Usina de biogás para residência particular: recomendações para a realização de um projeto caseiro

Um proprietário econômico sonha com recursos energéticos baratos, eliminação eficiente de resíduos e obtenção de fertilizantes.Uma usina doméstica de biogás DIY é uma maneira barata de tornar seu sonho realidade.

A automontagem desses equipamentos custará uma quantia razoável e o gás produzido será uma boa ajuda no lar: pode ser usado para cozinhar, aquecer a casa e outras necessidades.

Vamos tentar entender as especificidades deste equipamento, suas vantagens e desvantagens. E também se é possível construir você mesmo uma usina de biogás e se ela será eficaz.

Especificidades da produção de biogás

O biogás é formado como resultado da fermentação de um substrato biológico. É decomposto por bactérias hidrolíticas, formadoras de ácido e metano. A mistura de gases produzida pelas bactérias é inflamável, pois contém uma grande porcentagem de metano.

Suas propriedades praticamente não diferem do gás natural, utilizado para necessidades industriais e domésticas.

Se desejar, todo proprietário de casa pode comprar uma planta de biogás industrial, mas é cara e o investimento compensa dentro de 7 a 10 anos. Portanto, faz sentido fazer um esforço e fazer um biorreator com as próprias mãos

O biogás é um combustível ecologicamente correto e a tecnologia para sua produção não causa muito impacto ao meio ambiente. Além disso, os resíduos que precisam ser descartados são utilizados como matéria-prima para o biogás.

Eles são colocados em um biorreator, onde ocorre o processamento:

• a biomassa fica exposta a bactérias por algum tempo. O período de fermentação depende do volume da matéria-prima;
• Como resultado da atividade das bactérias anaeróbias, é liberada uma mistura inflamável de gases, que inclui metano (60%), dióxido de carbono (35%) e alguns outros gases (5%). A fermentação também libera sulfeto de hidrogênio potencialmente perigoso em pequenas quantidades. É venenoso, por isso é altamente indesejável que as pessoas sejam expostas a ele;
• a mistura de gases do biorreator é purificada e fornecida a um tanque de gás, onde é armazenada até ser utilizada para o fim a que se destina;
• o gás de um tanque de gás pode ser usado da mesma forma que o gás natural. Vai para eletrodomésticos - fogões a gás, caldeiras de aquecimento, etc.;
• A biomassa decomposta deve ser regularmente removida do fermentador. Este é um trabalho adicional, mas o esforço compensa. Após a fermentação, a matéria-prima se transforma em fertilizante de alta qualidade, que é utilizado em campos e hortas.

Uma usina de biogás só é benéfica para o proprietário de uma casa particular se ele tiver acesso constante aos resíduos das fazendas de gado. Em média, a partir de 1 metro cúbico. Você pode obter 70-80 metros cúbicos de substrato. biogás, mas a produção de gás é desigual e depende de muitos fatores, incluindo temperaturas da biomassa. Isso complica os cálculos.

As usinas de biogás são ideais para fazendas. Os resíduos animais podem fornecer gás suficiente para aquecer totalmente instalações residenciais e anexos

Para que o processo de produção de gás seja estável e contínuo, é melhor construir várias usinas de biogás e adicionar o substrato aos fermentadores com diferença de horário.Essas instalações operam em paralelo e as matérias-primas são carregadas nelas sequencialmente.

Isto garante uma produção constante de gás, para que possa ser fornecido continuamente aos eletrodomésticos.

Idealmente, o biorreator deve ser aquecido. Cada 10 graus de calor aumenta a produção de gás pela metade. Embora a instalação de aquecimento exija investimento, compensa pela maior eficiência do projeto

Caseiro equipamento de biogás, montado a partir de sucata, é muito mais barato que as instalações de produção industrial. Sua eficiência é menor, mas vale a pena o investimento. Se você tem acesso a esterco e deseja se esforçar para montar e manter a estrutura, isso é muito lucrativo.

Vantagens e desvantagens do sistema

As usinas de biogás têm muitas vantagens, mas também muitas desvantagens, portanto, antes de iniciar o projeto e a construção, você deve pesar tudo:

• Reciclando. Graças a uma usina de biogás, você pode obter o máximo benefício dos resíduos que, de outra forma, teriam que ser descartados. Este descarte é menos perigoso para o meio ambiente do que o aterro.
• Renovabilidade de matérias-primas. A biomassa não é carvão ou gás natural, cuja extracção esgota os recursos. Na agricultura, as matérias-primas aparecem constantemente.
• Quantidade relativamente pequena de CO2. Quando o gás é produzido, o meio ambiente não fica poluído, mas quando é utilizado, uma pequena quantidade de dióxido de carbono é liberada na atmosfera. Não é perigoso e não é capaz de alterar criticamente o ambiente, porque... é absorvido pelas plantas durante o crescimento.
• Liberação moderada de enxofre. Quando o biogás é queimado, uma pequena quantidade de enxofre é liberada na atmosfera.Este é um fenômeno negativo, mas sua escala pode ser vista em comparação: na queima do gás natural, a poluição ambiental com óxidos de enxofre é muito maior.
• Trabalho estável. A produção de biogás é mais estável que o trabalho painéis solares ou turbinas eólicas. Embora a energia solar e eólica não possa ser controlada, as usinas de biogás dependem da atividade humana.
• Várias configurações podem ser usadas. O gás sempre traz riscos. Para reduzir potenciais danos em caso de acidente, diversas usinas de biogás podem ser espalhadas pelo local. Se um sistema de vários fermentadores for adequadamente projetado e montado, ele operará de forma mais estável do que um único grande biorreator.
• Benefícios para a agricultura. Alguns tipos de plantas são plantados para obtenção de biomassa. Você pode escolher aqueles que melhoram as condições do solo. Por exemplo, o sorgo reduz a erosão do solo e melhora a sua qualidade.

O biogás também tem desvantagens. Embora seja um combustível relativamente limpo, ainda polui a atmosfera. Também poderá haver problemas com o fornecimento de biomassa vegetal.

Proprietários de plantas irresponsáveis ​​muitas vezes colhem-nas de tal forma que esgotam a terra e perturbam o equilíbrio ecológico.

Cálculo da rentabilidade da instalação

O esterco de vaca é normalmente utilizado como matéria-prima para a produção de biogás. Uma vaca adulta pode produzir o suficiente para fornecer 1,5 metros cúbicos. combustível; porco – 0,2 metros cúbicos; frango ou coelho (dependendo do peso corporal) – 0,01-0,02 metros cúbicos. Para entender se isso é muito ou pouco, você pode compará-lo com tipos de recursos mais familiares.

1 metro cúbico o biogás fornece a mesma quantidade de energia térmica que:

• lenha – 3,5kg;
• carvão – 1-2 kg;
• eletricidade – 9-10 kW/h.

Se você souber o peso aproximado de resíduos agrícolas que estarão disponíveis nos próximos anos e a quantidade de energia necessária, poderá calcular a rentabilidade de uma usina de biogás.

Uma das principais desvantagens da produção de biogás é o cheiro. A possibilidade de utilizar pequenos montes de compostagem é uma grande vantagem, mas você terá que suportar os transtornos e controlar cuidadosamente o processo para não provocar a propagação de patógenos

Para colocá-lo no biorreator, é preparado um substrato que inclui diversos componentes nas seguintes proporções:

• estrume (melhor vaca ou porco) – 1,5 t;
• desperdício orgânico (podem ser folhas podres ou outros componentes de origem vegetal) – 3,5 t;
• água aquecida a 35 graus (a quantidade de água quente é calculada de forma que sua massa seja 65-75% da quantidade total de matéria orgânica).

O cálculo do substrato foi feito para uma postura durante seis meses, com base no consumo moderado de gás. Após cerca de 10-15 dias, o processo de fermentação dará os primeiros resultados: o gás aparecerá em pequenas quantidades e começará a encher o armazenamento. Após 30 dias, você pode esperar a produção total de combustível.

Os equipamentos para produção de biogás ainda não estão particularmente difundidos em nosso país. Isto se deve em grande parte à falta de conscientização das pessoas sobre as vantagens e características dos sistemas de biogás. Na China e na Índia, muitas pequenas explorações agrícolas estão equipadas com fábricas improvisadas para produzir combustível limpo adicional

Se a instalação estiver funcionando corretamente, o volume de biogás aumentará gradativamente até o substrato apodrecer. O desempenho da estrutura depende diretamente da taxa de fermentação da biomassa, que por sua vez está relacionada com a temperatura e umidade do substrato.

Instruções para autoconstrução

Se você não tem experiência na montagem de sistemas complexos, faz sentido selecionar online ou desenvolver o desenho mais simples de uma planta de biogás para uma residência particular.

Quanto mais simples for o design, mais confiável e durável ele será. Posteriormente, ao desenvolver habilidades na construção e manuseio do sistema, você poderá refazer o equipamento ou instalar uma instalação adicional.

Projetos industriais caros incluem sistemas para mistura de biomassa, aquecimento automático, purificação de gás, etc. Os equipamentos domésticos não são tão complicados. É melhor montar uma instalação simples e depois adicionar os elementos necessários

Ao calcular o volume do fermentador, deve-se focar em 5 metros cúbicos. Esta instalação permite obter a quantidade de gás necessária para aquecer uma casa privada com área de 50 metros quadrados, caso seja utilizada uma caldeira a gás ou fogão como fonte de calor.

Este é um valor médio, porque O conteúdo calórico do biogás geralmente não é superior a 6.000 kcal/m3.

