Перспективы получения биогаза в России?

Россия является крупнейшим в мире поставщиком природного газа, поэтому перспективы развития технологий по получению биогаза в нашей стране весьма туманны. Тем не менее в России есть люди, которые вопреки всему занимаются развитием альтернативных энергетических технологий. Сегодня на Хабре была опубликована одна из статей таких энтузиастов.

Что такое биогаз
Процесс переработки биомассы в биогаз [1] заключается в том, чтобы поместить биологические отходы (навоз, стоки очистных сооружений, пивную барду и т.п.) в ёмкости, которые называются ферментерами. Такая емкость должна быть плотно закрыта, чтобы обеспечить безкислородное брожение отходов, которые время от времени необходимо перемешивать. Температура процесса должна быть 35-55 °C. Спустя несколько недель из ферментеров начинает выделяться горючий газ, представляющий собой смесь метана и углекислого газа с небольшими примесями сероводорода. Этот газ называется биогаз. Концентрация метана в нем 50-60%. Если биогаз очистить от примесей и CO2 — получим биометан. Полный аналог природного газа. Процесс получения биогаза имеет свои особенности, но в целом технология достаточно простая.

 

Сырье для биогазового процесса
К сожалению не все сырье сразу можно использовать для переработки. Куриный помет и свиные стоки очень токсичны, поэтому требуется добавление буферных веществ, таких как силос, свежая трава или коровий навоз. Сырье не должно содержать существенных примесей тяжелых металлов, химических веществ, ПАВов. На реальных производствах активно используют антибиотики, которые явно не афишируются, но они применяются в огромном количестве. Моющие и дезинфицирующие вещества тоже способны сорвать процесс синтеза биогаза. Если совсем не использовать дезсредства — возникает плесень. К дополнительным трудностям можно отнести несовершенные системы навозоудаления. В сырье постоянно встречаются гайки, гвозди, проволока и даже кирпичи. Все это способно запросто угробить фекальные насосы, мешалки или забить трубопроводы. Биогазовый процесс не любит сезонных колебаний кормления животных. Также требуется постоянный контроль режимов работы станции и контроль еще множества факторов. Ну и, конечно, русское авось. Фактор исторический, прогнозу не подлежащий. Также в России достаточно холодный климат для такой технологии. Особенно за Уралом и в Сибири. Но это еще не все проблемы…

 

Слабые места биогазовой технологии
Самое слабое место в биогазовом процессе — низкая скорость переработки биомассы и качество получаемого биогаза. Процесс на самом деле неустойчивый и капризный. Из-за низкой скорости переработки требуются огромные ферментеры. Это приводит к существенным капитальным затратам на строительство станций по переработке отходов и, как следствие, такие проекты долго окупаются и требуют государственных дотаций. По пути господдержки производителей биогаза пошли все ведущие страны этой отрасли, такие, как Германия и большинство европейских стран. Форма такой поддержки реализована в «зеленом» тарифе — т.е. покупке электрической и тепловой энергии по завышенным ценам. Этот важный механизм государственной поддержки стимулировал производителей на первоначальном этапе, но позднее привел к стагнации отрасли с технической точки зрения, так как фирмы производители биогазового оборудования не особо заботились о качестве и новых технологиях. И так все покупали. Но времена меняются. Кризис отрасли будет огромен, как только меры господдержки будут свернуты, о чем уже заявили многие европейские страны, что привело к появлению множества судебных исков инвесторов [2]. Поэтому в ближайшее время я ожидаю бум предложений по продаже устаревших биогазовых технологий в Россию, где эта отрасль развита слабо, а государственные дотации будут в нее огромны. Это очень опасная тенденция, которую нельзя допустить. Рынок биогаза в России может остаться за российскими компаниями, но эти компании должны поддержать научные разработки с целью получить опережающий технический задел в биогазовой технологии. И это, в первую очередь, связано со значительным ускорением биогазового процесса. Также в России должна быть климатически адаптированная технология, которую можно использовать вплоть до Сибири.

 

Изобретаем велосипед заново…
Чтобы действительно иметь существенные конкурентные преимущества над существующими европейскими технологиями в России необходимо создать биогазовую технологию, которая

1. На 50% увеличит скорость переработки биомассы в биогаз
2. Минимум на 15% увеличит концентрацию метана в биогазе непосредственно в ферментере вне зависимости от вида и качества сырья по сравнению с классическими технологиями
3. Как минимум не приведет к увеличению стоимости, а как максимум сократит капитальные затраты при масштабировании технологии до промышленного масштаба
4. Технология должна быть устойчива к климатическим особенностям вплоть до Сибирского региона

Это те минимальные требования, которые позволят снизить риски инвесторов и повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность промышленных биогазовых объектов.

При этом технология должна быть интегрирована в новые проекты строительства животноводческих комплексов, так как внедрение в уже существующие практически бесперспективно. Это, в первую очередь, связано с несовершенной системой навозоудаления, отсутствием технической инфраструктуры и специалистов соответствующего уровня. И, конечно, требуются серьезные научные исследования в биогазовых технологиях.

