции.

2. Наименование темы Проекта. «Разработка технологии производства комбикормов для животных КРС, МРС и птиц»

3. Наименование области научного исследования в соответствии с шифром межгосударственного рубрикатора научно-технической информации

4. Вид исследования (фундаментальные не экспериментальные, фундаментальные экспериментальные, прикладные исследования, опытно-конструкторские работы).

5. Запрашиваемая сумма финансирования (на весь срок реализации Проекта и по годам, в тыс. тенге). Общая сумма 67 300,0 тыс. тенге:

на 2015 г- 32 400,0 тыс. тенге,

на 2016 г- 33 200,0 тыс. тенге,

на 2017 г- 32 700,0 тыс. тенге.

6. Предполагаемая дата начала и окончания Проекта. 03.01.2015 г -31.12.2017 г

7. Срок реализации Проекта (в месяцах). 36 месяцев

8. Сведения о наличии либо отсутствии ранее выданных отказов в проведении ГНТЭ, либо досрочного прекращения финансирования предоставляемого объекта ГНТЭ с указанием даты и наименования конкурса в котором объект участвовал, причин отказа или прекращения финансирования, сведений о принятых мерах по устранению обнаруженных ранее замечаний и выполнении рекомендаций (при наличии). Не имеется.

9. В случае если объект подавался ранее и набрал по результатам ГНТЭ непроходную (низкую) оценку, к сопроводительному письму необходимо приложить заключение ГНТЭ и пояснительную записку с описанием введенных изменений, в соответствии с комментариями экспертов. Не подавался.

10. Сведения о наличии в заявке доклинических исследований, медико-биологических экспериментов и клинических испытаний (предполагается ли проведение исследований с привлечением людей и животных) не требуется

11. Персональные данные заявителя:

Для юридических лиц - полное наименование юридического лица, юридический адрес, контактные данные. ТОО «КазНИИ перерабатывающей и пищевой промышленности» 050060, г.Алматы,пр.Гагарина,238Г тел.: +7 (727)396-05-09, эл.почта: kazniippp@mail.ru.

Персональные данные научного руководителя проекта (фамилия, имя, отчество физического лица, место работы, домашний адрес, контактные данные).

Чоманов Уришбай, академик НАН РК, главный научный сотрудник лаборатории «Технология и хранение растениеводческой продукции» ТОО КазНИИ пищевой и перерабатывающей промышленности. Адрес: 050060, Алматы, пр.Гагарина, 238 Г, тел./факс: +7 (727)391-24-06, эл.почта: chomanov@mail.ru.

Мнацаканян Рудик Гайкович, д.т.н., профессор, генеральный директор СП «Арарат», генеральный директор СП «Кристалл-Дионис». Адрес: 050060, Алматы, ул.Муканова, 43, кв.10, тел./факс: +7 (727)306-13-05, эл.почта: mnazakanyan@mail.ru.

Генеральный директор ТОО «КазНИИ

перерабатывающей и пищевой

промышленности», д.т.н., академик АСХИРКАлимкулов Ж.С

(печать)

Приложение 2

к конкурсной документации для подготовки заявок

на участие в конкурсе на грантовое финансирование

научных исследований



ЗАЯВЛЕНИЕ

ТОО «КазНИИ перерабатывающей и пищевой промышленности»

наименование организации - Заявителя

Чоманов Уришбай Мнацаканян Рудик Гайкович

Ф.И.О. научного руководителя проекта

1. Гарантируем достоверность и уникальность предоставляемой информации по проекту, а также соблюдение принципов научной этики, в частности, не допущения фабрикации научных данных, фальсификации, ведущей к искажению исследовательских данных, плагиата и ложного соавторства.

2. Подтверждаем право АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы» запрашивать информацию, уточняющую представленные нами в заявке сведения.

3. Не возражаем против того, что отсутствие полного комплекта требуемых для экспертизы проекта документов, непредставление в срок затребованных АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы» дополнительных материалов может служить обоснованной причиной отклонения проекта от участия в конкурсе.

4. Настоящим заявлением, мы предоставляем АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы» право доступа к информации, содержащейся в направляемой заявке, либо прилагаемых, либо дополнительно запрошенных и переданных нами в АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы» документах, а также право предоставления и распространения указанной информации в рамках внутренних процедур АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы».

5. Сообщаем, что для оперативного уведомления нас по вопросам организационного

6. характера и взаимодействия с АО «Национальный центр государственной научно-технической экспертизы» нами уполномочен:

Все сведения о рассмотрении проекта просим сообщать уполномоченному лицу.

Генеральный директор ТОО «КазНИИ

перерабатывающей и пищевой

промышленности», д.т.н., проф. Алимкулов Ж.С.

(печать)

Научный руководитель проекта, академик НАН РК Чоманов У.

Приложение 3

к конкурсной документации для подготовки заявок

на участие в конкурсе на грантовое финансирование

научных исследований

ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ГРУППЫ

Описание исследовательской группы должно содержать следующую информацию:

1. Данные о научном руководителе Проекта (фамилия, имя, отчество, ученая степень/звание, место работы и занимаемая должность, область научных интересов);

Чоманов У.Ч. доктор технических наук, профессор, академик НАН РК. Область научных интересов: технология переработки и хранения растениеводческих продуктов, биохимия растений и животных.

2. Данные о проектах, в которых научный руководитель Проекта выступал в качестве научного руководителя в течение последних трех лет (темы научных исследований, время и место проведения исследований, источник финансирования, степень завершенности проектов); В последние три года не выступала в качестве научного руководителя.

