Конверсия биомассы в жидкое топливо

      Работы  по рекуперации и очистке метана проводили на городской свалке  мусора  Нью-Йорка.   На   участке санитарной зоны  площадью 40 акров было пробурено 4 скважины глубиной  12 м,  установлены сборная и насосно-трубопроводная системы. Скорость откачки газа составляла 4,65 м /мин. Полученный газ имел следующий состав (в %): метан 58,6, С0₂ 39,1, азот 2,2, кислород 0,1, примеси хлора и фтора 13·10^-4 10·^-4 соответственно. Газ использовали для выработки электроэнергии. Система, включающая двигатель внутреннего сгорания, работающий на экстрагируемом газе, и связанный с ним генератор на 100 кВ были пущены в эксплуатацию в 1981 г. Другим направлением использования получаемого газа является прямое сжигание в бойлерах и облагораживание с получением синтетического природного газа. В   ФРГ   фирмой   "Техекс"   разработана   вертикальная   зондовяя буровая   система  добычи  биогаза   из   городских  хранилищ  мусора. В хранилище мусора на глубине 5 м через определенные участки устанавливают чашеобразные открытые танки с перфорированными стенками. Образующийся в процессе анаэробной трансформации органических веществ газ собирается в этих перфорированных танках и далее по трубопроводам попадает в закрытые сборники газа, связанные с насосной станцией, откачивающей газ при легком увеличении давления в мусорной горе. Таким образом можно получать до 800 м³ газа в час при концентрации метана 55 %. После фильтрации и осушки газ закачивают на тепловую электростанцию блочного типа с шестью газомоторными генераторами, снабжающими током городских потребителей.  Теплота  охлаждающей  воды  моторов  используется  для нагрева осветительных устройств.

     Содержание  энергии в отсасываемом газе может  хватить для обогрева 300 современных многоквартирных домов, а использование теплоты моторов позволяет отказаться от 160 т ежегодно расходуемого газойля.

     Наряду  с получением регенерируемой энергии  преимуществом такой системы является ее экологическая чистота.

      В ряде стран биогаз из домашнего мусора получают на промышленной основе. Французская фирма "Валорга" разработала установку по получению метана из органических домашних отходов  
Отходы сначала подготавливают и сортируют. В первую очередь 
удаляют металлические и стеклянные частицы, затем мусор измельчают до частиц размером 50 мм. После измельчения отходы поступают 
в метантенк, где выдерживаются 10—20 сут. Исходное содержание 
сухих веществ в отходах 55-70 %. В процессе анаэробной деградации 
содержание сухих веществ снижается до 35-40 %. Разложение органических отходов происходит на 50-60 %. Из частично разложившегося 
продукта отпрессовывают 25-30 % сухой массы. Отделенная при прессовании жидкость с 2-3 % сухих веществ опять поступает в емкость метанового брожения на увлажнение вновь поступающего мусора или после концентрирования используется в качестве жидкого удобрения. Получаемый биогаз, состоящий из 60 % метана и 40 % С0₂, идет к потребителю или в хранилище. Отпрессованный продукт измелют, просеивают и очищают. Высушенный осадок имеет высокую теплотворную способность            (3000 ккал/кг). Его хранят или сжигают в специльных установках, при этом энергия может использоваться для подогрева метантенка.

     Из 1 т сырья получают 125 м³ биогаза, что дает 780 кВт·ч, или 7 ккал. Из 1 т также получают 220 кг осадка, который дает 0,66 ккал. Обогащение составляет еще 70 %, т. е. 0,42 ккал. В целом можно получить 1,12 ккал,  а также 430 кг сброженного продукта, который содержит 70 % СВ и может использоваться в качестве ценного   удобрения.

      Получают  метан и в процессе биологической  очистки городских сточных вод. В 1981 г. в США пущена опытная очистная установка производительностью 190 м³/сут, реализующая процесс "Ауффлоу" установка представляет собой анаэробный проточный биореактор, содержащий культуру микроорганизмов в виде биопленок на поверхности полипропиленовой насадки (кольца диаметром 7,5 см). Стальной цилиндрический биореактор имеет диаметр 4,9 м и высоту 5,4 м. Его внутренняя поверхность покрыта слоем угольно-эпоксидной антикоррозийной краски. Поток обрабатываемого раствора подают через насадку снизу вверх. В верхней части биореактора имеется камера объемом 7,5 м³ для сбора выделяющихся газов. При работе установки в нестационарном режиме с разбавленными сточными водами         (42-106 мг/л по БПК) средняя эффективность очистки составляет 57 ± 16%. На метан приходится 70 % общего объема выделяющихся газов.

