Что такое биотопливо? По определению, биотопливо — это горючее, получаемое из сырья растительного или животного происхождения, а также отходов жизнедеятельности и различных производств, связанных с обработкой биомассы.
Современные технологии позволяют получать биотопливо в трех видах: твердом, жидком и газообразном. Твердое горючее мы встречаем в жизни наиболее часто в виде пеллет и различных брикетов, получаемых методом прессования. Жидкое топливо – биодизель – не очень распространен в нашей стране, в большей степени из-за наличия большого количества ископаемых углеводородов по приемлемой цене. В то время как получать жидкое биотопливо из биомассы достаточно дорого и технологически сложно.
Перечислять здесь все виды растительного сырья для переработки в топливо, его источники и технологию производства нет смысла. Нас интересуют только те виды биотоплива, которые можно успешно получать в домашних условиях, не вкладывая больших денежных средств. Вот они:
- биогаз, извлекаемый из продуктов жизнедеятельности домашних животных и птицы;
- брикеты из различных отходов растительного и животного происхождения;
- древесный уголь.
Что такое биогаз?
Газообразное биотопливо (биогаз) — это горючее вещество, выделяющееся в результате химической реакции брожения органических отходов без присутствия кислорода. Горючий газ, выделяемый из навоза и прочих подобных видов сырья, в основном состоит из того же метана, которым мы привыкли пользоваться ежедневно у себя на кухне. Доля метана в биогазе составляет от 50 до 70% в зависимости от качества сырья и эффективности технологического процесса. Остальные химические соединения в составе газа – негорючие, это двуокись углерода и сероводород. Именно благодаря последнему весь процесс сопровождается хорошо нам знакомым запахом.
В этой статье мы не будем рассматривать способы получения биогаза в домашних условиях, потому что это достаточно непростая, энергоемкая и затратная технология. Домашним умельцам приходится идти путем проб и ошибок: то горючего выделяется слишком мало, то реакция не идет и так далее. Надо понимать, что для достижения успеха потребуется немало труда и терпения, а количества топлива вряд ли хватит хотя бы для самого элементарного обогрева дома.
Химические соединения в биогазе | Доля метана в биогазе | Примеры сырья для производства биогаза |
---|---|---|
Двуокись углерода | 30-50% | Животный навоз |
Сероводород | 1-5% | Растительные отходы |
Метан | 50-70% | Продукты пищевой промышленности |
Диоксид углерода | 5-10% | Органические бытовые отходы |
Аммиак | 1-2% | Фекальные массы |
Водород | 1-2% | Хлам из рыболовства |
Изготовление топливных брикет
А вот наладить дома производство биотоплива из опилок, соломы, того же навоза и других отходов несколько проще. Из оборудования понадобится лишь ручной пресс, сделанный специально для этой цели. Его можно приобрести в готовом виде, заказать мастерам либо, при наличии соответствующих навыков, изготовить самостоятельно.
Основные элементы самодельного пресса для изготовления топливных брикет
Главными элементами обыкновенного пресса являются пресс-форма (стакан, в который помещают сыпучее вещество), поршень и создающий давление механизм. Самостоятельно сделать их несложно, так как они типичны для станков по брикетированию.
Стакан, куда засыпают опилки или стружку, называется пресс-формой или камерой. От его формы будут зависеть параметры брикета. Какое будет сечение стакана (круглое, квадратное, прямоугольное), такой будет и вид брикета. А вот его длина может быть самой разной, но точно не превышающей высоту пресс-формы.
Обычно камеру сооружают из обрезка стальной круглой или профильной трубы. Основание поршня, которое заходит в стакан, вырезают из толстостенной (не менее 3 мм толщины) пластины.
В процессе сжатия биоматериала происходит выделение влаги из брикета. Для того чтобы она свободно выходила, камеру перфорируют небольшими, но часто расположенными отверстиями.
Шаги по изготовлению домашнего брикета из опилок кратко:
- Подготовить опилки к прессованию.
