Биотопливо своими руками в домашних условиях, учимся делать биогаз и биодизель

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте в этом материале.

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Производство

Процесс производства, как мы уже говорили, достаточно простой, даже несмотря на то, что проходит он в домашних условиях.

Чтобы сделать брикеты для топки печей своими руками необходимо:

Подготовить качественное сырье, измельчить его до нужной консистенции, просушить. Для того чтобы улучшить качество горения, в любое сырье можно добавить бумагу.
При необходимости добавить связующий элемент (глину, лигнин), долить воды, загрузить в пресс-машину.
Провести прессование изделия в подходящей форме при высоком давлении и желательно высокой температуре.
Высушить готовое изделие, по возможности упаковать для защиты от внешних факторов. При сушке можно использовать ветошь и бумагу, способные вытянуть из брикета остатки влаги.

Проведя все эти работы вы получите отличное топливо, которым можно легко и быстро истопить баню, обогреть дом. При этом на длительном временном отрезке вы ощутите выгоду и экономию средств от применения подобных экодров.

Отметим, что во время работы следует постараться добиться влажности брикетов не более 10-12%, чтобы они отлично горели. Промышленно изготовленные брикеты имеют влажность менее 10%.

Чтобы убедиться в отменных характеристиках подобного вида топлива, можно купить себе немного евробрикетов на пробу в любом магазине. В то же время для создания подходящей атмосферы можно иногда растапливать камин или печь обычными дровами, ведь применение разных видов топлива не несет взаимоисключающий характер.

Ещё в середине прошлого века во многих регионах нашей страны, где были проблемы с древесиной, но зато было развито животноводство, кизяки являлись популярным видом топлива. Потом их вытеснили поставки угля и газификация, но тема производства топливных брикетов из навоза по-прежнему интересна.

Сейчас навоз чаще всего применяется в органическом земледелии, в качестве натурального и полезного удобрения. Но это далеко не все области использования этого натурального сырья. Мы рассказывали о саманных домах, где наполнителем строительных брикетов тоже может выступать навоз. Кроме того, органический материал применяется в производстве биогаза, который тоже является альтернативным топливом.

Заготовка кизяка. Цимлянская станица, 1875–1876 гг.

Но мы поговорим не о биогазе, а именно о топливных брикетах из навоза, кизяках, активно использовавшихся нашими предками для обогрева домов с печным отоплением.

Кизяк — это не просто навоз, отходы жизнедеятельности животных. Это навоз, смешанный с соломой, опилками, сеном, спрессованный в небольшие брикеты, кирпичики или лепёшки, и высушенный. В таком виде навоз становится неплохим топливом для обогрева, например, теплицы, бани или дачного дома, вполне заменяя дрова и даже уголь.

Для сравнения приведём показатели примерного содержания энергии в различных видах биологического топлива:

Топливо	МДж/кг	кВт·час/кг
Сухой навоз	16	4,4
Свежая древесина с влажностью 60%	6	1,7
Высушенная в уличных условиях древесина с влажностью 20%, обычные дрова	15	4,2
Солома в тюках	15	4,2
Уголь	28	7,8

Как видим, показатели удельной теплоты сгорания у сухого навоза даже немного выше, чем у дров, которые сушились на улице. Кроме того, кизяки горят тлеющим пламенем, пользователи отмечают, что по своим свойствам горения они похожи на бурый уголь.

Главное преимущество навоза как альтернативного топлива — экономичность. Если есть своё хозяйство — коровы, козы, овцы, кролики, другая живность, то топливо получается абсолютно бесплатным. Можно попросить у соседей, которые занимаются фермерством и сами навоз активно не используют. Целую машину навоза можно заказать и купить, стоить будет порядка 11 тысяч рублей.

Ещё один плюс — зола от кизяков станет отличным удобрением, это экологически чистое и безотходное топливо.

Основной минус кизяков — делать такое топливо своими руками долго, придётся приложить много усилий. Кроме того, сама мысль о том, что придётся возиться с таким органическим сырьём, фекалиями животных, отпугивает многих. Отметим, что, согласно многочисленным отзывам, во время горения кизяков никаких неприятных запахов нет. В русских печах на таком топливе раньше пекли хлеб.

