Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Площадь

для

размещени

я остатков

брожения

га 1,41 1,16 1,14 1,25 0,87

Таблица 3.16: Потребности в сельскохозяйственных площадях для размещения

остатков брожения при ограничении общей массы азота до 170 кг/га (У. Кеймер

2005, LFL) [80].

3.6 Загруженость ферментатора и потребности в складском

пространстве

По причине разной концентрации энергии в одном м

субстрата, разные

субстраты требуют разного объема ферментатора. Например CCM (Corn Cob Mix) в

одном м

сырого веса около 515 кг органического сухого вещества. По сравнению с

ней силосная кукуруза на м

, заложенный в ферментатор, содержит лишь 216 кг

органической сухой массы, а барда вообще лишь 5 кг, все остальное - это вода,

которая должна проходить через ферментатор и совершенно не дает никакого

выхода газа. Если не принимать во внимание биологической стороны процесса и его

стабильности, то было-бы целесообразно, подавать в ферментатор лишь субстраты

с высокой концентрацией энергии. Но если загрузка ферментатора свыше 3 кг

органического сухого вещества/м

то для биологии процесса складываются

критические условия. Изобр. 3.14 показывает загрузку ферментатора разными

видами субстратов в перещете на 3 кг oрганического сухого вещества. Для яблочной

барды потребуется ферментатор объемом 120 литров, зерна кукурузы займут всего

лишь 5 литров.

Вследствие разложения органического сухого вещества в ферментаторе

изменятся также потребности в площади для хранения. Часть ежедневно

вносимых

органических веществ разлагается и в виде газа изымется с круговорота. В

завистимости от того, насколько органический субстрат может разлагаться,

уменьшается и его количество, а соответственно и объем склада для хранения. Этот

эффект может влиять на объем в пределах максимум 20%, поскольку твердые

вещества в смешенном виде остаются в воде (смотр. Таблицу 9.4).

3.7 Пригодность субстратов с экономической точки зрения

Выбор субстратов должен оцениваться также относительно ожидаемых

издержек и возможной прибыли. Доходы от брожения субстратов получают

преимущественно от продажи произведенного тока, возможно также получение

дополнительной прибыли в форме тепла, стоимости удобрений и доходов от

утилизации.

Этому противоставляются специфические для субстрата издержки

производства и издержки по переработку в биогазовой установку. Издержки

переработки в биогазовой установке в свою очередь состоят из переменных и

постоянных издержек:

К переменным, т.е. зависящим от количества издержкам причисляются

издержки на обслуживание, пусковую жидкость, транспортировку и оплату труда, к

постоянным издержкам относятся затраты на ферментатор (зависит от объема),

генератор (зависит от мощности), а также на технику и склад для гноя. Очевидным

является то, что содержащие большое количество воды и обладающие малым

запасом энергии субстраты приводят к повышению затрат, в то же время, однако,

несут за собой незначительные вариативные издержки.

На основе этой структуры издержек, У. Кеймер в 2005 г. установил верхние

пределы максимально допустимых издержек, возникающих при переработке

энергетических растений в биогазовых установках и использование которых

является экономически выгодным (6% начислений и надбавка к зарплате) (Табл.

3.17). Следовательно, навоз скота и картофельная барда не должны ничего стоят,

они вызывают высокие постоянные издержки и дают небольшую прибыль. Для

богатых энергией силосов с содержанием сухого вещества около 35% допустимые

издержки могут составлять 38-43 Евро/т сырой массы. Самый высокий рейтинг у

зерновых, они дают большую прибыль и вызывают относительно незначительные

постоянные издержки. Их издержки могут составлять 90-190 Евро за тонну сырой

массы, при которых переработка остается рентабельной.