      Во  Франции городские отходы подвергают ферментации в смеси с водорослями. Так, например, при анаэробной ферментации смеси, состоящий из 4 частей городских отходов с 5 % органических веществ, 2 частей бытовых отходов с 21 % органических веществ, 7 частей суспензии водорослей с 7,5 % органических веществ и 16 частями воды, производительность ферментатора составляет 421 л газа на 1 кг органического вещества. Газ содержит 60 % СН и 40 % СО .

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 99. Получение  метана из домашнего мусора ("Валорга", Франция):

1 — загружающее устройство; 2 — грайфер; 3 — приемный сборник; 4 — измельчите^ 5 — металлоотделитель; 6 — сортировочное устройство; 7 — измельченное сырье; 8 — васос; 9 — смеситель; 10 — метантенк; 11 — сборник газа; 12 — пресс; 13 — сброженный продукт; 14 — измельчитель; /5 — сита; 16 — неиспользованные отходы; 17 ~ органический остаток; 18 — упаковка в метшей; 19 — потребитель биогаза

. Так,  например, при анаэробной ферментации  смеси, состоящей из 4 частей городских отходов с 5 % органических веществ, 2 частей бытовых отходов с 21 % органических веществ, 7 частей суспензии водорослей с 7,5 % органических веществ и 16 частями воды, производительность ферментатора составляет 421 л газа на 1кг органического псщества. Газ содержит60 % СЦ, и 40 % 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Водород является идеальным химическим носителем  энергии, так как при незначительной массе обладает большой энергией связей. Его производным является только чистый продукт, а именно вода. Сжигание водорода при высоких температурах дает большое количество полезной энергии с высоким     к. п. д.

      Водород как элемент находится на Земле  в неисчерпаемых количествах в виде воды. Однако технология его получения на основе энергетически экономного производства до сих пор еще не разработана, и пока его производство требует определенных затрат электрической энергии. Поэтому прямое биотехнологическое получение водорода на основе процесса, аналогичного фотосинтезу, или анаэробного сбраживания дискутируется. Микробиологическое получение водорода находится в стадии лабораторных исследований. Однако сейчас уже кажется   принципиально   возможным   путем   комбинации   техники фиксированных биокатализаторов и генной технологии на основе фотосинтезирующих   биосистем  достичь   результатов,   аналогичных достигаемым с фотоклетками. Для получения водорода из органических отходов путем анаэробной ферментации селекционируются новые   виды   микроорганизмов,   способные   производить   водород вместо метана.

            В Японии исследован процесс  образования водорода и метана  при сбраживании рисовой соломы и кухонных отходов смешанной культурой  микроорганизмов,  развивающихся   в   лошадином  навозе   и метановом иле. Рисовую солому предварительно подвергали обработке НаОН (0,4 %) при 123 ºС в течение 20 мин, а также действию коммерческих целлюлазных и гемицеллюлазных препаратов в концентрации 0,18; 0,5 и 1 % при рН 4,5 и 40 °С в течение 72 ч. Образование Н₂ наблюдали при сбраживании исходных органических субстратов при рН 7 и температуре 37 ºС в течение 3 суток в присутствии микрофлоры лошадиного навоза. Из 2,78 г субстратов (1 г рисовой соломы и 1,78 г кухонных отходов) выделялось 1,6 ммоля Н₂. 

      Анаэробные   микроорганизмы  лошадиного   навоза   сбраживали различные сахара и полиспирты. Максимальное выделение Н₂ наблюдалось при использовании маннита, лактата и глюконата в качестве источников углерода. Из 1,1 ммоля маннита в присутствии 1 г лошадиного навоза за 3 суток культивирования образовывалось 1,2 ммоля Н₂. При обработке  рисовой соломы и кухонных отходов НаОН и ферментными препаратами удалось солюбилизировать до 12 % сахаров, присутствующих в исходном сырье, что удвоило количество образовавшегося Н₂. Последовательное добавление лошадиного навоза и метанового ила к субстратам привело к раздельному образованию Н₂ и СН , а также в 1,5 раза повысило объем выделенных газов (942 мл газа за 16 суток культивирования). Конверсия углерода, содержащегося в исходном субстрате, до газообразных соединений составила 38,3 %. Во