Рассматривается история развития биогазовых технологий, выгоды от внедрения данных технологий в Кыргызстане в области энергосбережения, роста производства сельскохозяйственной продукции.
История биогазовых технологий. XVII веке до нашей эры в Китае, Индии и Персии использовали примитивные биогазовые технологии. Систематические научные исследования биогаза начались в XVIII веке нашей эры. В 1764 году Бенджамин Франклин провел эксперимент, в ходе которого он смог поджечь поверхность заболоченного озера в Нью-Джерси, США. Научное обоснование образования воспламеняющих газов в болотах и озерных отложениях дал Александр Вольта (1776 г.), установив наличие метана (СН4) [1]. Влияние температуры на количество выделяемого газа получил Попов в 1875 году. По его данным речные отложения начинают выделять биогаз при температуре около 60С. С увеличением температуры до 500С, количество выделяемого газа значительно увеличивается, не меняясь по составу: 65% метан, 30% углекислый газ, 1-4 % сероводород и другие газы. В.И. Омельянский исследовал процесс анаэробного брожения и участвующие в нем бактерии [2]. В1881-1895 годы проводились опыты по использованию биогаза для обогрева помещений и освещения улиц. В Бомбее
биогаз использовался в качестве моторного топлива. Немецкие ученные Имхофф и Бланк в 1914-1921гг. запатентовали ряд нововведений, которые заключались во введении постоянного подогрева емкостей. В 30 годы 20 столетия Буксвелл провел успешные эксперименты с навозом и другими органическими отходами. Первый крупномасштабный завод по производству биогаза был построен в 1911 году в английском городе Бирменгеме. Вырабатываемый биогаз использовался для производства электроэнергии.
Первая биогазовая установка для переработки твердых отходов объемом 10 м3 была разработана Исманом и Дюселье и построена в Алжире в 1938 году[1].
Сегодня биогазовые технологии стали стандартом очистки сточных вод и переработки сельскохозяйственных и твердых отходов и используются в большинстве стран мира. В Финляндии, Швеции и Австрии доля энергии биомассы достигает 15-20% от всей потребляемой энергии [3]. В Англии с помощью биогаза еще в 1940 году удалось покрыть все энергозатраты в сельском хозяйстве. Прогноз роста вклада биомассы как источника возобновляемой энергии в мире, предполагает достижения 23,8 % от общего потребления энергии к 2040 году. К 2015 году ЕС планирует довести этот вклад до 12 %.
Экологические выгоды. Увеличение присутствия в атмосфере парниковых газов (метан, углекислый газ и закись азота) приводит к увеличению температуры земли, изменению климата. Благодаря сбору и переработки навоза и других органических отходов путем анаэробного брожения происходит уменьшение выбросов парниковых газов. Поскольку при этом метан используется для получения тепла и энергии, а биоудобрение улучшает экологическое состояние посевных площадей. Кроме того, использование биогазовых технологий снижает потребление дров и бензина. Известно, что использование 1м3 биогаза вместо 1,3 кг дров снижает выбросы углекислого газа на 2,6 кг. Снижение выбросов углекислого газа за счет замены использования 1 дм3 бензина на 1м2 биогаза составляет около 1,6 кг. Снижение выбросов метана от переработки от 1 тонны навоза составляет 90 кг эквивалента углекислого газа [4]. Следовательно, снижение выбросов метана более эффективно, чем снижение выбросов углекислого газа.
Количество эмиссий метана от сельского хозяйства составляет около 33% от глобальных выбросов метана, связанных с деятельностью человека. При этом к животноводству соответствует около 21 %, выращиванию риса 12%. Точное количество эмиссий метана зависит от типа животных, их корма и систем хранения навоза. Например, в развитых странах эмиссии от молочных животных составляет 0,32 м3 метана на килограмм сухих навозных веществ, а в развивающих-0,25м3.
Потенциал снижения выбросов парниковых газов в Кыргызстане оценивается следующими цифрами – при переработке 5 514 264 тонн навоза в год (это расчетное выделение навоза всеми видами животных в Кыргызстане в год) с помощью биотехнологий будет предотвращен выброс 214 605 000м3 метана в атмосферу.
Широкое внедрение биогазовых технологий в сельскохозяйственный сектор экономики Кыргызстана позволит эффективного и устойчивого снижения нагрузок на окружающую среду.
Внедрение биогазовых технологий. Широкомасштабное внедрение биогазовых технологий требует учета взаимосвязанных факторов: климатических, социальных, экономических и экологических. А также государственной поддержки.
Природные особенности Кыргызстана связаны с горами. Понижение атмосферного давления и температуры воздуха на 100 м соответственно составляет 0,5-0,6 мм.рт.ст. и 0,60С. Кроме того, с увеличением высоты растет количество осадков.
Средне годовая температура в Кыргызстане ниже +150С и биогазовые установки без прогрева и изоляции не могут выдавать биогаз в круглый год. Наиболее эффективно внедрение установок, в реакторе которых поддерживается мезофильная или термофильная температура. Расчетные показатели биогазовых установок (БУ), работающих в мезофильном режиме, рекомендованные для фермерских хозяйств Кыргызстана приведены в таблице 1
Таблица 1 – Показатели биогазовых установок
Анализ таблицы 1 показывает, что установки с объемом реактора до 5 м3 окупается чуть более чем за один год, а установки с объемами реакторов более 10м3 окупаются за несколько месяцев работы. Расчетная стоимость установки без стоимости земли составляет 115-120 долларов США на 1м3 реактора. 35-40% общей стоимости составляет стоимость металлического реактора. Стоимость установки на единицу объема реактора снижается с увеличением объема реактора. Для условий Кыргызстана, где предусмотрены установки с подогревом, экономически более выгодно строить установки большего размера.
Потенциал биоудобрений в Кыргызстане. Расчет годового накопления навоза В Кыргызской Республике, исходя из минимального количества навоза и 85% влажности на одно животное приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Накопление навоза в Кыргызской республике
Потребность республики в навозе как органическом удобрении при норме внесения 40 тонн на гектар. Составляет 57 млн.тонн. Как видно из таблицы 2, имеющееся в республике поголовье скота и птицы обеспечивает накопление порядка 5,5 млн.тонн навоза в год. То есть потребность в органическом удобрении за счет навоза покрывается на сегодняшний день лишь на 9,6%.
Переработанный навоз на биогазовых установках может удовлетворить потребности сельского хозяйства республики в органических удобрениях. Поскольку переработка тонны навоза дает одну тонну жидких органических удобрений. Норма внесения которых- от 1 до3 тонн на гектар. То есть переработка отходов животноводства в Кыргызстане позволит получить около 5,51 млн.тонн жидких органических удобрений в год, что покрывает потребность республики в органическом удобрении.
Заключение.
Внедрение биогазовых и энергосберегающих технологий в Кыргызстане обеспечит эффективный рост производства сельскохозяйственной продукции, улучшение жизненного уровня сельского населения и экологической ситуации в республике. Кроме того использование биоудобрений снижает зависимость от внешних поставок минеральных удобрений и создает внешнюю экономию.
Литература
- Biogas Works, 2012, biogasworks.com
- Некрасов В. Микробиологическая анаэробная конверсия биомассы, 2011,рукопись.
- Е. Martinot «Renewables 2005», 2005, Global Status Report, Worldwatch
- Итоги учета скота и домашней птицы по категориям хозяйств, в разрезе областей, районов и городов КР. Национальный статистический комитет КР, 2011, -Бишкек.