Ф E ДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ

1. ФEДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ КАЗАНСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИКИ Развитие биогазовых технологий Научно-популярные материалы разработаны в рамках гранта №8196 от 27 июля 2012 г. федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 Казань 2013

2. Первые сведения о биогазе Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н.э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

3. История развития биогазовых технологий в мире • Отдельные случаи использования примитивных биогазовых технологий были зафиксированы в Китае, Индии, Ассирии и Персии начиная с XVII века до нашей эры. • Систематические научные исследования биогаза начались только в XVIII веке нашей эры, спустя почти 3,5 тысячи лет. • В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. • В 1764 году Бенджамин Франклин в своем письме Джозефу Пристли описал эксперимент, в ходе которого он смог поджечь поверхность мелкого заболоченного озера в Нью Джерси, США. Простейшая китайская установка

4. Первое научное обоснование образования воспламеняющихся газов в болотах и озерных отложениях дал Александр Вольта в 1776 году. • В 1859 году построена первая задокументированная биогазовая установка в Бомбее, Индия. • В 1875 году Попов изучил влияние температуры на количество выделяемого газа. • В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. • В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза. • В Финляндии, Швеции и Австрии, которые поощряют использование энергии биомассы на государственном уровне, доля энергии биомассы достигает 15-20% от всей потребляемой энергии.

5. Использование электроэнергии и тепла, производимого с помощью анаэробной переработки биомассы, в Европе сосредоточено, в основном в Австрии, Финляндии, Германии, Дании и Великобритании. • В Германии на настоящий момент насчитывается более 9000 установок анаэробного сбраживания, из них около 2000 больших и 6000 средних. В перспективе 10-20% используемого в стране природного газа может быть заменено биогазом. К 2020 году прогнозируется увеличение числа установок до 20000. • В Австрии в настоящее время работает более 120 установок с объемами метантенков более 2000 м3 каждая, около 25 установок находятся в стадии планирования и постройки. • С точки зрения интенсивности применения биогаза лидирует Дания: данный вид топлива обеспечивает почти 20% энергопотребления страны.

6. Рынок биогаза в США развивается значительно медленнее, чем в Европе. Например, несмотря на наличие большого числа ферм, на территории страны действует всего около 200 биогазовых заводов, работающих на сельскохозяйственных отходах. • В Китае действует “Национальная программа развития сельской биогазовой энергетики” – масштабный проект, призванный увеличить число семей использующих биогаз до 40 млн. Следует отметить, к 2010 году было построено 4000 крупных биогазовых станций. • В Китае работает более 30 млн. биогазовых установок, В Индии - 3,7 млн. и 200 тысяч в Непале. В сельских районах Китая в настоящее время производится около 16 млрд. м³. биогаза, который используют в качестве топлива более 50 миллионов человек. • С 2002 года правительство Китая выделяет ежегодно около 200 миллионов долларов на поддержку строительства биогазовых установок. Дотация на каждую установку равняется примерно 50% средней стоимости. Таким образом, правительство добилось годового роста количества биогазовых установок до 1 миллиона в год. • В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн. малых биогазовых установок. • В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн. биогазовых установок.

7. Количество биогазовых установок в разных странах

8. История развития биогазовых технологий в России • В СССР научные основы технологии метанового брожения исследовались, начиная с 40-х годов XX века. • Применение технологии метанового сбраживания к сельскохозяйственным отходам в СССР было начато Г.Д. Ананиашвили в 1948 году, в Тбилисском филиале ВИЭСХ, впоследствии ГрузНИ И МЭСХ (ГИМЭ). В 1948-1954 гг. была разработана и построена первая в СССР лабораторная и производственная биоэнергетическая установка. • 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 В12 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.

9. В начале 60-х гг. ХХ столетия исследования и их промышленное воплощение в Институте биохимии им. А.Н.Баха АН СССР явились точкой отсчета в создании отечественной промышленной биоэнергетики и активного фундаментального исследования процессов биосинтеза метана и биогазификации. • В 1972-1973 гг. идея получения биогаза была разработана и просчитана 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. • В 1981 г. при Госкомитете по науке и технике СССР была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли промышленности. Было построено несколько опытных установок, одна из которых - в совхозе "Огре" Латвийской ССР (1982 г., 75 м3). Это были установки опытного характера, на которых отрабатывался процесс переработки биомассы. • Крупнейшим центром по разработке конструкций отечественных биогазовых установок был Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения (КТИСМ). Установка КОБОС-1 была успешно испытана на базе опытной молочной фермы-лаборатории и одобрена для серийного выпуска на заводе в г. Шумихе Курганской области (Северный Урал).

10. Три критерия, определившие создание и развитие биогазовой промышленности в России (и ранее в СССР): – разработка технологии и создание крупномасштабного производства витамина В12 и биогаза; – теория о биологическом происхождении природного газа; – огромная сырьевая база. • Целый ряд регионов приняли программы по развитию биогазовой отрасли: Белгородская область, Томская, Саратовская, Оренбургская и Калужская области, есть планы развития биогазовой энергетики и в других областях. • В 2011 году крупная биогазовая установка была реализована во Владимирской области на предприятии «Мортадель» Александровского района. • В апреле 2012 году была запущена установка в Байцурах Белгородской области. Менее крупные установки были созданы в Калужской и Оренбургских областях.

11. Потенциал производства биогаза по федеральным округам РФ

12. Российские компании – производители биогазовых установок • Мосводоканал • Академия коммунального хозяйства • ВИЭСХ • ЦВНИИКОМЖ • АО Центр «ЭкоРос» • АО «ЭкоБио» • АО «Стройиндустрия» (Республика Чувашия) • АО «Стройтехника - Тульский завод»

13. Современный метантенк

14. Схема автономного энергообеспечения животноводческого комплекса

15. Классификация биогазовых технологий

16. Технические характеристики российских биогазовых установок

17. Энергетический выход биогаза на примере хозяйств Ужурского района (Красноярский край) Энергетический потенциал биогаза в 768518 МДж/сутэквивалентен 18444,432 м3/сут природного газа. Норма потребления природного газа для 37310 жителей Ужурского района в среднем равна 18655 м3/сут.

18. Сельскохозяйственная биогазовая установка в России («Лучки», Прохоровский район Белгородской области)

19. Перспективные направления развития биогазовых технологий UASB технология (с придонным слоем микроорганизмов и восходящим потоком жидкости)

20. SBR технология (последовательно-периодическое сбраживание) • Фаза А – анаэробная зона (зона перемешивания сточных вод) • Фаза В – аэробная зона (зона аэрации) • Фаза С – отстаивание (гравитационное разделение иловой смеси)

21. USBF технология (фильтрация суспензии через взвешенный слой осадка)

22. MBR технология (мембранная фильтрация)

23. РЕЗУЛЬТАТЫ УТИЛИЗАЦИИ БИОГАЗА • Альтернативное использование навоза, растительных культур и биоотходов • Уменьшение парникового эффекта • Биогаз является заменой традиционным видам топлива • Высокоэффективная выработка электрической и тепловой энергии на месте • Получение экологически чистого удобрения