«Биогаз – реальная альтернатива традиционным видам топлива»

Вид материала

Содержание

Цели проекта
II. Теоретические аспекты изучения биогаза 2.1. Что такое биогаз и как он образуется?
2.2. История открытия биогаза. Первые установки.
2.3. Производство биогаза. Ситуация в России и мире.
III. Калининградская область: потенциал и актуальность производства биогаза для региона. Энергетический кризис в Калининградской
4.1 Биогазовые установки. Строение и классификация.
4.2 Биомасса – сырьё для получения биогаза.
4.3. Создание биогазовой установки в домашних условиях.
4.4. Способы бытового применения биогаза.
Социологический опрос среди учащихся 8-11 классов на тему «Биогаз»
V. Исследование рациональности получения и использования биогаза
Вид расхода
Анкета для учеников 8-10 классов
Терминологический словарь.

Подобный материал:

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 5

Исследовательско-конструкторская работа

на тему:

«Биогаз – реальная альтернатива традиционным видам топлива»

Руководитель:

Скулкина Татьяна Геннадьевна,

учитель физики

Выполнили учащиеся 11 «А» класса:

Салабаев Дмитрий, Королёв Артем,

Чернова Евгения.

.

г. Светлый

2009

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...............................................................................................................................3

Цели проекта.......................................................................................................................4
Теоретические аспекты изучения биогаза........................................................................5

Что такое биогаз и как он образуется?....................................................................5
История открытия биогаза. Первые установки.......................................................6
Производство биогаза. Ситуация в России и мире.................................................6

Калининградская область: потенциал и актуальность производства биогаза для региона.....................................................................................9
Практические аспекты изучения биогаза........................................................................11
1. Биогазовые установки. Строение и классификация..............................................11
2. Биомасса – сырьё для получения биогаза...............................................................12
3. Создание биогазовой установки в домашних условиях........................................13
4. Способы бытового применения биогаза.................................................................13
Исследование рациональности получения и использования биогаза……………..….15

Заключение………………………………………………………………………………...16

Приложение………………………………………………………………………………..17

Введение

В данный момент мир стоит на пороге энергетического кризиса. Большая часть используемых в мировом хозяйстве топливных ресурсов невозобновляема. Выход из сложившейся проблемы один – находить, изучать и внедрять в хозяйство альтернативные виды получения топлива/энергии. Сейчас среди уже найденных способов получения энергии имеются: ветряные, солнечные, геотермальные. Однако все они требуют дорогостоящего оборудования и зависят от территориального фактора – энергию с их помощью можно получить только в определенных местах. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время. Сырьё для получения биогаза можно найти практически в любой местности, где развито сельское хозяйство, в первую очередь животноводство, затраты на создание установок для биогенераторов относительно невелики, а само производство экологически чисто. Для переработки используются дешевые отходы сельского хозяйства - навоз животных, помет птицы, солома, отходы древесины, сорная растительность, бытовые отходы и органический мусор, отходы жизнедеятельности человека и т.п.

Нас заинтересовал этот довольно необычный способ получения топлива, поэтому наш проект посвящён именно исследованию биогаза.

При разработке нашего проекта мы пользовались двумя методами исследования: теоретическим и практическим. Теоретический заключался в сравнительном анализе литературных источников, поиске сведений о получении и использовании данного вида топлива. Практический – в эксперименте, в конструировании собственного портативного биогенератора из подручных материалов.

Но действительно ли биогаз является настолько выгодным видом получения энергии? Это мы и попытались выяснить в нашем проекте-исследовании, выяснить на собственном примере.

Цели проекта

При планировании проекта-исследования мы поставили перед собой следующие цели:

Удостовериться, действительно ли биогаз является одним из самых выгодных альтернативных видов топлива.

каковы затраты на создание установки для генерирования газа из биомассы?
какова энергоёмкость биомассы и самого биогаза?
сопоставимы ли объём биогаза, получаемого в бродильных установках (а, следовательно, энергия, выделяемая при его сгорании) и энергия, затраченная на его генерирование?
является ли производство биогаза безотходным (какие побочные продукты можно получить в результате генерирования биогаза)?