Данные о текущих проектах, в которых научный руководитель Проекта будет участвовать на момент реализации Проекта (тема научного исследования, процент нагрузки времени научного руководителя в конкретном проекте); В данное время участвует в проекте: как исполнитель «Разработка высокоэффективной инновационной технологии и оборудования для производства сгущенного молока и сухих молочных порошков для фермерских хозяйств». В этом проекте будет занята 50% рабочего времени.

3. Данные о будущих проектах, в которых научный руководитель Проекта предположительно будет участвовать на момент реализации Проекта (тема научного исследования, предполагаемый процент нагрузки времени научного руководителя в конкретном проекте);

При поддержке данного проекта в нем будет занята 50% рабочего времени.

4. Фамилия, имя, отчество каждого члена исследовательской группы, позиция в проекте;В Проекте указываются персональные данные не менее 70% планируемого штата исследовательской группы (основной персонал), другие 30% штата могут быть привлечены к Проекту после получения гранта (вспомогательный персонал);

Позиция Чоманова Уришбая Чомановича (руководитель проекта) специалист по технологии мясных и молочных производств, д.т.н., профессор, академик НАН РК. В проекте будет занят организационно-техническими вопросами связанными со сторонними организациями, привлеченными к выполнению проекта: заводов, информационными центрами, конторой патентных поверенных и другими вопросами с занятостью 100% рабочего времени. Так же внидрениеми и коммерчиским предложением стратигического биогаза в газофикации, экономии электроэнергии всех промышленных предприятия РК сферы пищевых, машиностроительных, металлургических текстильной легких заводов а так же использования биоаза в качестве удобрения корм для животных КРС, МРС, птиц и чистой топливы для всех транспортных средств.

Позиция в проекте Тултабаевой Тамары Чумановны (главный научный сотрудник) д.т.н., специалист в области технологии производства продовольственных продуктов доктор технических наук. В проекте будет заниматься проведением химических анализов, мониторингом сырьевой баз кормов и комбинированных в РК. Так же будет контролировать линий выхода биогаза на основе переработанного отхода растительного и животного навоза из биогазовой установки ручной сборки. Ее затраты времени на работу в проекте составят 50 % рабочего времени.

Позиция в проекте Айсакуловой Хайырнисы (ведущий научный сотрудник), к.б.н., доцент. Специалист по биохимии растений и животных, технология переработка растениеводческих продуктов. В проекте будет заниматься вопросами определением методологии отбора и отработки методик по исследованию физико-химических свойств кормов и их проведения биохимических исследований также будет занята с анализом полученных результатов по переработки биогаза выработанных из биогазовых установках и получения удобрения . В проекте будет работать в течении всего срока его выполнения с занятостью 50% рабочего времени.

Позиция в проекте Умиралиевой Лазат Бекеновны (ведущий научный сотрудник), к.т.н.: специалист по технологии консервирования и пищеконцентратов. В проекте будет занята физико-химическими методами анализа сырья и готовой продукции до термических обработок навозов животного и растительного отхода а так же будет заниматься исследованием экономической эффективности расчета выхода биогаза из перерабатываемых отходов получением комбинированых кормов в качестве удобрения будет занята проектом на весь срок его выполнения с занятостью 100% рабочего времени.

Позиция в проекте Кененбай Гульмира (ведущий научный сотрудник) к.т.н.:

В проекте будет заниматься определением качественных показателей анализов по качеству и безопасности комбинированных кормов. Будет изучать их физико-химические свойства кормов по активности воды, влажности, активной кислотности, сухих веществ.В проекте будет занята на весь срок его выполнения с занятостью 50% рабочего времени.

Позиция Жонысовой Миры Утегеновны, магистр технологии перерабатывающих производств- 6М080200. В проекте будет заниматься определением физико-химических показателей кормов в качестве удобрения на основе переработанного из навозных отходов. Будет заниматься заготовки хранилище навоза животного и растительного происхождения для дальнейших переработки их биогазовой установки. В проекте будет занят на весь срок его выполнения с занятостью 100% рабочего времени.

Позиция Турсунова Алибека Алашевича, -магистр технологии производства продуктов животноводства- 6М080200. В проекте будет заниматься определением физико-химических и биохимических показателей комбинированных кормов, атак же конструкции биогазовой установки ручной заготовки. В проекте будет занят на весь срок его выполнения с занятостью 100% рабочего времени.

Позиция Шоман Аружан Ербол?ызы- магистрант ЮКГУ им. М.Ауезова-второго года обучения по специальности технология перерабатывающих производств-6М072800. в проекте будет заниматься определением сбраживании растительного и животного отхода навоза в биогазовой установки. В проекте будет занят на весь срок его выполнения с занятостью 50 % рабочего времени.

Позиция Тауасаров Ермек Камбарович, магистр технологии перерабатывающих производств- 6М070100. В проекте будет заниматься сборам животного и растительного отхода из мусорных свалок и лестных массивов для переработки как удобрения животных КРС, МРС и птиц и будет конструировать биогазовой установки ручного типа с перемешивающим устройствам, так же будет заниматься культивированием метанобразующих бактерии лабораторным и полупромышленным методом а так же определением выхода эффективности удобрения за счет выработки биогаза. В проекте будет занят на весь срок его выполнения с занятостью 100% рабочего времени.

Приложение 4

к конкурсной документации для подготовки заявок

на участие в конкурсе на грантовое финансирование

научных исследований

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА

3. Реферат (абстракт) Проекта: «Разработка технологии производства комбикормов для животных КРС, МРС и птиц».