- Изготовить или купить пресс для брикетов.
- Рассчитать необходимую длину рычага и расстояние до соединения с поршнем.
- Рассчитать глубину погружения поршня в стакан.
- Прессовать брикеты.
- Проверить качество брикетов и повторить процесс, если необходимо.
Для достижения давления в самостоятельно изготовленном прессе, в основном, применяют рычаг, гидравлический домкрат или винт. Каждый из способов по-своему хорош, а их реализация на практике не очень сложна. Часто в качестве рычага берут металлическую трубу. Она не должна сгибаться под воздействием силы человека. Например, хорошо подойдет усиленная водопроводная труба диаметра 40 — 50 мм с толщиной стенки 4 мм.
Длину рычага и расстояние до соединения с поршнем выбирают не только ориентируясь на достижение нужного давления. Необходимо рассчитать глубину погружения поршня в стакан. Желательно сделать конструкцию таким образом, чтобы глубина погружения поршня была достаточной для формирования брикета без повторного сжатия с предварительной досыпкой материала. Это значительно увеличит темпы производства.
Если по какой-либо причине вы неправильно рассчитали размер рычага (как правило, из-за неправильного определения значения исходной плотности сырья) и глубины погружения поршня недостаточно для придания нужной твердости изделию, то необязательно переваривать всю конструкцию. Можно или уменьшить высоту стакана, или, досыпая опилки, прессовать один брикет за два или три прохода.
Можно применить и винтовой механизм прессования. Принцип действия ручного винтового пресса аналогичен рычажному, только прилагаемое усилие передается под углом в 90°. Чем больше диаметр рукоятки и меньше шаг резьбы, тем больше коэффициент увеличения давления. Винтовой пресс для опилок похож на устройство для отжима сока. Однако создаваемое в нем давление гораздо больше. Поэтому и прочность резьбового механизма должна быть выше. Такая конструкция также позволяет создавать большее давление, чем станок на основе рычажного механизма. Значимым ее минусом является более медленная скорость работы.
Приготовление смеси для брикетирования
Производство брикет начинается с приготовления смеси. В качестве сырья могут использоваться опилки, шелуха семечек, солома и даже размоченная макулатура. Кстати, в качестве сырья можно также использовать отходы зимней обрезки деревьев, предварительно измельчив ветки дробилкой. Конечно, такое топливо может и так чудесно сгореть в печи или твердотопливном котле, но из-за низкой насыпной плотности придется слишком часто производить загрузку топки. Готовое твердое биотопливо из соломы или опилок будет гореть гораздо дольше.
Итак, смесь состоит из сырья, воды и глины, служащей связующим веществом. В качестве связующего вещества можно также взять и какой-либо недорогой клей. Солому или бумагу необходимо предварительно измельчить, затем смешать с глиной в пропорции 10:1 (на 10 кг отходов 1 кг глины) и водой. Количество воды надо подбирать таким, чтобы обеспечить равномерное перемешивание и способность смеси к формованию. Не стоит добавлять в раствор много глины, не забывайте, что она останется в вашем котле в виде золы.
Смесью наполняется специальная форма, которую мы выбрали при изготовлении пресса, потом выполняется процесс прессования. Готовый брикет аккуратно вынимается из пресса и раскладывается сушиться на солнце.
Производство твердого топлива из навоза
Если вы имеете достаточные объемы собственного сырья, то такой безотходный животноводческий комплекс будет очень эффективным. Котельная на биотопливе, обслуживающая все участки собственного хозяйства, отопление, газ, электричество, полученные из собственного сырья, значительно удешевляют себестоимость продукции.
В домашних условиях производство биотоплива из навоза имеет смысл, когда его количество способно выполнить какую-либо самостоятельную энергетическую задачу (например: отопление дома, теплицы, хозяйственных построек и др.). В противном случае, если эта задача не достигается, экономически не целесообразно ввязываться в данный проект.