Выявить актуальность получения биогаза и его использования для нашего региона – Калининградской области.

имеются ли в Калининградской области ресурсы, достаточные для нормального функционирования генерирующих установок (если да, то в каких количествах)?
каковы перспективы создания биогенерирующих установок в Калининградской области?

Создать собственный портативный биогенератор в домашних условиях.

возможно ли создать биогенератор с помощью подручных материалов?
насколько экономически выгодна будет эта установка?

Исследовать способы бытового применения биогаза.

возможно ли применить топливо, полученное из биомассы, в домашнем хозяйстве?
какие виды расходов в быту можно осуществлять с применением биогаза?

Выяснить насколько экологически чистым является производство биогаза.

II. Теоретические аспекты изучения биогаза

2.1. Что такое биогаз и как он образуется?

Биогаз – смесь газов. Его основные компоненты: метан (СН4) - 55-70% и углекислый газ (СО2) – 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например – сероводород (Н2S).

Наиболее важные для практического применения физические свойства биогаза таковы: средняя теплота сгорания биогаза, содержащего около 60% метана, равна 22 МДж/м³. Поскольку горючая часть биогаза состоит из метана (температура воспламенения метана около 645 ° С), его причисляют к семейству природных газов.

Биогаз получается в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации органических веществ самого разного происхождения (см. Приложение, рисунок 1). «Метановое сбраживание» происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, обычно называемая кислотообразующими бактериями, или бродильными микроорганизмами, расщепляет сложные органические соединения (клетчатку, белки, жиры и др.) в более простые, при этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения – летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окись углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти менее сложные органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий – метанообразующих, которые превращают органические кислоты в требуемый метан, а также углекислый газ и др.

В этом сложном комплексе превращений участвует великое множество микроорганизмов, по некоторым данным – до тысячи видов, но главное из них все-таки метанообразующие бактерии. Метанообразующие бактерии значительно медленнее размножаются и более чувствительны к изменениям окружающей среды, чем кислотообразующие микроорганизмы – бродильщики, поэтому вначале в сбраживаемой среде накапливаются летучие кислоты, а первую стадию метанового сбраживания называют кислотной. Потом скорости образования и переработки кислот выравниваются, так что в дальнейшем разложение субстрата и образование газа идут одновременно. И естественно, от условий, которые создаются для жизнедеятельности метанообразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения.

Как кислотообразующие, так и метанообразующие бактерии встречаются в природе повсеместно, в частности в экскрементах животных. Считается, что в навозе крупного рогатого скота имеется полный набор микроорганизмов, необходимых для его сбраживания. И подтверждением этому является то, что в рубце и кишечнике жвачных животных постоянно идет процесс метанообразования. Следовательно, нет необходимости применять для получения биогаза чистые культуры метанообразующих бактерий для того, чтобы вызвать процесс брожения. Достаточно лишь обеспечить для уже имеющихся в субстрате бактерий подходящие условия для их жизнедеятельности.

Итак, биогаз – это доходы из отходов.

2.2. История открытия биогаза. Первые установки.

В XVII столетии Ян Батист Ван Гельмон обнаружил, что разлагающая биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающиеся биомассы и количеством выделяемого газа. В1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом.

Самая первая биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

2.3. Производство биогаза. Ситуация в России и мире.

Ведущее место в мире по производству биогаза занимает Китай. Начиная с середины 70-х гг., в этой стране ежегодно строилось около миллиона метантенков^¹. В настоящее время их количество превышает 20 млн. штук. КНР обеспечивает 30% национальных потребностей в энергии за счет биогаза. В Китае около 10 млн. «семейных» биогазовых реакторов ежегодно производят около 7,3 млрд. м³ биогаза (по данным 2005 г.). Биогазовая продукция в Китае оценивается в 7,9.10⁶Гкал/год.

Второе место в мире по производству биогаза занимает Индия, в которой еще в 30- годы была принята первая в мире программа по развитию биогазовой технологии. На конец 2000 г. в сельских районах Индии было построено свыше 1 млн. метантенков, что позволило улучшить энергообеспеченность ряда деревень, их санитарно-гигиеническое состояние, замедлить вырубку окрестных лесов и улучшить почвы. Сегодня ежедневное производство биогаза в Индии составляет 2,5-3 млн. куб. м.