В процессе производства брикетов из навоза, конечно, приятного мало, согласимся. Но в целом, с утилизацией органических отходов сталкиваются все, кто занимается животноводством, так почему бы не сделать это с пользой для хозяйства.

Виды экологически чистого биотоплива

Приставку «БИО» на этикетки сейчас добавляют часто исходя из правил успешного маркетинга. Вопросы сохранения экологии и чистоты сегодня в моде по всей планете. Биопродукты, биокосметика, моющие биосредства, очистные и энергетические биостанции и даже биотуалеты. Дошло дело и до каминов и топлива к ним.

Конструктивно камины на биотопливе оборудованы стандартной горелкой и баком для жидкого топлива. Регулировка размеров пламени и темпов сгорания горючего осуществляется посредством заслонки.

Если ее полностью закрыть, то огонь в биоочаге попросту тухнет сам собой. В целом, биокамин – это отличный способ обогрева комнаты и привнесения в нее нотки уюта от отблесков “костра”.

Биокамин отличается от своего дровяного прародителя используемым для получения пламени горючим – поленья в нем заменены на бездымное топливо в виде жидкости

Получение биотоплива для такого камина подразумевает использование возобновляемых природных ресурсов, экологически чистых технологий и исходного сырья при производстве. Плюс сжигание его не должно давать вредных выбросов в атмосферу. Без горючего топлива человечество пока не может обойтись. Но сделать его менее вредоносным нам под силу.

Существует три вида биотоплива:

Биогаз.
Биодизель.
Биоэтанол.

Первый вариант является прямым аналогом природного газа, только он не добывается из недр планеты, а производится из органических отходов. Второй делают путем переработки различных масел, получаемых в результате выжимки масленичных растений.

Как таковым топливом для биокаминов является третий вариант – биоэтанол. Биогаз в основном используют для генерации тепла и электричества в промышленных масштабах, а биодизель больше предназначит для автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

При горении чистый этанол дает голубое, не слишком красивое пламя, поэтому в каминное биотопливо добавляют присадки для получения красно-желтого оттенка

Домашние камины чаще всего заправляют биоэтанолом на основе денатурированного спирта. Последний делают из сахара (тростникового или свекольного), кукурузы либо крахмала. Этанол – это этиловый спирт, представляющий собой бесцветную и легко воспламеняющуюся жидкость.

Но главное, при сгорании он не выделяет запахов, угарных газов и сажи. Просто идеальный вариант для городских квартир, в которых оборудовать дымоходную трубу практически невозможно.

Желающим сделать биокамин собственными руками поможет пошаговое руководство, с которым мы рекомендуем ознакомиться.

Биокамин в форме стакана

При наличии колбы с круглым сечением можно изготовить оригинальный биокамин.

Для работы понадобятся

стеклянная колба без дна (диаметр не менее 30 см);
глиняное кашпо или металлическая круглая банка с толстыми стенками (размер должен соответствовать размеру колбы);
жаропрочные галька или песок;
металлическая сетка;
ножницы по металлу;
металлический стакан под горелку, фитиль, топливо.

Порядок сборки камина

устанавливаем стеклянную колбу в кашпо;
в центр помещаем собранную горелку (стакан с топливом и фитилем);
вокруг горелки засыпаем мелкие камешки или песок;
накрываем горелку двумя слоями металлической сетки, обрезанной по диаметру кашпо (применяя ножницы по металлу);
на сетку укладываем слой жаропрочных декоративных камней или других элементов.

Виды экологически чистого биотоплива

Существует три вида биотоплива:

Биогаз.
Биодизель.
Биоэтанол.

Общие положения

Основные понятия

Начнем с определения того, что такое биотопливо. Рассматриваемый вид энергоносителя является полностью органическим и при наличии соответствующего оборудования может использоваться для отопления жилых домов, заправки автомобилей, питания промышленных установок и так далее.