Предельные затраты при брожении 60 дней в Евро/т сырой массы

Навоз скота (8% сухого вещества) 0

Птичий помет (50% сухого вещества) 40

Картофельная барда (6% сухого вещества) 0

Свежий укос лужаек (18% сухого вещества) 14,10

Травяной силос (35% сухого вещества) 38,70

Плевел (35% сухого вещества) 42,70

Кукурузный силос спелый (35% сухого вещества) 38,20

Силос с зеленой ржи (25% сухого вещества) 24,50

Озимые сорта пшеницы (40% сухого вещества) 37,50

Смесь отходов початков растений (ССМ) (3,5%

клетчатки, 65% сухого вещества)

Зерно пшеницы (87% сухого вещества) 140

Семена рапса (88% сухого вещества) 198,80

Таблица 3.17: Максимально допустимые издержки на переработку субстратов

С точки зрения производственных издержек субстратов становится

очевидным, что несмотря на высокие доплаты за энергетические растения, этого

все еще едва хватает на покрытие издержек (Изобр. 3.15). Во многих случаях

выращивание энергетических растений окупается лишь на собственных площадях,

однако они не перекроют высокой арендной платы

В принципе, для субстратов, происходящих из агроиндустрии необходимо делать

такие же расчеты с теми же составляющими:

 Богатый энергией, богатый сухим веществом материал, тяжело

перерабатывать с помощью биологических процессов, поскольку это

вызывает большую нагрузку для ферментатора и требует длительного

времени брожения.

 С точки зрения занимания места в ферментаторе и потребности в складах,

богатые энергией субстраты наиболее эффективны и имеют самый большой

выход газа.

 Большой плюс, который имею отходы коммунального или агропромышленного

происхождения, состоит в том, что можно получать существенную оплату за

утилизацию.

Большой спрос на коферменты за последние 15 лет привел к тотальному

падению заработков на утилизации, при одновременном возрастании требований к

технике, контролю и документации. Органические отходы принимаются на

сегодняшний день без дополнительной оплаты, также самостоятельно

транспортируются забирающей стороной. Чтобы противостоять падению цен,

оправдали себя объединения предприятий и концепции организаций такие как

«Rottaler Modell», «Soltauer Biogasgruppe» или «Biogasvereinigung Ostbayern».

3.8 Коферментация – концепции переработки отходов

Под понятием «коферментация» имеется ввиду брожение жидкого или твердого

гноя вместе с другими органическими веществами. Коферментационные установки

на сегодняшний день питают энергетическими растениями, тоесть растениями,

специально выращенными для биогазовых установок и органическими отходами и

отбросами. Среди органических отходов, которые используются для коферментации

в сельськохозяйственных биогазовых установках, различают три группы:

• Отходы растениеводства,

• Отходы переработки и потребеления продуктов питания,

• коммунальные органические отходы

При этом реализумость коферментации на сельскохозяйственных предприятиях

зависит от следующих факторов:

• Предложения отходов (количество, качество),

• Возможность применения на собственных сельскохозяйственных площадях

• Уровеньиспользуемой техники

• Уровень цен на технику.

При коферментации с органическими отходами проявляется интересное

объединение энергетической отрасли и сферы использования (утилизации)

промышленных отходов, поскольку с отходов производят электричество и тепло

(Изобр. 3.16).

Существующие в настоящее время пути утилизации или переработки

органических отходов на корма, продукты питания для человека и производства

основных компонентов

для косметических средств находятся на краю своих

возможностей. К хранению органических отходов подход очень реструктивный.

Отходы можно хранить лишь в том случае, если они согласно техническим

инструкциям при прокаливании имеют потери максимум 3%, тоесть содержат менее

3% органических веществ.

Кроме того согласно Закону об отходах действуют правила переработки

органических отходов.

В сельскохозяйственной биогазовой практике нет спроса на сильно

загрязненные промышленные сточные воды, спросом пользуются кашеобразные

или твердые отходы домашнего хозяйства, агропромышленности и пищевой

промышленности, а также ландшафтного дизайна. Многие из этих отходов как то

жиры, укосы лужаек, отходы овощей, старый хлеб, барда, гидросмесь (пульпа),

мороженое, повидло и мясные продукты для компостирования не подходят в силу

слишком большой концентрации питательных веществ и недостающей структуры.