В Непале создана и активно функционирует национальная биогазовая компания. Биогазовые установки успешно работают в восьми животноводческих хозяйствах Японии. Большое количество биогазового топлива производится: в США - эквивалентно 2,2.10⁶ Гкал, Германии - 3,3.10⁶ Гкал, Японии -1,4.10⁶ Гкал, Швеции - 1,2.10⁶ Гкал.

В странах Западной Европы в настоящее время налажен серийный выпуск биогазовых установок поточного типа. Одна такая установка перерабатывает птичий помет от 10 тыс. кур-несушек, обеспечивая среднесуточное производство 100 м3 биогаза (60% метана), и окупается за 1,9 года при использовании перебродившего шлака в качестве органического удобрения.

Рассмотрим какая ситуация с производством биогаза сложилась в России в настоящее время.

На территории России продуцируется до 14-15 млрд. т биомассы. По результатам исследований Института энергетической стратегии РФ общее количество органических отходов агропромышленного комплекса России в 2005 г. составило 225 млн. т (в расчете на сухое вещество; по энергосодержанию эквивалентно 80,6 млн. т н.э.), включая:

– птицеводство - 5,8 млн. т;

– животноводство - 58,3 млн. т;

– растениеводство - 147 млн. т;

– перерабатывающая промышленность 14 млн. т.

Впервые в СССР о производстве биогаза задумались в начале 60-х гг. прошлого столетия в Институте биохимии им. А.Н.Баха АН СССР. Именно эти исследования и их промышленное воплощение явились точкой отсчета в создании отечественной промышленной биоэнергетики и активного фундаментального исследования процессов биосинтеза метана и биогазификации.

С 1961 г. по 1964 г. на Грозненском ацетонобутиловом заводе (г. Грозный) проводились исследования по разработке технического регламента промышленной технологии и подбору оборудования для производства кормового витамина В-12 и биогаза методом термофильного метанового брожения ацетонобутиловый барды на специально созданной опытно-промышленной установке с объемом опытного метантенка 200 м³.

В дальнейшем эта технология была внедрена на двух ацетонобутиловых заводах. Каждый цех, перерабатывая до 3000 м³ барды в сутки, производил до 30 тыс. м³ биогаза, который использовался как топливо в основном производстве и экономил до 25% природного газа.

Три критерия, определившие создание и развитие биогазовой промышленности в России (и ранее в СССР):

– разработка технологии и создание крупномасштабного производства витамина В-12 и биогаза;

– теория о биологическом происхождении природного газа;

– огромная сырьевая база.

Идея была разработана и просчитана в 1972-1973 гг. и воплотилась в проект в 1979 г. Этот проект был поддержан руководством СССР и в 1980 г. включен в программу Государственного Комитета СССР по науке и технике.

По этой программе в период с 1980 г. по 1990 г. было построено три крупных биогазовых станции:

– г. Пярну бывшей Эстонской ССР (свинокомплекс на 30 тыс. голов);

– совхоз «Огре» Рижского района бывшей Латвийской ССР (свинокомплекс на 5 тыс. голов);

– колхоз «Большевик» Нижнегорского района Крымской обл. (свинокомплекс на 24 тыс. голов).

Вне проекта, но при поддержке государства, была построена опытно-промышленная биоэнергетическая станция на 50 тыс. голов птицы (Октябрьская птицефабрика, Истринский район, Московская обл.). Также вне проекта силами завода Химического машиностроения им. М.Фрунзе в г. Сумы была разработана и создана биогазовая установка «БИОГАЗ-1» на 3 тыс. голов свиней.

Развитие рыночной экономики и появление новых форм собственности в сельскохозяйственном производстве потребовали разработки высокорентабельных технологий и оборудования, работающих в любой климатической зоне и в любой российской глубинке, удаленной от централизованного энергообеспечения. Такие технологии и оборудование создаются с 1992 г.