Отечетсвенные производстве по кормам и комбинированных кормов на сегодня имеют с не хваткой сбалансированных кормов по составу амино кислот, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и минералов по макро и микроэлементам все это связано с не правильным рационом кормлении КРС и других животных или с не качественными кормовыми добавками их выработка с дефектами при разработки технологии. Если решить проблему кормопроизводства в РК по использованию новой конструированных биогазовых реакторов ручной заготовки растительного и животного отхода по технологиии выработки кормовых удобрении на основе аэробной и анаэробной технологии сбраживания в биогазовых установках. Современный уровень развития цивилизации требует значительных объёмов потребления энергии, в том числе нефти и газа, запасы которых интенсивно снижаются. Поэтому поиск альтернативных источников энергии является важной и актуальной задачей. Как получения биогаза на основе новой ручной заготовки биогазовой установки. В связи с этим целесообразно создание установок, способных преобразовывать возобновляемую (рассеянную в природе) энергию - воды, ветра, Солнца - в энергию, локализованную в необходимом месте и в таких формах, которые были бы удобны для её использования. Например, солнечная энергия преобразуется в электрическую в полупроводниковых фотоэлементах, в генераторах, работающих от двигателей Стирлинга, энергия ветра - в ветрогенераторах. Естественными и эффективными накопителями и преобразователями солнечной энергии являются растения. В процессе фотосинтеза растения превращают рассеянные в атмосфере неорганические вещества (прежде всего СО2 и Н2О) в органические, способные при сжигании выделять теплоту.

Для образования биогаза из растительного сырья необходимо, прежде всего, создание комфортных анаэробных условий для жизнедеятельности трёх видов бактерий. Эти бактерии являются между собой преемниками, т.е. последующий вид питается продуктами жизнедеятельности предыдущего вида. Во-первых, это гидролизные бактерии (они отвечают за процессы разрушения биомассы под диссоциирующим действием воды и температуры), второй вид - кислотообразующие бактерии (они позволяют получить из гидролизованных продуктов молекулы органических кислот) и, наконец, метанообразующие, которые регулируют процессы потребления органических кислот и образования биогаза [5]. В процессе производства биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Экологически важной (и удовлетворительно не решенной в Украине) является проблема утилизации листьев, опавших с деревьев в городских парках, сорняков и т. п. Природные процессы разложения биомассы листьев замедлены и составляют, в зависимости от влажности среды, более двух лет [4]. Утилизация растительной биомассы в мусоронакопителях требует значительных затрат, а сжигание такого сырья ведёт к загрязнению атмосферы и запрещено законодательно. Поэтому наиболее целесообразным, на наш взгляд, решением проблемы утилизации растительной биомассы (опавших листьев, сорняков и т.п.) явилось бы получение биогаза.

Биогаз можно успешно получать из растительного сырья парковых пород деревьев, сорняков, в частности, - из опавших листьев. По сути это экологически чистое топливо, сходное по своим характеристикам с природным газом. Теплотворные характеристики получаемого биогаза указывают на экономичность его производства. Оставшийся субстрат можно использовать в качестве эффективного удобрения. Использование такого сырья позволяет параллельно решать и энергетические, и экологические, и социальные вопросы, как местного, так и более общего масштабов. Во-первых, производство биогаза из опавших листьев способствует эффективной утилизации такого сырья и улучшению экологической обстановки. Утилизация листьев способом мезофильного сбраживания с последующим сжиганием биогаза уменьшает выброс парниковых газов. Во-вторых, при растущих ценах на энергоносители, реализация проекта по добыче биогаза из опавших листьев станет альтернативой объектам традиционной энергетики и начнет приносить прибыль через несколько лет. В-третьих, развитие биогазовой энергетики решает проблемы занятости, способствует развитию энергетической инфраструктуры.

Целью проекта. Получения биогаза из растительного и животного отхода на основе ручной конструированных биогазовых установочных реакторов для получения комбинированных кормов перерабатываемый аэробным и анаэробным способом сбраживания при культивируемых лабораторным способом метанообразующих бактерии с целью использования их для рационах кормления животных КРС, МРС И птиц.

Ожидаемые результаты:

- Будут собраны все растительные, животные отходы из загрязненных территории и мусорных свалок для дальнейших переработки в биогазовых реакторных установках с ручной загрузкой и перемешивающим устройствам;

- Очистка окружающей среды посредством сбора растительных и животных отходов на основе спецтехники для переработки и хранения в бункерной хранилище;

- Будут разработаны технологии поддержание температуры, влажности отходов животного и растительного происхождения при хранения в бункерных реакторах;

- Будут разработаны конструкции биогазовой установки на основе ручной заготовки;

- Будут культивированны культуры метанообразующих бактерии лабораторным и полупромышленным способом на основе искусственных питательных сред.

- Будут проводиться переработки животного навоза и растительного отхода по методу аэробного и анаэробного сбраживании при помощи культивируюмых метанобактерии на базе биогазовых реакторах ручной заготовки;

- Разработка получение биогаза в основе переработки животного навоза и растительных отходов на биогазовых установках;

- Будут изучены физическо-химические параметры биогаза при переработки сбраживания из навозов животного и растительного происхождения как поддержание их влажности и температуры в биогазовых установках;

- Будут разработаны удобрения в качестве комбинированных кормов для рациона кормлении животных КРС, МРС и птиц;

- Будут выработаны электроэнергии на основе при и выработка биогаза посредством переработки отходов растительного и животного происхождения и сжигании в котельных установках для нагрева воды и подачи её потребителям;

- Будут подготовлены документы по биогазу в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и подача его в газораспределительные сети местных потребителей природного газа (смешивание с природным газом);

- Будут обеспечены жители РК заправкой биогазом газобаллонных автомобилей, тракторов и других видов транспорта для поддержания экологии окружающей среды от парниковых газов;

- Будут получены в качестве удобрения питательной биомассы комбинированных кормов для животных КРС, МРС и птиц;

Ключевые слова: биогаз, биогазовые установки, сбраживания, анаэробные и аэробные бактерии, мезофильный, аэробный и анаэробный режим, отходы растительного и животного происхождения.