 

Научный подход к проблеме
В России существуют ряд исследовательских групп, работающих в направлении улучшения биогазовых технологий и адаптации их к российским условиям. Такую деятельность ведут, в частности, специалисты Белгородского института альтернативной энергетики [3]. Это, пожалуй, наиболее удачный пример подхода к работе по решению проблем в области возобновляемой энергетики (ВИЭ). Однако, таких примеров и научных групп должно быть больше и они должны быть объединены в некое научное сообщество, которое задает стандарты и предлагает передовые технологии с учетом мирового опыта и отечественных разработок. При этом эффективную биогазовую технологию должны сопровождать технологии

1. Пробоподготовки сырья (системы перемещивания, ультразвукового обеззараживания, стерилизации и т.п.)
2. Контролинга процесса (промышленные контроллеры, адаптированные к таким задачам, СКАДА системы и т.п.)
3. Системам и технологиям контроля состава биогаза (современные газоанализаторы, сенсоры, датчики)
4. Системы и технологии утилизации низкокалорийного биогаза (эффективные газовые котлы, бойлеры, генераторы электричества)
5. Системы экологического мониторинга
6. Системы очистки биогаза до биометана
7. Исследования и технологии использования биогазового удобрения для сельского хозяйства
Этот список можно продолжать и продолжать

Перспективными для российских условий может стать создание гибридных подходов, т.е. проектов, содержащих не только биогазовые реакторы, но и ветросолнечные системы и(или) установки отнимающие часть тепла земли (тепловые насосы). Такой подход требует создания дополнительных технологий по контролю солнечной инсоляции, ветровых характеристик и специализированного программного обеспечения. Таким образом, возобновляемая энергетика вполне способна стать драйвером многих отраслей экономики и бизнеса, ведь в России практически нет технологий, сопровождающих эту отрасль. При этом рынок ВИЭ в России огромен. Доказательством этому является пример оценки потенциала ВИЭ, о котором я писал в своей последней статье. При этом реальный масштаб потенциала этого рынка еще не оценен, что также является одной из интересных задач. Важным является подготовка специалистов биогазовой отрасли, технологов, инженеров в ВУЗах и профессиональных лицеях и колледжах ПТУ. На удивление проблематику ВИЭ начали обсуждать на высоком государственном уровне. Тенденция складывается очень благоприятная [4].

 

Скромный вклад энтузиастов
В течение четырех последних лет авторы статьи ведут исследования биогазовых технологий с целью получения скоростной технологии переработки биомассы в биогаз. При этом неожиданно быстро нами были получены очень приличные результаты, которые были высоко оценены независимыми немецкими экспертами из научного сообщества Fraunhofer. Процесс получения биометана российскими энтузиастами приведён на видео ниже.

 

 

Не смотря на кажущуюся простоту установок, которые были сделаны своими руками из подручных материалов, на них были проведены сотни экспериментов по исследованию биогазовых процессов. Фактические же данные по микробиологии, концентрации газов, контролингу, логгированию были получены на самом современном оборудовании, к примеру, с использованием СКР-газоанализа. Авторы разработки готовы открыто делиться своими результатами в надежде, что данный уникальный опыт будет полезен профильным специалистам и экспертам.

 

Перспективы биогаза в России
По мнению авторов в большинстве южных областей европейской части России биогазовая технология будет устойчива. При этом мы также считаем, что биогазовые станции возможно строить и в сибирских условиях, но с использованием активационных биогазовых подходов, современных утеплительных материалов, добавок в исходное сырье региональных энергетических культур, к примеру, для Томской области клеверного силоса, который отлично взращивается даже в северных районах области. Также такие объекты могут быть в гибридном исполнении и иметь резервный источник тепла на случай крайне сильных морозов. Да, простые твердотоплевные котлы на дровах или угле на всякий случай. Ничего зазорного в этом нет, к тому же пик холодов и аномалии в погоде должны сопровождаться переходом установок в режим сбережения энергии системами контролинга, которые должны быть связаны с системами оперативных метеонаблюдений. Большую проблему представляет утилизация биогаза летом, когда тепла не надо, как зимой, а газа вырабатывается огромное количество. Здесь также имеется простор для развития технологий, в частности, производства «холода» летом для хранения сельскохозяйственной продукции, замораживания ягод, грибов, дикоросов и т.д. Или наоборот — наладить бизнес по варке полуфабрикатов, выпечке хлеба, сушке леса и так далее. Простор для бизнес-размышлений огромен.

 

Используемые ссылки
[1] Биомасса как источник энергии. Издательство МИР, 1985 г.
[2] О проблемах «Зеленого тарифа» (www.tek.rbc.ua/rus/ukrainskiy-rynok-ne-budet-interesen-investoram-v-sluchae-11072014105300)
[3] Белгородский институт альтернативной энергетики www.altenergo-nii.ru/science/
[4] Протокол заседания Президиума совета при Президенте РФ

 

Авторы статьи также делятся своей коллекцией статей, книг, аналитики, которая была накоплена за все годы. Скачать материалы можно здесь.