Биогазовые технологии могут эффективно эксплуатироваться в любом климатическом регионе огромной России. Сама природа дает в руки человека инструмент, с одной стороны, для удержания баланса углекислоты на безопасном уровне («парниковый эффект»), с другой - для повышения урожая зеленой массы - источника энергии.

При интенсивном подъеме сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий объем производимых органических отходов может составить 675 млн. т (по сухому веществу), а потенциальное производство биогаза - 225 млрд. м³/год.

III. Калининградская область: потенциал и актуальность производства биогаза для региона. Энергетический кризис в Калининградской области.

Сельское хозяйство в Калининградской области развито довольно хорошо. Основу агропромышленного комплекса региона составляет, в первую очередь, животноводство. Одна часть всего поголовья скота сосредоточена в фермерских и коллективных хозяйствах, другая – в частных приусадебных. На конец 2006 года поголовье скота в хозяйствах всех категорий Калининградской области составило^¹ (см. Приложение,, таблица 1):

Коров – 40,5 тыс. голов;
Крупного рогатого скота – 80,1 тыс. голов;
Свиней – 52 тыс. голов;
Овец и коз – 41,4 тыс. голов.

В среднем каждая голова (считается среднее количество получаемых экскрементов от всего скота в расчете на одну единицу) даёт 4 кг навоза в день. Таким образом, за сутки калининградское животноводство вырабатывает 856 тонн органических отходов.

Исходя из вышеперечисленных данных видно, что потенциал для производства биогаза в Калининградской области имеется, причём неплохой. Следовательно, более выгодно использовать биогаз. К сожалению, в Калининградской области на данный момент биогаз фактически не производится.

Основываясь на данных о расходе биогаза для помещения площадью 120 м²(см. Приложение, таблица 2) мы рассчитали, что в сутки возможно получить, как минимум 25680 м³ газа и отопить 3210 помещений площадью 60 м², что эквивалентно отоплению 40-ка пятиэтажных домов. Данный результат свидетельствует о том, что органические отходы, получаемые только от животноводства Калининградской области способны отапливать города численностью менее 7 тыс. человек, например: Багратионовск (6,7тыс. чел.), Янтарный (5,3 тыс. чел.), Озёрск (5,2 тыс. чел.), Мамоново (7,0 тыс. чел.), Полесск (7,1 тыс. чел.).

Не секрет, что в ближайшее время в Калининградской области наступит энергетический кризис. Главных причин у него две. Первая – эксклавность нашего региона: Калининградская область сама не может полностью обеспечивать себя электроэнергией, а потому и вынуждена получать её, следующую транзитом из «большой» России. Вторая – закрытие Литвой Игналинской атомной электростанции, чего требует руководство Европейского союза, и которая выработала свой ресурс. Калининградская область часть энергии покупает у Литвы, а с закрытием «Игналинки» эта страна сама вынуждена будет покупать электроэнергию зарубежом, пока не построит новую АЭС, что займёт как минимум пять лет. Создавшийся дефицит не сможет восполнить даже введение в эксплуатацию второго блока недавно построенной Калининградской ТЭЦ-2. Всё это ведёт к тому, что Калининградской области нужны новые мощности. Руководство области и Федеральное агенство по атомной энергетике видят единственный выход из сложившейся ситуации в строительстве собственной атомной станции, но о сроках воплощения идеи в жизнь и хранении отходов станции речь почему-то не идёт. Строительство же биогазовых установок может существенно смягчить последствия кризиса.

Таким образом, использование этого вида топлива перспективно для Калининградской области. Учитывая проблемы, связанные с энергоносителями и энергетикой в нашей области, биогаз может стать как минимум вспомогательным источником энергии. Все факторы и условия для производства биогаза в нашем регионе имеются. Уверены, что в ближайшее время ситуация с производством биогаза в самом западном уголке России изменится.

IV. Практические аспекты изучения биогаза

4.1 Биогазовые установки. Строение и классификация.

Все известные биогазовые установки сходны по своему строению. Основными элементами аппаратов являются: реактор для биомассы (метатенк), газгольдер, нагревательное устройство и устройство для перемешивания субстрата.

Биогазовые установки различаются по нескольким критериям: форме метатенков, способам перемешивания и подогрева биомассы.