Приложение 5

к конкурсной документации для подготовки заявок

на участие в конкурсе на грантовое финансирование

научных исследований

ЗАЯВКА

на участие в конкурсе на грантовое финансирование научных исследований

1. Общая информация.

4. Наименование темы Проекта: «Разработка технологии хранения плодоовощных продукции при криоскопической температуры»

5. Наименование приоритетного направления, по которому подается заявка: Рациональное использование природных ресурсов, переработка сырья и продуктов.

3. Наименование специализированного научного направления, по которому подается заявка: 2.4 Технологии переработки продукции.

4. Продолжительность Проекта: 03.01.2015 - 30.12.2017; 3 года.

5. Запрашиваемая сумма грантового финансирования (на весь срок реализации Проекта и по годам, в тыс. тенге) - 67300, 2015-21 400, 2016-23 200,5, 2017-22 700 тыс. тенге.

1. Описание Проекта.

1. Цели и задачи проекта

Научные интересы научного руководителя проекта, кандидата биологических наук, являются разработка технологии переработки и хранения растительного отхода.

Целью проекта. Получения биогаза из растительного и животного отхода на основе ручной конструированных биогазовых установочных реакторов для получения комбинированных кормов перерабатываемый аэробным и анаэробным способом сбраживания при культивируемых лабораторным способом метанообразующих бактерии с целью использования их для рационах кормления животных КРС, МРС И птиц.

Задачи проекта:

- Собрать все растительные, животные отходы навоза из загрязненных территории и мусорных свалок для дальнейших переработки в биогазовых реакторных установках с ручной загрузкой и перемешивающим устройствам;

- Очистить окружающею среду посредством сбора растительных и животных отходов на основе спецтехники;

- Сконструировать биогазовую установку на основе ручной заготовки;

- Культивировать культуры метанообразующих бактерии лабораторным и полупромышленным способом на основе искусственных питательных сред.

- Разработка технологии получения новых культивируюмых бактерии которые будут сбраживать растительных и животных отходов для выработки биогаза;

- Переработка животного навоза и растительного отхода по методу аэробного и анаэробного сбраживании технологии на базе биогазовых реакторах;

- Разработать получение биогаза в основе переработки животного навоза и растительных отходов на биогазовых установках ручной заготовки;

- Выработка электроэнергии при выработки биогаза на основе переработанных отходов животного навоза и растительных листьев и сжигании в котельных установках для нагрева воды и подачи её потребителям;

- Подготовка биогаза в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и подача его в газораспределительные сети местных потребителей природного газа (смешивание с природным газом);

- Обеспечения заправкой экологический чистым биогазом газобаллонных автомобилей, тракторов и других видов транспорта для поддержания экологии окружающей среды от парниковых газов;

- Получения в качестве удобрения питательной биомассы комбинированных кормов для животных КРС, МРС и птиц;

Ожидаемые результаты:

- Будут собраны все растительные, животные отходы из загрязненных территории и мусорных свалок для дальнейших переработки в биогазовых реакторных установках с ручной загрузкой и перемешивающим устройствам;

- Очистка окружающей среды посредством сбора растительных и животных отходов на основе спецтехники для переработки и хранения в бункерной хранилище;

- Будут разработаны технологии поддержание температуры, влажности отходов животного и растительного происхождения при хранения в бункерных реакторах;

- Будут разработаны конструкции биогазовой установки на основе ручной заготовки;

- Будут культивированны культуры метанообразующих бактерии лабораторным и полупромышленным способом на основе искусственных питательных сред.

- Будут проводиться переработки животного навоза и растительного отхода по методу аэробного и анаэробного сбраживании при помощи культивируюмых метанобактерии на базе биогазовых реакторах ручной заготовки;

- Разработка получение биогаза в основе переработки животного навоза и растительных отходов на биогазовых установках;

- Будут изучены физическо-химические параметры биогаза при переработки сбраживания из навозов животного и растительного происхождения как поддержание их влажности и температуры в биогазовых установках;

- Будут разработаны удобрения в качестве комбинированных кормов для рациона кормлении животных КРС, МРС и птиц;

- Будут выработаны электроэнергии на основе при и выработка биогаза посредством переработки отходов растительного и животного происхождения и сжигании в котельных установках для нагрева воды и подачи её потребителям;

- Будут подготовлены документы по биогазу в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и подача его в газораспределительные сети местных потребителей природного газа (смешивание с природным газом);

- Будут обеспечены жители РК заправкой биогазом газобаллонных автомобилей, тракторов и других видов транспорта для поддержания экологии окружающей среды от парниковых газов;

- Будут получены в качестве удобрения питательной биомассы комбинированных кормов для животных КРС, МРС и птиц;

2.Научная новизна и значимость проекта в национальном и международном масштабе.

1) новизна и значимость проекта в национальном и международном масштабе.

Биогаз является одним из видов биотоплива, которое получают из биомассы. Поскольку биогаз производится их биомассы, он относится к одному из видов возобновляемых источников энергии.