Само собой разумеется, что инфицированный или сильно загряненный

токсическими веществами материал нельзя использовать.

Поскольку эта технология позволяет получать энергию, то по сравнению с

компостированием она имеет однозначные преимущества, а кроме того таким

образом аэробный и анаэробный методы

идеально взаимодополняются с

технической, экономической и экологической точек зрения [84, 85].

Целый ряд фермеров перерабатывает на своих биогазовых установках

органические отходы – такие как барда из винокурен, отходы овощей, жирный шлам,

отходы молочных заводов и коммунальные укосы. Чаще всего принимают

жиросодержащие субстраты.

Изначально сельское хозяйство как первичный производитель

предопределено на возврат отходов переработки и

отходов продуктов питания,

поскольку таким образом круговорот питательных веществ будет более закрытым с

пользой для природы. Фермеры и утвердились как эксплуататоры биогазовых

установок из-за своих знаний и опыта работы с биологическими процессами.

Концепции по переработке отходов

Существуют две разных стратегии переработки органических отходов в

условиях сельского хозяйства (Изобр. 3.17): централизованная и

децентрализованная сельскохозяйственная переработка отходов.

Биоотходы собираются преимущественно централизованно

транспортировочными компаниями. Обогащение (очистка, сортировка и т.д.) отходов

может проходить на предприятиях централизованно или децентрализованно.

Централизованная очистка имеет то преимущество, что большая пропускная

способность делает механизированную сортировку более рентабельной.

Децентрализованная сортировка фермерами делает возможным надлежащий

контроль за тем что будет бродить; кроме того она является выгодной с точки

зрения затрат.

Собственно обработка в анаэробном ферментаторе может проходить

независимо от сортировки, централизованно в большой установке при участии

многих фермеров или децентрализованно в отдельных небольших биогазовых

установках. Преимущества здесь такие же как и при сортировке: при

децентрализованном брожении риск распределяется между многоими участниками.

Централизованное брожение со своей сторны отмечается значительно более

низкими организационными и коммуникативными затратами. Использование

переброженного материала в обеих случаях происходит как правило

децентрализовано разными фермерами.

Модель «Роттерталер»

Модель «Роттенталер» (получившая награду на «EXPO 2000» - Всемирной

выставке в Ганновере), разработанная в 1994 г. для раенов Дингольфинг-Ландау и -

Ротталь-Инн, ствила перед собой на передний план децентразизованную и

региональную переработку органических биоотходов. Общины брали на себя сбор и

транспортировку биоотходов; предприниматели, эксплуатирующие биогазовые

установки, отвечали за сортировку, переработку и применение.

Целями концепции является, кроме всего прочего, создание замкнутой

экологической системы круговорота, возврат питательных веществ в

сельскохозяйственный оборот, поддержка сельского хозяйства как производителя

услуг и получение энергии из нейтральных по отношению к СО

и возобновляемых

видов сырья.

Преимущества этой концепции для коммун с обязательной утилизацией отходов

являются очевидными:

 короткие маршруты перевозки,

 надежная и доступная утилизация отходов или переработка отбросов,

 никакой дополнительной потребности в площадях для обработки отходов,

 небольшой риск по причине распределения отходов между несколькими

предприятиями и

 большая гибкость в случае выхода из строя одной установки или при избытке

отходов.

Удобрения, произведенные из переработанных отходов и выработанная

электроэнергия остаются в регионе, кроме того создаются дополнительные рабочие

места.