Установки для производства биогаза по способам перемешивания и подогрева биомассы обычно подразделяют на четыре основных типа:

без подвода тепла и без перемешивания сбраживаемой биомассы;
без подвода тепла, но с перемешиванием сбраживаемой биомассы;
с подводом тепла и с перемешиванием биомассы;
с подводом тепла, с перемешиванием биомассы и со средствами контроля и управления процессом сбраживания.

Метатенк может быть разнообразной формы. Различают яйцевидные, цилиндрические с конусными верхней и нижней частями, резервуары, имеющие форму параллелепипеда, а также резервуары в виде вырытой в грунте траншеи. Каждый из этих видов имеет свои преимущества и недостатки, однако наиболее распространены цилиндрические биореакторы.

Рассмотрим каждую из составных частей биогазовой установки.

Отличительные черты бродильной камеры (биореактора):

во-первых, полная герметичность без всякого газообмена и протечек жидкости через стенки;

во-вторых, надежная теплоизоляция;

в-третьих, стойкость к коррозии. При этом внутренняя часть камеры должна быть доступной для обслуживания, обязательны простые устройства для загрузки камеры навозом и ее опорожнения.

Биореакторы часто заглубляют в землю, что обеспечивает хорошую их теплоизоляцию и герметизацию. В бродильных камерах обязательно предусмотрена возможность надежной вентиляции.

Нагревательные устройства:

Подогрев в биореакторах с перемешивающими устройствами осуществляется с помощью шлангов, труб и других теплообменных устройств, через которые пропускают горячую воду. Температура последней в теплообменнике не превышает 60°С, так как более высокая температура вызывает налипание на поверхностном теплообменнике частиц биомассы.

Приспособления для перемешивания:

Для эффективной работы биореактора в нем предусматривается мешалка для перемешивания сбраживаемой массы и предотвращения образования корки. Конструкции мешалок разнообразны. Они бывают механическими (с ручным или электрическим приводом), а также гидравлического или пневматического действия.

Газгольдеры:

Эти аппараты выполняются в виде надстроек на бродильные камеры, а также отдельно стоящими, соединенными с бродильными камерами трубопроводами.

4.2 Биомасса – сырьё для получения биогаза.

Биомасса является эффективным возобновляемым источником энергии. Понятие «биомасса» используется как в общем плане – всего сырья состоящего из органических веществ, так и в узком – именно как сырья для биогазовой установки. Использование биомассы проводится в следующих направлениях: прямое сжигание, газификация, производство этилового спирта для получения моторного топлива, производство биогаза из сельскохозяйственных и бытовых отходов.

Биомасса, главным образом в форме древесного топлива, является основным источником энергии приблизительно для 2 млрд. человек. Для большинства жителей сельских районов «третьего мира» она представляет собой единственно доступный источник энергии. Биомасса, как источник энергии, играет важнейшую роль и в развитых странах. В целом биомасса дает седьмую часть мирового объема топлива, а по количеству полученной энергии занимает наряду с природным газом третье место. Из биомассы получают в 4 раза больше энергии, чем дает ядерная энергетика. Ресурсы биомассы в различных видах есть почти во всех регионах, и почти в каждом из них может быть налажена её переработка в энергию и топливо. На современном уровне за счёт биомассы можно перекрыть 6-10% от общего количества энергетических потребностей промышленно развитых стран.

Биомасса – это также и главное, и единственное сырьё биогенератора (не считая воды, конечно). В состав биомассы могут входить любые органические отходы, причём только органические. Ими могут быть: экскременты крупного и мелкого рогатого скота, птиц, растительные и бытовые пищевые отходы.

В зависимости от своего состава биомасса влияет на объём получаемого из неё газа (см. Приложение, таблица 3, 4).

4.3. Создание биогазовой установки в домашних условиях.

Исследовав теоретические сведения, практические способы получения биогаза наша исследовательская группа загорелась идеей создания собственной портативной биогазовой установки в домашних условиях с помощью подручных средств и материалов.

Для того чтобы сконструировать установку мы изучили методы создания многих приборов для получения биогаза.