Биогаз получают из биологического материала живых организмов (органического вещества), и он формируется в процессе биологического распада этого органического вещества при отсутствии кислорода. Биогаз можно получать из городских органических отходов, лесосечных отходов, растительного материала, навоза и других источников. Биогаз состоит в основном из метана и диоксида углерода и может содержать небольшое количество сероводорода.

Существуют три основных источника биогаза: продукты очистки сточных вод, органические отходы и отходы животноводческих ферм. Наибольшая доля биогаза поступает от животноводческих ферм.

Известно использование биогаза и в древние времена: для нагрева воды в ваннах Ассирии (10 век до н.э.) и Персии (16 век н.э.). Современное использование биогаза (установки по растительному сбраживанию) началось в 17-м -- 18-м веках. Первый реактор осадков сточных вод был построен в Англии в начале 20-го века.

Метановое брожение или биометаногенез - процесс превращения органического вещества в анаэробных условиях под действием бактериальной флоры. Биогаз, получается входе в биометаногенеза, представляет собой смесь газов; кислорода, азота, водорода, углекислого газа, из которых 50-80% составляет метан.

Согласно современным представлениям, анаэробное превращение практически любой биомассы в метан проходит через четыре последовательных этапа: фаза гидролиза (расщепления), сложных биополимерных молекул (белков, липидов, полисахаридов) на более простые, например, мономеры, аминокислоты, углеводы и другие; фаза ферментации образовавшихся мономеров до ещё более простых веществ- низших кислот и спиртов, аммиака и сероводорода; ацетогенная фаза (образование Н2 , СО2 , формиата и ацетата) и непосредственно метаногенная фаза, которая приводит к конечному продукту расщепления- метану [17].

Исследователи, кроме четырёх этапов конверсии биомассы в метан, отдельно выделяют две стадии. У разных авторов они имеют разные названия: “неметаногенная” и “метаногенная”, “кислотная” и “слабощелочная” и т.д. Первая стадия (кислотная) связана с образованием летучих жирных кислот как основных промежуточных продуктов разложения органических веществ до метана, вторая стадия (слабощелочная или метаногенная)- с физико-химической характеристикой среды и образованием метана.

Технологически метановое брожение делят на этап созревания метанового биоценоза и этап ферментации (непрерывный и периодический).

В течении первого этапа развиваются группы микроорганизмов, участвующие в разложении исходных сложных субстратов и продуктов их распада. В результате физиологической деятельности этих микроорганизмов создаются оптимальные условия для активного метангенерирования (четвёртая фаза). По достижении этих условий ферментация переводится на непрерывный или периодической режим.

Метановое брожение может протекать при температуре 10-60°С. Термофильное метановое брожение (45-65°С) в 2-3 раза интенсивнее мезофильного брожения (25-35°С), причём изменение температуры влияет лишь на скорость процесса, а не на качественный состав образующихся продуктов. [Приложение 2].

Метанобразующие бактерии или метаногены являются анаэробами, чувствительными к кислороду. Группа метанобразующих организмов насчитывает на сегодняшний день около 50 видов, по температурному режиму подразделяющихся на психрофилов (существуют при температуре 4-25°С), мезофилов (30-35°С) и термофилов (50-70°С). Для обеспечения нормальной жизнедеятельности метаногенов необходимо:

1) постоянство температуры и давления;

2) строгий анаэробиоз;

3) отсутствие света;

4) нейтральная или слабощелочная среда.

Выделение в окружающую среду горючих и токсичных веществ, входящих в состав биогаза, оказывает отрицательное воздействие на природу, является причиной взрывов и пожаров. На рекультивированных землях газ вытесняет из корневой системы воздух, что отрицательно сказывается на их росте.

Мировой опыт свидетельствует, что извлечение биогаза из толщи твёрдых бытовых отходов (ТБО) и его использование экологически необходимо (в том числе, с точки зрения безопасности).

В силу достаточно низкого содержания в ТБО органических веществ и при их малой влажности - главный показатель, влияющий на образование газа, получение из них биогаза неэффективно без использования дополнительных компонентов. В качестве такой добавки можно использовать осадок сточных вод (ОСВ). В соответствии с требованиями СНиП 2.04.03.-85 соотношение компонентов смеси ТБО и ОСВ должно быть стабильным и составлять 2:1 по массе. Иловые осадки, имеющие повышенную влажность - 98%, как бытовой мусор, имеющий низкую влажность - 45% , компенсируются и утилизируются сепаратно кратно неэффективно. Оптимальная влажность органического субстрата, которая обеспечивает интенсивные анаэробные процессы, составляет 60-70%. В тих условиях происходит эффективное биотермическое обезвоживание ОСВ и ТБО, а так же активное разложение органического субстрата с выделением биогаза за счёт взаимодействия компонентов, способствующих интенсификации процесса; в частности, достигается оптимальное соотношение углерода и азота, повышается пористость иловых осадков, уменьшается относительное содержание в смеси инертных включений. Совместная переработка ТБО и ОСВ позволяет сократить требуемые площади примерно на 20% и количество обслуживаемого персонала. При этом сокращаются и энергетические затраты, поскольку обеззараживание осадка достигается в процессе компостирования без применения каких-либо дополнительных устройств. Компостирование смеси ОСВ и ТБО позволяет вести биотермические процессы при температуре 50-70°С, что обеспечивает эффективное обезвреживание всей массы. Процесс биотермического разложения органических веществ, по данным исследований, приводит к гибели яиц гельминтов, личинок мух и резкому сокращению патогенных микроорганизмов.

В виду непрерывного процесса образования свалочных отложений и постоянной эмиссии биогаза, этот источник можно отнести к возобновляющимся.

