2.2. Биогазовое топливо

В зависимости от вида органического сырья состав биогаза может менятся, но, в общем случае, в его состав входят компоненты, приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Состав биогаза

Газ	Химическая формула	Объемная доля
метан	СН4	40-70 %
Углекислый газ	СО2	30-60%
водород	Н2	0-1%
сероводород	Н2S	0-3%
другие газы		1-5%

Так как биогаз на 2/3 состоит из метана – горючего газа, составляющего основу природного газа, его энергетическая ценность (удельная теплота сгорания) составляет 60-70% энергетической ценности природного газа, или порядка 7000 ккал на м3. 1м3 биогаза также эквивалентен 0,7 кг мазута и 1,5 кг дров.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:

1. осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;

2. анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила приводит к минерализации основных компонентов удобрений (азота и фосфора) и их сохранению (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);

3. при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;

4. биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;

5. биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Биогазовые технологии позволяют наиболее рационально и эффективно конвертировать энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и высокоэффективных органических удобрений, применение которых, в свою очередь, позволит существенно снизить производство минеральных удобрений, на получение которых расходуется до 30% электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством[3].

Глава 2. Твердые бытовые отходы как источник биогаза.

Биогаз полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), образующийся при анаэробном разложении органической составляющей отходов, интересен с разных точек зрения.

Из 1 т сухого вещества ТБО образуется 170-200 м3 биогаза, половину объема которого и 25-30% массы составляет метан - сильнейший парниковый газ. Влияние свалочного метана ставится в один ряд с мощнейшими природными (болота) и техногенными (нефтегазовые месторождения) источниками, его вклад в развитие парникового эффекта оценивается в 6%. По интенсивности выбросов метана с единицы площади поверхности (порядка 200 т/год с 1 га) полигоны ТБО превосходят все другие источники.

Метан горюч и взрывоопасен, что вынуждает заниматься дегазацией массива отходов и обезвреживанием биогаза независимо от намерений по его использованию.

С биогазом буквально улетучивается до 20% первоначальной массы сухого вещества ТБО, в том числе 8-10% - за время эксплуатации полигона. Убыль массы отходов сопровождается увеличением их плотности и снижением влажности, т.к. перерабатывается на биогаз прежде всего легкая органика с рыхлой структурой и высокой влажностью.

Если собрать и использовать половину образующегося биогаза, то это будет равноценно утилизации 10% отходов, доставленных на полигон. Для сравнения: на таком же уровне оценивается возможный уровень утилизации отходов на полигоне при помощи дорогостоящих мусоросортировочных комплексов. Причем, при сортировке мусора энергия потребляется (25-30 кВт*ч/т ТБО), а при утилизации биогаза - вырабатывается (50-60 кВт*ч/т ТБО).

По энергетическому потенциалу 1 м3 биогаза соответствует 0,5 м3 природного газа. Газоэнергетический потенциал полигона, на котором размещен 1 млн. т ТБО с влажностью 40%, можно рассматривать как техногенное месторождение с запасами 50-60 млн. м3 природного газа. Объем добычи биогаза на полигоне ТБО может составить 10-15 м3 в год на 1 жителя обслуживаемого населенного пункта. Утилизация биогаза на полигоне, обслуживающем город с населением 100 тыс. человек, может обеспечить потребности в электричестве и тепле жилого поселка с населением 1 тыс. человек. Причем это техногенное газовое месторождение не создается специально: гигантский биохимический реактор, коим является полигон ТБО - это побочный продукт жизнедеятельности человека, своего рода отхожее место города. Существенное отличие этого месторождения от природных - отсутствие газонепроницаемой изоляции, вследствие чего без оперативной добычи газа одновременно с его генерацией образующийся биогаз будет просто выбрасываться в атмосферу, загрязняя ее.

Теоретический энергетический потенциал биогаза при объемном содержании метана 50% составляет 5 кВт*ч/м3. При 100% использовании всего добытого газа, теоретическая мощность газоэнергетической установки, работающей на биогазе, могла бы составить 600 кВт на 1 млн. м3/год утилизируемого биогаза.

Технический энергетический потенциал составляет от теоретического при использовании биогаза:

-в качестве котельного топлива 90-92%;

-в качестве моторного топлива с выработкой электроэнергии 35-37%;

-в качестве моторного топлива с когенерацией (совместной выработкой) электрической и тепловой энергии - от 75% до 87% в зависимости от технических решений утилизаторов теплоты.

Возможная максимальная выработка энергии на биогазе в 2-3 раза превосходит собственные потребности полигона. Эффективность использования биогаза в большой степени зависит от сезонной и суточной неравномерности потребления энергии. Генерация и объемы добычи биогаза в течение года относительно стабильны, тогда как электрические и тепловые нагрузки подвержены значительным колебаниям по сезонам и времени суток. Вследствие этого в отдельные периоды расход утилизируемого биогаза будет недостаточен для покрытия пиковых нагрузок, а при спаде потребляемых мощностей - избыточен.

Даже с учетом недостаточно высокого КПД использования собранного биогаза, применение его в качестве моторного топлива с выработкой электрической и тепловой энергии обеспечивает значительное снижение затрат на топливно-энергетические ресурсы[4].