Газообразное, жидкое или твердое биотопливо может производиться из различных сельскохозяйственных растений (например, из рапса), а также продуктов жизнедеятельности животных и человека (биотопливо из навоза). То есть, сырьем для его изготовления служат, как правило, те продукты, которые ранее отправлялись на свалку.

Сырьем для производства биотоплива служит органика

Кроме того, к преимуществам рассматриваемого типа энергоносителей можно отнести их экологичность. При сгорании выделяется намного меньше вредных веществ, влияющих на состояние окружающей природной среды. Это выгодно отличает котлы на биотопливе от отопительного оборудования на солярке или газе, которые славятся своими канцерогенными выхлопами.

Но биологическое топливо имеет и существенные недостатки:

низкая теплоемкость – жидкое биотопливо, сгорая в теплообменнике, выделяет меньшее количество тепла, чем аналогичный объем бензина или дизельного топлива;
высокая себестоимость производства – современные технологии еще не позволяют производить биотопливо – жидкое, твердое или газообразное – в промышленных масштабах, потому его цена несколько выше, чем традиционных энергоносителей;
сильные коррозийные свойства – растительные масла и животные жиры, входящие в состав органических энергоносителей, оказывают сильное разрушительное воздействие на механизмы, что затрудняет их использование в двигателях внутреннего сгорания и других подобных системах.

В настоящее время получение биотоплива с менее агрессивными свойствами и более дешевыми способами является одним из приоритетных направлений научных исследований ученых всего мира. Огромный прогресс в этой области позволяет с уверенностью говорить, что от большинства недостатков этого вида энергоносителей можно будет избавиться в ближайшее время.

Органическое топливо не лишено недостатков

Уже сейчас широко используется биотопливо для теплиц и других агротехнических сооружений. Газ, полученный в результате переработки навоза, или пеллеты применяются для создания комфортного микроклимата, в котором произрастают различные сельскохозяйственные культуры. (См. также статью Отопление теплицы зимой: особенности.)

Поколения биотоплива

Еще на заре исследований, связанных с разработкой энергоносителей из отходов сельского хозяйства, ученые высказывали опасение, что в будущем, когда биологическое топливо получит широкое распространение, могут возникнуть продовольственные проблемы. Это возможно, если сельскохозяйственные культуры (кукуруза, рапс, маис) будут использоваться не по прямому назначению, а для перегонки в топливо.

Чтобы избежать этого, ученые искали другие биотопливные источники энергии. В результате их исследований появилось биотопливо второго поколения и более новые его разновидности.

К ним относятся вещества, получаемые не из самих растений, а из их отходов: листьев, шелухи, корневищ и так далее. Ярким представителем этой разновидности теплоносителя является биотопливо из опилок и навоза – газ, состоящий из метана и углекислоты, который в обиходе носит название «канализационного».

По составу он абсолютно идентичен природному ископаемому метану. После того как из него будут удалены ненужные элементы, он может использоваться с целью получения этанола для печей, отапливающих те или иные сооружения.

На фото – водоросли, из которых производится органическое топливо

Наиболее инновационное биотопливо – презентация которого проходила не так давно – производится из водорослей. Эти подводные растения могут выращиваться в водоемах, которые не подходят для сельскохозяйственных нужд. Боле того, их можно культивировать в так называемых фитобиореакторах.

По мере развития эти организмы образуют молекулярные структуры, напоминающие по своему строению структуру нефти. Биотопливо из водорослей – наиболее перспективная разработка, однако, до ее практического применения еще очень далеко.

Установка для производства органического энергоносителя из водорослей

Критерии состава навозной массы

Загружаемую массу навоза внутрь биореактора не следует рассматривать просто как сырьё, подходящее в любом качестве. Составляющая субстанции имеет принципиальное значение для процесса брожения. На практике отмечено, что уменьшение частичек субстрата сопровождается лучшей эффективностью процесса.

Выраженная волокнистость субстрата и увеличение площади взаимодействия бактерий – вот главные критерии, способствующие скорому разложению навозной массы. В таком состоянии навозное сырьё при подогреве и перемешивании не образует осадка или плёнки на поверхности, что существенно упрощает фильтрацию газовой смеси.