В зависимости от специфических промышленных требований биогаз можно использовать различными способами: в теплоустановках, в газогенераторах для одновременного получения тепловой и электрической энергии; подавать в газовые сети для коммунальных и бытовых нужд; сжимать для последующего хранения в газгольдерах. При подаче биогаза в коммунальные газовые сети необходимо проведение осушки и очистки газа, что увеличивает капитальные затраты по биогазовой технологии.

ТБО можно рассматривать как значительный потенциальный источник получения биогаза. Процесс начинается в верхних слоях складируемы отходов в аэробных условиях за счёт кислорода, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. Биогаз при этом не образуется. При дальнейшем наращивании слоёв ТБО, их механическом и естественном уплотнении развиваются анаэробные процессы и начинается выделение биогаза. При не плотной укладки отходов выход биогаза уменьшается. Существуют следующие способы механической предварительной обработки ТБО - увеличение плотности складируемых отходов: прессование, укладка брикета, предварительное дробление мусора, трамбовка специальными катками, увеличение глубины свалки. Другие факторы, влияющие на образование биогаза:

1) влажность мусора;

2) показатель кислотности рН;

3) температура;

4) морфологический состав мусора;

5) условия складирования - площадь, объём, глубина свалки.

Питательной средой для метановых бактерий являются водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера и их соединения, содержащиеся в ТБО.

Оптимальное соотношение водорода и азота - 1:16. Выход биогаза максимален при влажности ТБО 60-70%, значении рН в пределах 6,5-8,0 и при большей концентрации органических веществ. Органические вещества, содержащиеся в отходах, можно разделить на три класса, каждому из которых соответствует определенный выход метана;

· углеводы - 0,42-0,47 м3 метана/кг;

· белки - 0,45-0,55 м3 /кг;

· жиры - до 1 м3 /кг.

Теплотворная способность биогаза из ТБО составляет 20-28% МДж/м3 [14]. Он может с высокой эффективностью использоваться или непосредственно как топливо, или посредством газогенераторов трансформироваться в электрическую и тепловую энергию. Биогаз также может использоваться как моторное топливо. На полигонах компостирования ТБО, где не производится сбор биогаза, газ, диффундирующий через толщу отходов, неорганизованно поступает в атмосферу, при этом могут образовываться взрывоопасные концентрации. После рекультивации земель продолжается генерация газа и выхода его в атмосферу. По некоторым оценкам, в результате бесконтрольного выброса со свалок земного шара ежегодно выбрасывается в атмосферу 30-70 млн. тонн биогаза [15].

Технология получения биогаза

Анаэробное сбраживание является биохимическим процессом сбраживания биомассы в бескислородной среде под влиянием определенных видов бактерий . Несколько различных видов бактерий действуют одновременно, чтобы расчленить сложные органические отходы поэтапно, что в конечном итоге завершается получением биогаза.

Для контролируемого анаэробного сбраживания необходима герметичная камера, называемая реактором. Для обеспечения жизнедеятельности бактерий, в реакторе должна поддерживаться температура не менее 20°C. При повышении температуры, вплоть до 65°C, сокращается время обработки и на 25 -- 40% уменьшается необходимый объем бака. Существует несколько видов анаэробных бактерий, способных «действовать» и при более высокой температуре.

Существует два основных способа анаэробного сбраживания: мокрый способ АС и сухой способ АС. Основное различие между двумя способами связано с формой перерабатываемых отходов. Сухое АС связано со сбраживанием органических отходов, в неизменном виде, лишь с простой механической сортировкой после которой отходы остаются в той же твердой форме. Мокрое АС требует, чтобы отходы превратились в однородную жидкую массу, которая может перекачиваться в процессе обработки. Сухое АС, как правило, дешевле в эксплуатации, так как меньше воды нагревается и больше газа производится на единицу сырья. Тем не менее, предварительные расходы на мокрое АС ниже.

Биогаз, полученный в реакторе (также известный как «газ реактора»), на самом деле является смесью метана и диоксида углерода, составляющих более 90 процентов общего объема. Биогаз обычно содержит небольшое количество сероводорода, азота, водорода, метилмеркаптана и кислорода. Метан является горючим газом. Теплотворная способность газа реактора зависит от количества метана, который в нем содержится. Содержание метана колеблется от 55 до 80%. Типичный газ реактора с концентрацией метана 65%, содержит около 22 МДж энергии на кубический метр.

В фермерских хозяйствах небольшие реакторы простой конструкции могут производить биогаз, для производства электроэнергии местного потребления и выработки тепла. Например, биогазовая установка может переработать 30 кубических метров навоза в день, количество, производимое стадом из 500 дойных коров. Газ реактора можно использовать как топливо двигателя-генератора электроэнергии. При этом реактор такого типа позволяет вырабатывать больше электричества и получать горячей воды, чем необходимо для этого стада.

Применение биогаза

Биогаз может использоваться для производства электроэнергии в канализационных системах, в газовом двигателе ТЭЦ, где сбросное тепло от двигателя удобно использовать для нагрева реактора бигаза; приготовления пищи; обогрева помещений; нагрева воды и технологических процессов. Он может также заменить сжатый природный газ для использования в транспортных средствах, как топливо для двигателя внутреннего сгорания или для топливных элементов. Метан биогаза может быть сконцентрирован и доведен до стандартов качества ископаемого природного газа. После процесса очистки он становится биометаном.

Схема производства и использования биогаза



Примеры

Потенциал

Имеющиеся ресурсы биомассы на нашей планете могут дать нам представление о глобальных возможностях производства биогаза. Этот потенциал оценивается разными экспертами и учеными на основе различных сценариев и предположений. Однако, общий результат оценок сводится к тому, что лишь очень небольшая часть потенциальной энергии биогаза в настоящее время используются и фактическое производство биогаза может быть значительно увеличено.

