Бахов Ж.К., Сапарбекова А.А., Коразбекова К.У.

 

Южно-Казахстанский Государственный университет имени М.Ауезова

 

Перспективы развития производства и использования биогазовых технологий в Казахстане

 

Современное состояние энергетики во всем мире характеризуется дефицитом и загрязнением окружающей среды вредными отходами разных производств. Стратегия развития энергокомплексов многих стран мира связана с использованием новых (нетрадиционных) и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), что является реальным путем для успешного решения проблемы энергоснабжения и сохранения окружающей среды [1]. Такие направления энергообеспечения интенсивно развиваются в развитых странах мира. По прогнозам специалистов [2] часть возобновляемых источников энергии в мировом балансе генерирования электроэнергии может достигнуть 50%. Необходимо разворачивать интенсивную работу по промышленному и коммерческому использованию таких источников и в Казахстане.  Развитие производства и использования биотоплива в Казахстане основывается на разработанной Правительством страны концепции «Развития рынка биотоплива в Казахстане до 2010 года». Основной целью концепции является устойчивое развитие сельскохозяйственного производства и рост его эффективности на основе развития биотопливной промышленности Казахстана.

В мировой структуре энергопотребления возобновляемые источники энергии (ВИЭ) занимают около 7%. В Казахстане же, как сообщил вице министр индустрии и новых технологий Республики Казахстан Дуйсенбай Турганов, доля ВИЭ в энергобалансе менее 0,5%, потенциал ВИЭ в Казахстане огромен – около 1 трлн. кВт/ч в год (примерно в 10 раз больше потребления электроэнергии в стране). Но реально «зеленой» энергии вырабатывается около 0,4-0,5 млрд. кВт/ч в год. То есть потенциал ВИЭ сегодня реализован на 0,05% в Казахстане. Но до 2014 года доля альтернативной энергетики в балансе Республике должна вырасти минимум вдвое.

В настоящее время отрасль биогаза в стране является практически не развитой по сравнению с другими отраслями биотоплива, хотя при имеющемся у Казахстана потенциале, биогаз может вполне частично, а в некоторых регионах и полностью, заменить потребление энергии, получаемой из традиционных энергоносителей. В целом же перспективы развития производства и использования биогаза в республике очень хороши. Этому способствует существование значительного количества органического сырья, простота технологии получения и использования биогаза, а также тот потенциал, который предоставляет биогаз при замене им традиционных источников энергии для выработки электричества и тепла.

Производство биогаза в нашей республике вообще не должно испытывать никаких трудностей, так как сырья, необходимого для его производства, вполне достаточно. В качестве субстратов для выработки биогаза прежде всего выступают органические отходы сельского хозяйства страны, которые в настоящее время никак не используются за исключением малой части, которая идет на удобрения. Помимо этого также можно использовать ресурсы полигонов ТБО, очистку сточных вод и т.д. Что позволит создать в стране мощную биогазовую индустрию.

В любом крестьянском хозяйстве в течении года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям. 15 м3 биогаза в сутки обеспечивают потребности по отоплению, горячему водоснабжению семьи из 4 - 5 человек в доме площадью 60 м2.

И по оценкам и литературным данным (источник: Energyland.info [3]), в Казахстане годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов по сухому весу - 22,1 млн.т, или 8,6 млрд.м3 газа (крупного рогатого скота - 13 млн.т, овец - 6,2 млн.т, лошадей - 1 млн.т), растительных остатков - 17,7 млн.т, или 8,9 млрд.м3 газа (пшеница – 11,9 млн.т, ячмень – 5,9 млн.т) (таблицы-1,2), что эквивалентно 14 -15 млн.т условного топлива, или 12,4 млн.т мазута, или более половины объема добываемой нефти. Несмотря на сокращение поголовья скота и птицы, перспективна переработка уже накопленных животноводческих отходов. За счет их переработки может быть получено около 2 млн.т.у.т./год биогаза.

Таблица-1. Годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов в Казахстане

Виды животных

Отходы по сухому весу, млн.т

Выход биогаза, млрд.м3

Крупные рогатые скоты

13

4,52

Овец

6,2

2,55

Лошади

1

0,58

Птичий

1,9

0,95

Общий выход

22,1

8,6

Таблица-2. Годовой выход растительных остатков вКазахстане

Виды растений

Остатки по сухому весу, млн.т

Выход биогаза, млрд.м3

Пшеница

11,8

5,9

Ячмень

5,9

3

Общий выход

17,7

8,9

Из 1 т сухого вещества отходов можно получить около 500 - 700 кг удобрений и 400 м3 биогаза. По анализу данных утилизаций сельскохозяйственных отходов в Казахстане можно получить из 39,8 млн.т отходов 17,5 млрд.м3 биогаза и 25,65 млн.т экологически чистых биоудобрений.  Брикетный навоз может использоваться как топливо для автотранспорта и сельхозтехники в сельской местности (с установкой газогенераторных двигателей) (таблица-3).