Para que o processo de fermentação prossiga de forma mais ou menos estável, é necessário atingir as condições corretas de temperatura. Para isso, o biorreator é instalado em uma cova de terra ou um isolamento térmico confiável é pensado antecipadamente. O aquecimento constante do substrato pode ser garantido colocando um tubo de aquecimento de água sob a base do fermentador

A construção de uma usina de biogás pode ser dividida em várias etapas.

Etapa 1 - preparação da cava para o biorreator

Quase toda a usina de biogás é subterrânea, então depende muito de como a cava foi cavada e acabada. Existem várias opções para reforçar as paredes e vedar a fossa - anéis de plástico, concreto, polímero.

A solução ideal é comprar anéis de polímero prontos com fundo sólido. Eles custarão mais do que os materiais disponíveis, mas nenhuma vedação adicional será necessária. Os polímeros são sensíveis a cargas mecânicas, mas não têm medo de umidade e substâncias quimicamente agressivas. Eles não podem ser reparados, mas, se necessário, podem ser facilmente substituídos.

A intensidade da fermentação do substrato e a liberação do gás dependem do preparo das paredes e do fundo do biorreator, por isso a cava é cuidadosamente reforçada, isolada e vedada. Esta é a etapa mais difícil e demorada do trabalho

Etapa 2 - arranjo de drenagem de gás

Comprar e instalar misturadores especiais para usinas de biogás é uma proposta cara. O sistema pode ser barateado com a instalação de drenagem de gás. Consiste em polímero instalado verticalmente canos de esgoto, em que muitos furos são feitos.

Ao calcular o comprimento dos tubos de drenagem, você deve se concentrar na profundidade planejada de enchimento do biorreator. Os topos dos tubos devem estar acima deste nível.

Para drenagem de gases, você pode escolher tubos de metal ou polímero. Os primeiros são mais fortes e os últimos são mais resistentes às influências químicas. É melhor dar preferência aos polímeros, pois o metal enferruja e apodrece rapidamente

Você pode carregar imediatamente o substrato no biorreator acabado. É coberto por uma película para que o gás liberado durante a fermentação fique sob leve pressão. Quando a cúpula estiver pronta, isso garantirá o fornecimento normal de biometano através do tubo de saída.

Etapa 3 - instalação da cúpula e tubos

A etapa final da montagem da planta de biogás mais simples é a instalação da parte superior da cúpula. No ponto mais alto da cúpula, instale um tubo de exaustão de gás e estique-o até porta-gás, do qual você não pode prescindir.

O recipiente do biorreator é fechado com uma tampa hermética. Para evitar que o biometano se misture com o ar, é instalado um selo d'água. Também serve para purificação de gases. Deve ser fornecida uma válvula de liberação que funcionará se a pressão no fermentador for muito alta.

Leia mais sobre como fazer biogás a partir de esterco neste material.

O espaço livre do biorreator serve, em certa medida, como armazenamento de gás, mas não é suficiente para o funcionamento seguro da instalação. O gás deve ser consumido constantemente, caso contrário, é possível uma explosão devido ao excesso de pressão sob a cúpula

Métodos para aquecer um biorreator

Os microrganismos que processam o substrato estão constantemente presentes na biomassa, mas para sua reprodução intensiva necessitam de uma temperatura de 38 graus ou superior.

Para aquecimento durante os períodos de frio, você pode usar uma bobina conectada ao sistema de aquecimento doméstico ou aquecedores elétricos. O primeiro método é mais econômico, por isso é usado com mais frequência.

A usina de biogás não precisa ser enterrada, existem outras opções de arranjo. Um exemplo de funcionamento de um sistema montado a partir de barris é mostrado no vídeo abaixo.

A maneira mais fácil de organizar o aquecimento por baixo é colocar um tubo do sistema de aquecimento, mas a eficiência desse trocador de calor é relativamente baixa. É melhor providenciar aquecimento externo, de preferência a vapor, para que a biomassa não superaqueça

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Embora não haja nada complicado na montagem e disposição dos equipamentos de biogás, é preciso estar extremamente atento aos detalhes. Erros são inaceitáveis, porque pode levar a explosões e destruição. Oferecemos instruções em vídeo que o ajudarão a entender o projeto das usinas, montá-las corretamente e complementá-las com dispositivos úteis para um uso mais conveniente do biogás.

O vídeo descreve como funciona e funciona uma planta de biogás padrão:

Um exemplo de planta de biogás caseira. Tutorial em vídeo sobre como configurar um sistema com suas próprias mãos:

Instruções em vídeo para montar uma usina de biogás a partir de um barril:

Descrição do processo de fabricação dos misturadores de substrato:

Descrição detalhada do funcionamento de um armazenamento de gás caseiro:

Por mais simples que seja a instalação de biogás escolhida para uma casa particular, você não deve economizar nela. Se possível, é melhor comprar um biorreator industrial dobrável.

Caso contrário, faça-o com materiais sustentáveis ​​e de alta qualidade: polímeros, concreto ou aço inoxidável. Isso permitirá que você crie um sistema de fornecimento de gás verdadeiramente confiável e seguro em casa.

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