Біогазова галузь в Україні: експериментально-пілотна стадія з орієнтацією на ліцензії?

Відходи тваринництва — сировина для одержання добрив і енергії

Відходи сільгоспвиробництва акумулюють у собі величезний запас поживних речовин, необхідних для розвитку рослин. Водночас вони є неоціненним поновлюваним джерелом енергії. Енергія, що міститься у кормах, використовується сільгосптваринами з низьким коефіцієнтом засвоєння. Так, наприклад, в організмі корови в результаті складних біохімічних процесів корми трансформуються в органічні речовини тіла тварини, у молоко, м’ясо, шкіру. При цьому в продукти тваринництва переходить лише 16,4% усієї енергії кормів, 25,6% енергії витрачається на перетравлення і засвоєння. Решта (58%) стає надбанням гною. У системі “корм—тварина—гній” (для корови з річним надоєм 5000 кг) у гній іде 82% азоту, 70% фосфору і майже весь калій.

Проте в перегної, що вивозиться на поля, поживних елементів залишається лише 10–15% їх вмісту у вихідному гної.

Найбільш ефективною і перспективною з погляду енергозбереження й охорони навколишнього середовища є комплексна переробка відходів тваринництва з використанням біологічного методу — метанового зброджування. Продукт такого зброджування — біогаз — використовується як паливний енергоносій. Залежно від вмісту в ньому метану, його енергоємність може бути різною. Біогаз з вмістом 56% метану має енергоємність 20 МДж/м3, 62% — 22,7 МДж/м3, 70% — 25 МДж/м3. Для порівняння: природний газ — 33,6 МДж/м3, дизпаливо — 36 МДж/л, бензин — 30,5 МДж/л.

З 1 м3 біогазу в середньому утворюється 2,1 кВт·ч електричної енергії і 3,2 кВт теплової за ккд системи 0,8. Біогаз може використовуватися як паливо для автотранспорту. Для цього він компресується і закачуєтся в балони аналогічно до природного газу.

Відферментована маса, що перебродила, на вигляд не відрізняється від первинної сировини, маючи близьку до неї вологість. Водночас це готове високоякісне знезаражене і позбавлене неприємних запахів органічне добриво, придатне для безпосереднього внесення в грунт без додаткового витримування в траншеях і відстійниках. У відферментованій масі знищені патогенна мікрофлора, гельмінти і здатність насінння бур’янів до проростання, але цілком збережена поживна цінність гною за азотом, фосфором, калієм тощо. Втрати загального азоту у відферментованій масі становлять 1–3%, тоді як після природного дозрівання (перепрівання) гною вони сягають 25–30%. Завдяки нейтральному значенню рН, застосування відферментованої маси як добрив виключає закислення і вилуження грунтів.

За механічного поділу відферментованої маси утворюються зневоднений шлам і рідкі стоки, які мають ті самі агрохімічні й удобрювальні властивості, що й відферментована маса. Зневоднений шлам має вологість 65–75% і може використовуватися як тверде органічне добриво або для одержання біогумусу з вмістом гумусу на рівні 15–17%.

Рідкі стоки містять 0,8–1,0% зваженої речовини і без жодної додаткової обробки можуть використовуватися для підживлення рослин. На основі стоків можна готувати рідкі органо-мінеральні добрива.

Досвід впровадження біогазових установок у світі і в Україні

Перші біогазові установки (БГУ) виникли ще до створення наукових основ метаногенезу. В Індії (Бомбей) вони були вже в 1900 р. У 1918 р. аналогічні установки з’явилися в Німеччині, у 1928 — в Англії, у 1930 р. — у США. БГУ були спробою імітації природних процесів розкладання органічної речовини в болотах із виділенням болотного газу, що містить метан.

В Індії акцент було зроблено на сімейні й громадські біогазові установки. До 1993 р. там налічувалося близько 1,85 млн БГУ. Програма децентралізації виробництва енергії, ініційована урядом Індії в 1995 р., забезпечила підтримку проектів з виробництва енергії у сільських громадах з використанням біогазу одиничною потужністю від 10 до 15 МВт.

Широко розвинулося сімейне й громадське одержання біогазу в Китаї. Наприкінці 1978 р. там функціонувало 7,15 млн БГУ. У 1995 р. сімейні БГУ Китаю виробляли 1,3 млрд м3 біогазу. Але, крім сімейних,у країні є ще 600 великих і середніх БГУ, що використовують відходи від тваринництва і птахівництва, а такаж від виноробних і спиртових виробництв. Китай — єдина країна у світі, що має спеціалізований науково-дослідний інститут (м. Ченду). При інституті функціонує навчальний центр з підготовки спеціалістів для країн Азії і тихоокеанського басейну.

В Європі нині діють близько 6400 БГУ різних типів. На них виробляють 10,37 ТВт·ч електро- і 36,53 ПДж теплової енергії на рік. Зокрема, у Німеччині на сільгоспвідходах працюють близько 400 БГУ з об’ємами метантенків до 600–800 м3. У період з 1995 до 1998 рр. було побудовано 8 централізованих БГУ, і сумарна місткість усіх працюючих метантенків досягла 190 тис. м3. Досить широко поставлена справа одержання енергії за допомогою БГУ у Великобританії, Австрії, Італії, Данії, Швеції, Голландії.