Остановились мы на довольно простой конструкции (см. Приложение, рисунок 1, 2, 3). Метатенками-биогенераторами в нашей установке стали пятилитровые пластиковые бутылки из-под питьевой воды, для фильтрации газа, выходящего из метатенка, мы придумали и создали водный затвор с помощью шприца и части бутылки (см. Приложение, устройство биогенератора). Биомасса, используемая установкой, состоит из куриного помёта, пищевых органических отходов (скисшие молочные продукты, овощные очистки) и воды. Нашему биогенератору мы дали название «Радуга-7»

Собрав прибор и залив биомассу, предварительно проверив её кислотность (см. Приложение, рисунок 4), в метатенки мы запечатали его, поставили установку в помещение с температурой окружающей среды и укрыли изоляционным материалом. Через трое суток мы выпустили воздух из метатенков, чтобы внутри остался только биогаз, и снова поставили биогенератор для дальнейшего процесса сбраживания.

Спустя неделю мы осторожно ослабили зажим и поднесли горящую спичку. Но…, к сожалению, ничего не случилось, мы не смогли получить биогаз. Однако мы не стали отчаиваться и решили попробовать ещё раз, тем более, что в первый раз температура ночью доходила до 0°c. Во второй раз установка была наполнена в середине апреля. И спустя две недели нам всё-таки удалось получить биогаз!!! Итак, экспериментальным способом мы доказали возможность получения биогаза с помощью установки, созданной нами в домашних условия.

4.4. Способы бытового применения биогаза.

В быту биогаз может найти самое широкое применение. Так как по своим физическим свойствам биогаз похож на метан, то практически всё универсальные хозяйственное оборудование, работающее на привычном для нас топливе, прекрасно подходит и для функционирования на биогазе. Единственным затруднением может являться лишь то, что биогаз по сравнению с природным газом обладает несколько худшей способностью к воспламенению, что вызывает небольшие трудности при регулировании последнего. (Например, при установке крана на «малый огонь» в кухонных плитах (это происходит из-за разного давления двух газов на стенки труб)).

Приборами, фактически безукоризненно работающими на биогазе, являются:

Горелки для отопительных установок (эти приборы используют в системе отопления жилых помещений для подогрева воздуха в различных сушилках и кондиционерах, причем применяют как обычные горелки с забором атмосферного воздуха, так и горелки с дутьем)
Водонагреватели
Газовые плиты с горелками на верхней поверхности и с духовкой (наши кухонные плиты)

Биогаз может использоваться как в сельском, так и в домашнем хозяйстве, основными видами расхода энергии здесь являются (см. Приложение, таблица 2):

Подогрев воды на бытовые нужды
Отопление жилых и нежилых помещений
Приготовление пищи
Консервирование пищевых продуктов

Биогаз также обладает высокими антидетонационными свойствами и может служить отличным топливом для двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием и для дизелей, не требуя их дополнительного переоборудования (необходима только регулировка системы питания). Сравнительные испытания учёных показали, что удельный расход дизельного топлива составляет 220 г/кВт.ч номинальной мощности, а биогаза 0,4 м3/кВт.ч. При этом требуется около 300 г/кВт, ч (м. б. — 300 г) пускового топлива (дизельного топлива, используемого в качестве «запала» для биогаза). В результате экономия дизельного топлива составила 86%.

Социологический опрос среди учащихся 8-11 классов на тему «Биогаз»

После успешного получения биогаза, мы заинтересовались тем, знают ли наши одноклассники что-нибудь о биогазе. Для этого нами была составлена анкета, состоящая из пяти вопросов (см. Приложение). Некоторые из них требовали развернутого ответа, другие имели варианты ответа. Результаты (см. Приложение) оказались довольно предсказуемыми. Если в одних вопросах почти все ребята указали по несколько видов альтернативных источников энергии, то про биогаз знала лишь четверть опрошенных, а о его экономичности – лишь единицы. Таким образом, результаты данного опроса свидетельствуют о малой информативности ребят, а, значит, следующего поколения работоспособного населения, о биогазе. Однако наше анкетирование заставило их задуматься о биогазе, что само по себе является положительным результатом.