Подготовка навозной массы под загрузку в реактор

Этой процедуре уделяют не меньшее внимание, чем всему остальному, если есть желание получить значительный объём биотоплива за короткий отрезок времени. Степенью измельчения сырья определяется длительность брожения, что в свою очередь оказывает влияние на объём получаемого газа. Таким образом, для уменьшения времени брожения необходимо хорошо измельчать сырьё: чем лучше качество измельчения, тем меньше период брожения

Таким образом, для уменьшения времени брожения необходимо хорошо измельчать сырьё: чем лучше качество измельчения, тем меньше период брожения

Степенью измельчения сырья определяется длительность брожения, что в свою очередь оказывает влияние на объём получаемого газа. Таким образом, для уменьшения времени брожения необходимо хорошо измельчать сырьё: чем лучше качество измельчения, тем меньше период брожения.

Что такое биотопливо?

Для работы экокаминов предназначены специальные горючие составы, полученные от переработки биологических отходов либо изготовленные на основе растительного сырья. Оно дает красивое «живое» пламя без искрообразования, запахов, копоти и дыма.

Самый распространенный вид топлива – денатурированный этанол. Дополнительно его обогащают специальными присадками, которые окрашивают огонь в теплый оранжевый цвет.

А для желающих наслаждаться полной иллюзией костра с характерным потрескиванием дров существуют специальные биогели, в состав которых входит морская соль.

Продается экотопливо в виде жидкости или желеобразного геля в банках, бутылках или канистрах емкостью от 1 до 5 литров, причем составы могут быть ароматизированными или нейтральными

В составе промышленного экотоплива должно быть не менее 95% биоэтанола, 3-4% воды и 1-2% различных добавок (например, метилэтикетон или битрекс), которые предупреждают расслоение смеси на воду и спирт и придают красивый цвет пламени.

Чтобы подобрать подходящее топливо для своего камина, акцентируйте внимание на теплопроизводительности горючего (в среднем при сгорании 1 литра вырабатывается около 6,5 кВт/ч тепла) и наличии сертификата качества. Хотя в качестве топлива для камина можно использовать и обычный спирт, но его синеватое пламя не сравнить с теплым огнем, характерным для горящей древесины, которое дает биоэтанол

Хотя в качестве топлива для камина можно использовать и обычный спирт, но его синеватое пламя не сравнить с теплым огнем, характерным для горящей древесины, которое дает биоэтанол

Но при желании смесь для заправки можно сделать и своими руками.

Для этого понадобится:

Очищенный 96-процентный этиловый спирт с бесцветным пламенем – 1 литр.
Бензин с высоким октановым числом, например, «Калоша» (простой автомобильный не подойдет – при горении будет выделяться характерный запах) – 50 мл.
Ароматические добавки из эфирных масел (по желанию) – 5-7 капель.

Затем нужно смешать жидкости в указанных пропорциях, взболтать до получения однородной массы и залить в горелку или топливный блок.

Недостаток этого способа в том, что горючий состав пригоден для использования только сразу после приготовления, сделать запас для длительного хранения не получится – смесь расслоится.

Подробнее о видах топлива для биокамина читайте в этом материале.

Разновидности и преимущества

На сегодняшний день, существует 3 вида биотоплива:

жидкое;
твердое;
газообразное;

Жидкое биотопливо

Является самым обсуждаемым видом. Ведь жизнь современного человека зависит от нефти, без нее человечество не сможет выжить, а нефть является ископаемым ресурсом и в какой-то момент ее запасы иссякнут.

Жидкое биотопливо способно заменить этот ископаемый ресурс.

К жидкому биотопливу относятся:

спирты (этанол, метанол, бутанол),
биодизель,
биомазут,
эфиры;

Твердое

В основном к нему относится древесина (отходы деревообработки и топливные гранулы, брикеты). Источником для их получения служат как правило, леса, где растут трава, кустарники и деревья.

Газообразное топливо

Относятся биогаз, водород.