Применение

Биогаз как энергоноситель может использоваться по-разному, в зависимости от природы источника биогаза и местных потребностей. Как правило, биогаз используется для производства тепла и электроэнергии путем прямого сжигания на котельных и ТЭЦ, для производства электроэнергии топливными элементами или микро-турбинами или в качестве топлива для транспортных средств.

Самым простым способом использования биогаза является прямое сжигание в котлах или горелках, которые широко используются для сжигания биогаза на небольших фермах. Прямое сжигание в обыкновенных газовых горелках широко применяется во многих странах. Для производства тепла биогаз можно сжигать, как на месте производства, так и транспортировать по трубопроводу до других конечных пользователей. В отличие от других видов применения, биогаз не нуждается в переработке и очистке от загрязнений при его сжигании для целей теплоснабжения. Тем не менее, биогаз все равно должен подвергаться конденсации и удалению частиц, компрессии, охлаждению и сушке.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ)

ТЭЦ является распространенным потребителем биогаза во многих странах с развитым сектором биогаза, так как это считается очень эффективным способом производства энергии. ТЭЦ, созданные на основе двигателя внутреннего сгорания, имеют КПД до 90% и производят 35% электроэнергии и 65% тепла. Наиболее распространенными видами ТЭЦ являются теплоэлектростанции блочного типа с двигателями внутреннего сгорания, которые соединены с генератором. Генератор, как правило, имеет постоянную скорость вращения 1500 оборотов в минуту для того, чтобы быть совместимым с частотой электрической сети. Электроэнергия, полученная из биогаза, может использоваться для привода электрического оборудования, такого как насосы, системы управления и мешалки. Прежде, чем биогаз поступит на ТЭЦ, его обезвоживают и сушат. Большинство газовых двигателей имеют очень жесткие допуски по содержанию сероводорода, галогенированного углеводорода и силоксанов, находящихся в биогазе.

Важным вопросом для энергетической и экономической эффективности биогазовой установки является использование полученного тепла. Как правило, часть тепла используется для обогрева реакторов (технологическое тепло), оставшаяся часть, примерно 2/3 от всей произведенной энергии, -- для внешних потребностей. Тепло может использоваться для промышленных процессов, сельскохозяйственного производства или отопления помещений. Наиболее подходящий потребитель - промышленность, как постоянный потребитель тепловой энергии в течение всего года. Качество тепловой энергии (температура) является важным критерием для промышленных предприятий. Использование тепла, полученного из биогаза, для отопления зданий и домашних хозяйств (мини-теплосети или центральное отопление) является еще одним вариантом, хотя он отличается неравномерным спросом на тепловую энергию: низкий спрос в летний период и высокий - в зимний период. Тепло также может использоваться для сушки сельскохозяйственных культур и древесной щепы или для разделения и дальнейшей обработки продуктов брожения.

Субстрат (сырье)

Термин субстрат относится к материалам, на которые действуют ферменты во время процесса сбраживания, в результате чего получается биогаз; эти материалы - сырье, которое используется для производства биогаза. Широкий спектр типов биомассы может быть использован в качестве сырья для производства биогаза. Наиболее распространенные категории биомассы, используемые для получения биогаза в Европе, приведены ниже:

· Навоз и суспензия

· Сельскохозяйственные отходы и субпродукты

· Усваиваемые органические отходы агропромышленного сектора (растительного и животного происхождения)

· Органические компоненты городских отходов и отходов общественного питания (растительного и животного происхождения)

· Осадки сточных вод

· Специальные культуры, выращиваемые для использования в качестве топлива и отходов (например, кукуруза, мискантус, сорго, клевер).

Использование навоза и суспензий в качестве источника биогаза выгодно, так как они обладают следующими свойствами:

· Естественное содержание анаэробных бактерий

· Высокое содержание воды (4-8% сухого вещества в суспензии), которая действует как растворитель для других субстратов и обеспечивает надлежащее смешивание и текучесть биомассы

· Относительно низкая цена

· Легкая доступность, так как их получают из продуктов жизнедеятельности домашнего скота.

Субстрат можно классифицировать по различным критериям: происхождение, содержание сухого вещества (СВ), выход метана и т.д. Субстраты с содержанием СВ менее 20% используются для так называемого мокрого сбраживания (мокрое брожение). Эта категория включает в себя суспензии и навоз, а также различные влажные органические отходы пищевой промышленности. При содержании СВ не менее 35%, этот процесс называется сухим сбраживанием (сухое брожение), что является типичным для силоса и культур, выращиваемых для использования в качестве топлива. Выбор вида и количества сырья для смеси субстрата зависит от содержания сухого вещества, а также содержание сахаров, липидов и белков в материале.

Биохимический процесс анаэробного сбраживания (АС)

АС -- микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается в отсутствие кислорода. Основными элементами этого процесса являются биогаз и продукты брожения. Процесс образования биогаза является результатом связанных между собой стадий процесса, в котором исходный материал постоянно разбивается на более мелкие единицы. Конкретные группы микроорганизмов участвуют в каждой стадии. Эти организмы последовательно разлагают продукты предыдущих стадий. Упрощенная схема анаэробного сбраживания, показанная на рисунке, отражает четыре основные стадии: гидролиз, образование кислоты, образование уксусной кислоты и образование метана.



Стадии процесса, показанного выше, происходят одновременно в резервуаре реактора.