Таблица-3. Среднегодовой выход биогаза и удобрений в Казахстане

Виды отходов

Среднее количество отходов, млн.т

Среднее количество биогаза, млрд.м3

Среднее количество биоудобрении, млн.т

Отходы животноводства и птицеводства

22,1

8,6

13,26

Растительные отходы

17,7

8,9

12,39

Общие показатели

39,8

17,5

25,65

Переработка 17,5м3 газа в электрогазогенераторах позволит получать ежегодно до 45 млрд.кВт/час (половину всего энергопотребления, при потребности для сельского хозяйства 24 млрд.) и одновременно 44 млн.Гкал тепловой энергии.

По теплотворной способности 1 м3 биогаза эквивалентен 0.7 м3 природного газа, 0.643 л или 0,566 кг дизельного топлива, 0,856 кг условного топлива. При средней величине выхода биогаза 65 м3/ч суточное производство  составит 1560 м3, годовое - 569400 м3. Затраты на собственные нужды биоэнергетического модуля приняты 22 кВт/ч.

Один м3 биогаза эквивалентен 0,4 л керосина, 1,6 кг угля, 0,4 кг бутана, 2,5 кг навозных брикетов (таблица-4). Поэтому биогаз полученный путем переработки отходов сельского хозяйства может использоваться как носитель энергий в качестве керосина, угля, бутана и навозных брикетов и покрывают сельскохозяйственные затраты на них.

 

Таблица-4. Эквиваленты биогаза

Эквиваленты биогаза

1 м3 биогаз

По среднегодовом выходу биогаза в Казахстане

по животноводческим и птицеводческим отходам (8,6 млрд.м3)

по растительным отходам (8,9 млрд.м3)

общие показатели

Природный газ

0,7 м3

6,02 млрд.м3

6,23 млрд.м3

12,26 млрд.м3

Дизельное топливо

0,643л или 0,566кг

5,530 л/4,868 кг

5,723 л/5,037  кг

11,253 кг/9,905

Электроэнергия

2,6 кВт/ч

22,36 млрд. кВт/ч

23,14 млрд. кВт/ч

45,5 млрд. кВт/ч

Тепло

2515 ккал

21,6 млрд. ккал

22,4 млрд. ккал

44 млрд. ккал

Условное тепло

0,856 кг

7,36 млн. кг

6,55 млн. кг

13,91 млн. кг

Керосин

0,4 л

3,44 млрд. л

3,56 млрд. л

7 млрд. л

Угль

1,6 кг

13,75 млрд. кг

14,24 млрд. кг

27,99 млрд. кг

Бутана

0,4 кг

3,44 млрд. кг

3,56 млрд. кг

7 млрд. кг

Навозные брикеты

2,5 кг

21,5 млрд. кг

22,25 млрд. кг

43,75 млрд. кг

 

Кроме того, если использовать биогаз для производства электроэнергии, себестоимость ее оказывается всего 0,025-0,075 доллара за кВт/ч, в то время как электроэнергия от традиционных источников обходится в 0,1-0,15 доллара за квт/ч. таким образом, биогаз в 2- 4 раза экономичнее! К таким выводам пришли сотрудники НПО «ЭкоМузей» г.Караганды, успешно осуществившие проект по получению биогаза из органических отходов.

Преимущества внедрения биогазовых установок являются отсутствие экологических налогов и сборов, получение собственной электроэнергии, получение биогаза, метана, углекислоты, получение минерализованных азотных удобрений (повышение урожайности до 30% ).

В Казахстане разработкой биогазовых установок занимается Казахский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. ТОО КазНИИМЭСХ разработал биореактор БУ-5 с рабочим объемом 5 м3, с газгольдером объемом 5 м3, загрузочным ковшом – дозатором, теплообменником, топливным котлом с автоматической газовой горелкой. Они занимаются монтированием установок в хозяйствах Актюбинской и Алматинской области.

Иными словами, биогазовые технологии - это наиболее радикальный, экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обезвреживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.

 

Список литературы

1.     Пантелеева І.В. Проблеми та перспективи розви-тку використання поновлюваних джерел енергії / І.В. Пантєлєєва, С.О. Бєлікова // Системи обробки інфор-мації: зб. наук. пр. – Х.: ХУ ПС, 2007. – Вип. 3 (61). – С. 72-73.

2.     Коробко Б.П. Концепція та основні завдання галу-зевої програми впровадження нових та поновлювальних джерел енергії / Б.П. Коробко, М.М. Жовнір //Энергетика и электрификация. – 1999. – № 7. – С. 33-41.

3.     Energyland.info

4.     В.Баадер, Е. Доне, М.Бренндерфер. Биогаз. Теория и практика.

5.     Biogas Praxis. Barbara Eder. Heinz Schulz. 2006. перевод на рус. Биогазовые установки. Практическое пособие.