Также, биотопливо можно классифицировать по поколениям. Существуют биотоплива 1, 2, 3 и 4 поколений:

К 1 поколению относится биотопливо, полученное в результате переработки сельхоз растений в биодизель и этанол.
2 поколение – биотопливо, полученное от отходов продуктов питания.
К 3 поколению биотоплива относится биотопливо, полученное при использовании внедренных технологий в результате разрушения биомасс.
4 поколение биотоплива производится на землях непригодных для занятия сельским хозяйством и без разрушения биомасс.

Еще одной классификацией биотоплива является деление биотоплива на первичное и вторичное. К первичному биотопливу относится биотопливо, которое не прошло обработку. К вторичному – обработанное. Вторичное биотопливо подвергается разнообразным изменениям перед использованием и может быть в твердой, жидкой и газообразной формах.

Преимущества

Преимущества биотоплива следующие:

Мобильность. Биотопливо обладает возможностью производиться в любом уголке света вне зависимости от климатических условий и рельефа, потому что этот вид топлива может производиться из различных органических соединений.
Возобновляемость. Так как биотопливо получается из разнообразных органических соединений растительного или животного происхождения, например, навоз, то его количество не иссякнет.
Экологичность. Это более чистый вид топлива и при сгорании выбрасывает меньше вредных веществ в воздух, чем ископаемое топливо.
Забота об окружающей среде. Производство биотоплива решает проблемы связанные с утилизацией мусора.

Производство биодизеля из растительного масла

Дизельное топливо допустимо изготовить путём взаимодействия растительного масла (кулинарного жира) и широко распространенных химических компонентов.

Полученный в чистом виде продукт – биодизель, подходит к любому дизельному автомобильному мотору. Также допускается применение в смеси с традиционным дизельным топливом. Никаких модификаций при этом не требуется.

Рассмотрим технологию приготовления биодизеля своими руками на основе свежего растительного масла. Однако не исключается также производство биодизеля на основе отработанного растительного масла.

Правда, этот процесс выглядит несколько сложнее. Поэтому для начала рассмотрим базовый (простой) вариант.

Ресурсы на изготовление биодизеля

На объём одного литра чистого растительного масла (рапсовое, кукурузное, соевое) потребуется 3,5 грамма гидроксида натрия. Гидроксид натрия (каустическая сода) широко применяется в составе очистительных жидкостей.

Однако нельзя путать это вещество с другим веществом — гипохлоритом кальция, которое также содержится в составе некоторых чистящих средств. Также потребуется 200 миллилитров метанола (метилового спирта).

Химический (токсичный) компонент – метанол, одна из составляющих списка компонентов, необходимых для производства биодизеля своими руками в домашних условиях

Из механического «производственного» оборудования нужен блендер. Оптимальный вариант – аппарат, где есть режим тихого хода. Следует отметить, что приёмной ёмкостью блендера для приготовления биодизеля следует использовать стеклянную, не пластиковую.

Метанол, применяемый для изготовления биодизеля, способен вступать в реакцию с пластиком. Кроме того, потребуются:

цифровые весы для точного измерения,
стеклянный контейнер на 200 миллилитров (маркированный по уровням),
стеклянный (пластиковый) контейнер (1 л) с маркировкой по уровням,
открытый стеклянный (пластиковый) сосуд (1,5 литра),
очки защитные,
перчатки с фартуком.

Меры предосторожности для производства биодизеля

Внимание! Применяемые вещества — гидроксид натрия и метанол, при попадании на кожу приводят к плачевным результатам. Также опасными являются пары этих химических компонентов, учитывая степень токсичности

Метанол легко и быстро впитывается в организм через кожу, поэтому необходимо исключить попадание вещества на руки. Гидроксид натрия относится к едким химическим компонентам, способен вызвать химический ожог.

Ещё один важный компонент, который требуется под приготовление биодизеля на основе растительного масла – гидроксид натрия или в простой интерпретации – каустическая сода

Отсюда вывод — готовить биодизель своими руками следует в условиях хорошо проветриваемого помещения. Если случайно пролит любой из химических компонентов с попаданием на кожу, нужно немедленно промыть место контакта водой.

Вся посуда, используемая в эесперименте, по умолчанию становится «токсичной», а потому может применяться исключительно для производства биодизеля.