Виды анаэробных реакторов

Существуют три основных вида реактора. Все они могут удерживать метан и снижать количество фекальных колиформных бактерий, но различаются по стоимости, пригодности к условиям климата и концентрации твердых частиц навоза, который они могут подвергать брожению.

2) социальный спрос и (или) экономическая и индустриальная заинтересованность в реализации проекта и получении его результатов.

Потенциал

Наблюдается значительный рост производства биогаза. В 2010 году в Европе в эксплуатации находилось 5900 установок (2300 МВт), причем к концу 2018 года планируется построить около 12400 установок (5800 МВт). В Европе потенциальные поставки первичной энергии с биогазом составляют около 1 ТВтч (3600 ТДж) в расчете на 1 млн. человек.

Наиболее значительными возобновляемыми источниками энергии в Беларуси является древесина и другие источники биомассы (технический потенциал около 1000 МВт).

За рубежом проблеме получения и использования биогаза уделяется большое внимание. За короткий срок во многих странах мира возникла целая индустрия по производству биогаза. Лидером в развитии биогазовой промышленности является Китай. С середины 70-х годов XX века в этой стране действует Национальная программа по получению биогаза из отходов животноводства. В настоящее время действует 10 миллионов фермерских метантенков. Кроме того, в Китае работает 40000 биогазовых станций, 24000 очистных сооружений, производящих биогаз, что обеспечивает работу 190 электростанций. Китай является экспортером биогаза и двигателей на его основе.

Европейская комиссия выделила биоэнергетику в самостоятельное направление общей энергетики, что было подтверждено на Всеевропейской конференции по биоэнергетике в октябре 2003 года в Будапеште.

Потенциал в ЕС

Европейская ассоциация биомассы (ЕАБ) считает, что в Европе производство энергии, полученной из биомассы, может быть увеличено с 72 млн. тонн н.э. в 2004 году до 220 млн. тонн н.э. в 2020 году. Наибольшим потенциалом располагает биомасса сельскохозяйственного сектора, где биогаз является важным элементом. По оценкам ЕАБ, в Европейском Союзе от 20 вплоть до 40 миллионов гектаров (млн. га) земли могут быть использованы для производства энергии без ущерба для пищевых ресурсов Европы.

Реальный потенциал производства метана, полученного из экскрементов животных; культур, выращиваемых для производства энергии; отходов, составляет около 40 млн. тонн в 2020 году, по сравнению с фактической выработкой в 5,9 млн. тонн в 2007 году. Товарные культуры (предназначенных для продажи) не принимались в расчет при определении потенциала производства биогаза и представляют дополнительные возможности. В 2020 году биогаз сможет покрыть более чем треть добычи природного газа в Европе, или около 10% потребления.

Что касается общей возможности использования энергии биомассы в Европе, то биогаз может составить 15 - 25% от общего производства биоэнергии, по сравнению с 7% в 2007 году. Потенциал биомассы для энергетики в целом гораздо больше, чем его использование на данный момент, однако этот потенциал должен расти благодаря деятельности на местном, региональном, национальном и международном уровнях.

Потенциал в Республике Беларусь

Наиболее значительным возобновляемым источником энергии в Беларуси является древесина. Ежегодно заготавливается около 13 млн. м³древесины, и 6,5 млн. м³ используется в качестве биомассы. В Беларуси большое количество водогрейных котлов мощностью от 60 до 5000 кВт работают на древесном топливе. В 2007 году из биомассы и отходов было произведено, 20 млн. кВтч электроэнергии.

В мае 2009 года Всемирный банк утвердил $ 125-милионный кредит для Беларуси с целью повышения энергоэффективности при выработке тепла и производстве электроэнергии в отдельных городах. Основная цель проекта заключается в преобразовании существующих котельных в ТЭЦ (производящих и тепло, и электроэнергию) в нескольких городах Беларуси. Данное преобразование должно обеспечить около 90 МВт дополнительной электрической мощности (Национальный правовой портал, 2009).

Беларусь очень хорошо подходит для развития энергии биомассы благодаря большой площади, пригодной для лесной отрасли промышленности; равнинной местности, хорошо развитого распределения мощности и инфраструктуры централизованного теплоснабжения, а также технически образованного общества.

Главными преимуществами биогаза являются его возобновляемость, наличие местных источников сырья для получения топлива, снижение парникового эффекта и экологического ущерба от систем сбора органических отходов, обеспечение экологически замкнутой энергетической системы. В таблице 1 приведены данные по производству биогаза в мире.



Таблица 1. Производство биогаза в мире

Страна	Объем производства биогаза в год, млн. м3	Суммарная мощность биоЭС на биогазе, МВт
США	500	200
Великобритания	200	80
Франция	40	16
Россия (потенциальные возможности)	58	-

Из таблицы видно, что в США в настоящее время годовой объем выработки биогаза составляет 500 млн. м³. Значительная часть его поступает на электростанции. Суммарная электрическая мощность установок, работающих на биогазе, составляет около 200 МВт.

В США работает более десяти крупных биогазовых заводов, один из которых (при трех откормочных комплексах на 110 тыс. голов) подает вырабатываемый биогаз в газораспределительную сеть Чикаго. Кроме этого, в США получили широкое распространение установки для использования отходов на небольших скотоводческих фермах с поголовьем крупного рогатого скота до 150 голов.

В Великобритании добывается в год около 200 млн. м³ биогаза. Суммарная мощность биоЭС Великобритании составляет около 80 МВт.

Во Франции добывается в год около 40 млн. м³ биогаза. На одной из свалок вблизи Парижа была построена биоТЭС, использующая биогаз, эмиссия которого составляет 1,5 тыс. м³ в сутки.