V. Исследование рациональности получения и использования биогаза

Когда наша проектная группа выбирала тему для создания проекта, мы изучили большой объем литературы об альтернативных видах энергии, но решили остановиться на самом выгодном из них - биогазе. И, действительно, чем больше мы исследовали биогаз, тем сильнее убеждались в том, что этот вид топлива - самый дешёвый. Мы провели исследовательскую работу и выяснили стоимость энергии выделяемой при генерировании биомассы: 0,01 долл./(кВт.ч ). Это сравнительно меньше чем другие альтернативные виды энергии (солнечная – 1-2 долл./(кВт.ч ), ветряная – 0,05-0,1 долл./(кВт.ч )).

Однако эти способы по различным причинам не гарантируют постоянного получения энергии. Например: не всегда будет светить солнце (что необходимо для выработки энергии из солнечных батарей), не всегда будет дуть сильный ветер (для ветряных установок), не так часты приливы (приливные электростанции) и т.д. Но биогаз будет всегда, пока есть сельское хозяйство, ведь для его получения необходима выработка первоначального продукта, что является частью процессов жизнедеятельности животных. Для Калининградской области характерен высокий уровень развития сельского хозяйства, следовательно, производство биогаза очень выгодно в нашем регионе.

Ещё одно преимущество выработки биогаза – побочный продукт. Остаток, образующийся в процессе получения биогаза, содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения. Технология переработки навоза в анаэробных условиях в специальных герметичных реакторах — метантенках является наиболее перспективной с агрохимической (производство удобрений), экологической (обеззараживание и дезодорация) и энергетической (производство топлива и электроэнергии) эффективности получения удобрений. Сброженная в метантенке масса представляет собой легкоусвояемое растениями и лишенное возбудителей болезней и семян сорняков жидкое высококонцентрированное органическое удобрение, содержащее макро- и микроэлементы, аминокислоты и фитогормоны, стимулирующие рост растений.

Мы провели опрос в г. Светлый среди тех людей, кто ведёт домашнее хозяйство. И на вопрос: «Знали ли вы, что из экскрементов животных можно получать удобрение и биогаз который можно использовать в быту практически за бесценок?», около 90% ответили: «Нет, не знали, но это хорошая идея» и около 10% ответили: «Что-то слышали, но на это нет времени». Итак, биогаз действительно экономичен. Биогаз – это реальная альтернатива традиционным видам топлива.

Заключение

Данный проект завершен, но наше исследование еще не подошло к концу. Мы совершили увлекательное путешествие в мир биогаза. Наша проектная группа узнала много нового, интересного и полезного о биогазе и его получении. Однако пора вернуться к целям и вопросам, которые мы поставили в самом начале нашего исследования.

На первый, экономический вопрос мы уже ответили (см. стр. 13).
Мы выяснили, что Калининградская область имеет достаточные ресурсы для создания биогазовых установок.
Действительно, Калининградская область имеет довольно большой потенциал для производства биогаза.
Создание биогенератора возможно с помощью подручных средств. Для этого нужны материалы, которые используются в повседневной жизни. Нам удалось создать такую установку.
Наша установка оказалась экономически выгодной. Менее чем за две недели мы получили около 0,12 м³.
Биогаз, полученный с помощью биогенератора возможно применять в сельском и домашнем хозяйстве. Биогаз способен заменить природный газ в универсальных устройствах.
В быту биогаз может использоваться для подогрева воды, отапливания помещений, приготовления пищи, как топливо для автомобиля и некоторых других нужд.

Мы выяснили, что биогаз является более экологически чистым веществом, чем большинство других видов топлива. Никаких вредных веществ (кроме небольшого количества углекислого газа) в процессе получения биогаза не выделяется.

Однако, для того, чтобы производство биогаза в России достигло промышленных масштабов необходимо, чтобы этим заинтересовались на государственном уровне, донести сведения об экономической эффективности биогаза до потенциально возможных производителей (предпринимателей, фермеров и др.). Развитие производства биогаза позволит как существенно сэкономить расходы государства в энергетической отрасли, так и защитить кошельки простых граждан от «кусающихся» цен на энергоносители и тарифов на электроэнергию.