На Американському континенті БГУ одержали менше поширення, ніж у Європі. У США на спеціалізованих комплексах ВРХ і свинофермах експлуатуються понад 10 великих установок, які характеризуються великою продуктивністю за вихідною сировиною: 500 і більше м3/добу. Для Канади характерні дрібніші установки, оскільки там законодавчо обмежена велика концентрація поголів’я тварин. Характерною для США і Канади є та обставина, що біогазова технологія переважно розглядається як локальний природоохоронний захід і меншою мірою як енергетичний. У США останнім часом виявляють інтерес до систем очищення біогазу від двоокису вуглецю і доочищення стоків після метанового зброджування, про що свідчить факт закупівлі комплексу устаткування з очищення біогазу в Україні (Сумське об’єднання ім. М.В. Фрунзе в 2001 р. поставило до США дослідний зразок такої установки).

Розвиток біогазових технологій в Україні почався зі спорудження у 1959 р. у Запорізькій філії Всесоюзного науково-дослідного інституту електрифікації сільського господарства установки, розрахованої на переробку гною від 150 дійних корів і 20 свиноматок. З 1984 р. в галузі технології метанового зброджування працює Українське науково-проектне об’єднання “УкрНДІагропроект”, а також Інститут мікробіології і вірусології АН України (Київ). На основі їхніх робіт було створено дві дослідно-промислові БГУ. Одну — на птахофабриці “Київська” (об’єм метантенка — 20 м3, продуктивність — до 60 м3 біогазу з 2 м3 посліду за добу); друга — у свинорадгоспі “Росія”, Черкаська область (об’єм метантенка — 160 м3, продуктивність за біогазом — 200–250 м3/добу). Промислові зразки БГУ були створені Запорізьким конструкторсько-технологічним інститутом сільськогосподарського машинобудування (“КОБОС-1”, 1983 р.) і Сумським машинобудівним об’єднанням ім. М.В. Фрунзе (“Біогаз 301С”, 1984 р.). Установка “КОБОС-1” з об’ємом метантенка 250 м3 була установлена в с. Гребінки Київської області, і ще кілька аналогічних БГУ продано в Росію. Установка “Біогаз 301С” 20 років пропрацювала в підсобному господарстві Сумського НПО ім. М.В. Фрунзе. За розробкою Сумського ВНДІКомпресормаш створено установку “Біогаз 2-401С” продуктивністю 20 м3/добу за вихідною сировиною для підсобного господарства Уфімського машинобудівного заводу.

На рівні дослідницьких і експериментальних робіт БГУ займається низка установ України, як-от:
— Інститут технічної теплофізики НАН України;
— Інститут електродинаміки НАН України;
— Український інститут досліджень навколишнього середовища і ресурсів;
— Український державний лісотехнічний університет;
— Український науковий центр технічної екології (Донецьк).

Деякі установи і підприємства мають власні експериментальні зразки БГУ. Зокрема, фастівське ВАТ Машинобудівний завод “Червоний Жовтень” разом із київською науково-виробничою фірмою “Альтек” створили малогабаритну біогазову установку з об’ємом метантенка 2–4 м3, призначену для переробки відходів ВРХ. Дніпропетровське ЗАТ “Об’єднана інжинірингова компанія" розробляє і виготовляє БГУ з об’ємами метантенків 3 і 6 м3 для індивідуальних господарств.

За проектом Сумського НВО ім. М.В. Фрунзе і донецького Українського наукового центру технічної екології (УкрНТЕК) у Харківській області (с. Н-Мажарове) будується установка “Біогаз 5–61С”. Вона призначена для переробки відходів ВРХ, її продуктивність за вихідною сировиною — 50 т/добу. Одержуваний біогаз має використовуватися для виробництва 640 Гкал/рік теплової енергії, тверда фракція — як органічне добриво, а рідкі стоки — для зрошення. БГУ впроваджується за фінансової підтримки Комітету енергозбереження України.

УкрНТЕК розробив також проекти установок “Біогаз 6 МГС3”, “Біогаз 15 МГС1”, “Біогаз 50 МГС1” для малих фермерських господарств Донецької і Сумської областей. Установку "Біогаз 6 МГС3" у 2003 р. змонтовано і запущено в одному з фермерських господарств поблизу міста Лімасол на Кіпрі.

Отже, в Україні біогазова технологія перебуває нині в стадії переважно експериментальних зразків і пілотних проектів.

І. Семененко,
канд.техн.наук, провід. наук. співробітник УкрНТЕК (Донецьк),
В. Кравець,
канд.техн.наук, провід. наук. співробітник УкрНТЕК (Донецьк),
Т.Чеботар,
ст. викладач Миколаївського ДАУ
А.Кравець,
студент ДНТУ.
Далі буде >>>