Для производства топлива из навоза применяют множество разных способов, однако все их объединяет одно – сформированные топливные брикеты или лепешки тщательно просушивают, причем одним из критериев готовности такого горючего является отсутствие неприятного запаха.
Сбор исходного материала тоже можно выполнить разными способами. Наиболее известный способ заключается в том, чтобы собирать по дороге, где часто ходят животные, лепешки из высохшего естественным образом навоза. Затем собранный материал несколько месяцев выдерживают в хорошо проветриваемом помещении, после чего его можно сразу использовать в качестве топлива, а можно приготовить брикеты с использованием пресса путем добавления соломы или опилок к навозу.
Плюсы | Минусы | |
---|---|---|
Сбор навоза | Бесплатное сырье | Может содержать сорную траву и семена |
Можно собирать круглый год | Имеет неприятный запах | |
Не требуется дополнительная подготовка | Может содержать болезнетворные микробы | |
Необходимо тратить время на сбор и выдержку | ||
Использование пресса | Необходимость дополнительной обработки сырья | Стоимость пресса |
Получение равномерного качества топлива | Дополнительная стоимость на опилки или солому | |
Удобство в хранении и транспортировке | Может привести к переизбытку некоторых элементов в почве |
Можно подготовить материал и методом постепенного накапливания навоза в местах обитания животных в течение определенного периода времени. После чистки коровника навоз вываливают в яму, или специальную большую емкость и добавляют растительный материал, резанный или рубленный на небольшие куски, после чего тщательно вымешивают будущее топливо ногами. В качестве растительного материала используют солому, камыш, сено. После тщательного перемешивания массы, формируют топливные брикеты вручную или с помощью пресса и оставляют на открытом воздухе до полного высыхания, периодически переворачивая брикеты. Убирать подготовленные топливные брикеты в сарай можно только после полного их высыхания и удаления неприятного запаха.
Получение древесного угля
Древесный уголь представляет интерес как топливо, используемое в домашних мангалах и барбекю. Не секрет, что покупать подобный уголь в магазине достаточно дорого, в то время как дома его можно выжечь бесплатно, только затратив свое время. Кстати говоря, сжигать его в твердотопливных котлах или печах бессмысленно, гораздо проще заложить в топку обычные дрова.
Выжигают уголь из древесины 2-мя способами:
- в бочках;
- в ямах.
Для первого способа требуется обычная стальная бочка на 200 л и бытовой пылесос. Последний послужит для нагнетания воздуха, поэтому в нижней части бочки должен быть врезан патрубок для его подключения. На дне емкости разводят огонь, затем заполняют ее дровами до половины и включают пылесос. Затем бочку накладывают доверху дровами и закрывают ее крышкой. Когда все прогорит и бочка остынет, производится сортировка с целью отделить древесные угли от золы.
Похожим образом древесина обжигается в яме. Последняя выкапывается на глубину около полуметра и в диаметре до 1 м. Дно ямы утрамбовывается, после чего в ней разводят костер и послойно накладывают дрова небольшой длины. Наполнение происходит по мере обжигания предыдущего слоя, процесс длится около 3 часов. В конце яма накрывается ветками и мхом, а сверху присыпается землей. Через 2 дня покрытие можно снимать и выбирать угли.
Заключение
Современные технологии позволяют получать горючее из различных видов биомассы, а в некоторых приморских странах даже производят биотопливо из водорослей. Но на данный момент рядовому домовладельцу доступны лишь описанные способы, остальные обойдутся слишком дорого.
Биотопливо – это экологически чистый материал, в процессе горения распадается на воду и углекислый газ, поэтому безопасен для использования в помещениях. При сжигании отсутствуют твердые продукты распада (копоть, зола), воздух в помещении увлажняется благодаря выделению пара, а КПД при горении достигает 95%. А еще при горении биотоплива присутствует эстетический аспект: языки пламени похожи цветом и формой на огонь в классическом камине.