”Биогазовое объединение Восточной Баварии ГмбХ”

Сложности с коферментацией и тотальное падение цен на косубстраты, а также

неточности в толковании юридических вопросов и разрешениях привели около 50

предпринимателей, эксплуатирующих биогазовые установки в 1998 г. к

объединению в „Биогазовое объединение Восточной Баварии ГмбХ". Целью этого

объединения было организовывать приобретение и обработку органических

отходов, свести в единое каналы поступления отходов и упростить работу

отдельных предпринимателей. С этой программой они предлагают возможность

передачи органических отходов на утилизацию до 7.500 т. ежемесячно. Отдельные

биогазовые установки, входящие в мобъединение, находятся в частной

эксплуатации. Фермеры ежедневно отправляют отчеты о поступающем сырье и

производстве в центральное управление.

Вследствие этого является возможным контроль и управление. Еще одно

преимущество состоит в том, что при инвестициях в компоненты установок

(например, мешалки), благодаря большим закупкам можно получить лучшие цены.

Количество

произведенного электричества в размере 20 млн. кВч в год является

неимоверно высоким. Так как объединение является контактным лицом для

заинтересованных лиц, то таким образом создается лучшая позиция для

переговоров на рынке отбросов, как для предприятий-утилизаторов отходов, так и

производителей техники и государственных органов.

Тем не менее много членов объединения перешли на применение установок,

работающих на возобновляемом сырье, это возможно благодаря высокой оплате за

произведенну на таких установках электроэнергию. По такому образцу работают в

настоящее время многие сообщества.

Группа Сольтаеур и модель «Радерайштеттер»

Похожим образом работает и группа Сольтауер в регионе Ганновер/Целле,

использующая для сбора органических отходов грузовые автомобили, работающие

на биогазе. С объемом реактора свыше 20.000 м

за год удается переработать

более 200.000 т. органических отходов.

Для всех вышеупомянутых моделей, как правило, сортировкой и

классификацией отходов занимаются эксплуатирующие биогазовые установки

фермеры. В модели Радерайштеттер (действует в Бремерферде), наоборот,

отходы вначале подготавливаются централизованно и только тогда

децентрализовано перерабатываются в биогазовых установках. Преимущество этой

формы организации состоит в том, что можно применять затратоемкие технологии

подготовки, как напр., воздушная сепарация, барабанные сита, магнитные

сепараторы и т. д. Похожие примеры сотрудничества среди предпринимателей,

эксплуатирующих биогазовые установки можно найти во всей Германии.

3.9 Выбор субстрата и правовые предписания

С правовой точки зрения, брожение местных удобрений является самым

непроблематичным. Также при коферментации с энергетическими растениями,

производитель находится брлее-менее в правовой и экономической плоскости

сельского хозяйства.

При коферментации органических отходов биогазовая установка пребывает

на стыке между промышленностью по переработке вторсырья (рынок вторсырья,

Законодательство о отходах, постановления о биоотходах), энергетической

промышленности (цены на энергию, условия, Европейское законодательство в

сфере энергетики) и экологическим ведением сельского хозяйства (защита грунтов и

водоемов, постановления о органических удобрениях, постановления о средствах

для удобрения, гигиене, законы о эпизоотии и утилизации падших животных) (сравн.

Таблица 3.18). Фермер выступает в качестве переработчика вторсырья, который

вынужден находить баланс между экологическими рисками и экономическими

выгодами.

Наиболее важными правовыми точками соприкосновения являются:

• законодательство о отходах,

• государственные постановления о биоотходах,

• постановления о органических удобрениях и средствах для удобрения

• постановления ЕС в сфере гигиены.

Закон о утилизации отходов и безотходном производстве

Под отходами в понимании действующего законодательства о отходах

имеются ввиду движимое имущество, от которого владелец хочет избавиться или

упорядоченная утилизация идет

на благо общественности, в частности защищает

окружающую среду. Это также значит, что не имеет существенного значения, имеет

ли это имущество еще какую то „ценность" или пригодно для дальнейшего

использования. С юридической точки зрения производство биогаза путем брожения

отходов является их утилизацией.