На этом наша исследовательская группа ни в коем случае не собирается останавливаться, мы хотим продолжить наши исследования в сфере энергосбережения, в частности именно в Калининградской области и городе Светлом.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1. Поголовье основных видов скота в хозяйствах всех категорий в Калининградской области (данные Федеральной службы государственной статистики, 2006год)

Вид скота	Поголовье (тыс.)
коровы	40,5
крупный рогатый скот	80,1
свиньи	52
овцы и козы	41,4

Таблица 2. Расход биогаза для помещения, площадью 120 м²

Вид расхода	Расход м³/сутки
Подогрев воды на бытовые нужды	2,3
Отопление жилых помещений (сентябрь)	8,0
Приготовление пищи	0,6
Консервирование пищепродуктов	1,9
Всего	12,8

Таблица 3. Содержание и выход метана в различных видах органических отходов.

Органические отходы	Выход СН₄, м³/кг сухого вещества	Содержание СН₄ (%)
Помёт индеек	0,640	62,0
Молочные отходы	0,625	82,0
Свиной навоз	0,580	77,5
Помёт кур	0,370	54,0
Навоз быков+меласа	0,300	48,0
Навоз быков	0,290	56,2
Силосные отходы	0,250	84,0
Навоз быков+солома	0,220	52,0
Навоз коров	0,208	55,0

Таблица 4. Увеличение продукции биогаза при смешивании разных отходов

Отходы	Продукция биогаза	Увеличение продукции (%)
Навоз КРС+куриный	0,634	6,0
Помёт птицы	0,617
Навоз КРС+ куриный+свиной (1:0,5:0,5)	0,585	11,0
Свиной навоз	0,569
Навоз КРС+птиц	0,528	6,0
Навоз КРС+свиной	0,510	7,0
Навоз КРС	0,380
Навоз КРС+сосняки	0,363	5,0
Сосняки	0,277

Анкета

для учеников 8-10 классов

на тему «Альтернативные источники энергии».

Фамилия _________________________

Имя __________________

Класс _____________

Какие виды альтернативной энергии (топлива) ты знаешь?

__________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Слышал ли ты о энергетическом кризисе в Калининградской области?
1. Да
2. Нет
Слышал ты что-либо о биотопливе?
1. Да
2. Нет
3. Вроде слышал, но не помню что это
Знаешь ли ты что такое биогаз?
1. Да
2. Нет
Как ты думаешь, какой вид топлива (энергии) наиболее экономичен?

_________________________________________________________________

Рисунок 2.

Схема биогенератора «Радуга-7»

Рисунок 2.

Схема биогенератора «Радуга-7»

Рисунок 3, 4. Портативный переносной генератор биогаза (биогенератор) «Радуга-7».

Рисунок 5. Проверка кислотности

Рисунок 6. За созданием установки

Рисунок 7. Исследовательская группа проводит теоретические…

Рисунок 8. …и практические изыскания в области производства биогаза.

Терминологический словарь.

БИОГАЗ – газ, образующийся в результате метанового брожения различных органических отходов сельского хозяйства, лесообрабатывающей и пищевой промышленности, коммунального хозяйства и др.; состоит из метана (30-75%) и диоксида углерода. Используется как топливо.

БИОГЕНЕРАТОР (БИОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА) – прибор для получения биогаза.

БИОМАССА – сырьё для биогазовых установок, полностью состоящее из органических отходов.

МЕТАТЕНК (БИОРЕАКТОР) – приспособление для хранения биомассы во время ёе брожения.

ГАЗГОЛЬДЕР – ёмкость для хранения только что полученного биогаза.

Список использованной литературы и ресурсов

Скорик Ю.И., Флоринская Т.М., Баев А.С. Отходы большого города: как их собирают удаляют и перерабатывают. – СПБ, 1998.
Энергосбережение. – СПб, 2002.
Ресурсосбережение. – СПб, 2003.
energy-efficiency.ru.
recyclers.ru.
www.waste.ru.

1 Здесь и далее определение терминов см. в Приложении (терминологический словарь)

1 По данным Федеральной службы государственной статистики, 2007 год

Blog