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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Die Nutzung von Biogas im Alltag. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Für viele stellt sich zunächst die Frage, wie sich die vorhandenen Bedürfnisse mit der Größe der Anlage vereinbaren lassen. Das schreiben viele: Die Größe des Hauses beträgt beispielsweise 5 x 6 m (oder das Volumen beträgt beispielsweise 150 m3), die Familie beträgt 4 Personen, es ist notwendig, zu heizen und eine Küche bereitzustellen; Welche Installationsgröße ist erforderlich? Die vorliegenden Erfahrungen zeigen, dass für die Beheizung eines Hauses mit einer Fläche von 40–50 m2 und einem Vier-Flammen-Ofen durchschnittlich 3,0–3,5 m3 Biogas pro Stunde benötigt werden. Bei der Ausstattung eines Nahwärmesystems können Sie den weit verbreiteten automatischen Gas-Warmwasserbereiter AOGV-11, 3-3-U verwenden. Ein wichtiger Faktor, der die Intensität der Gasbildung bestimmt, ist die Temperatur des Prozesses. Wir sollten nicht vergessen, dass der Artikel „Biogas: sowohl heizt als auch kocht“ Erfahrungen beschreibt, die sich auf ein Land mit einem relativ milden Klima beziehen. Offensichtlich ist bei härteren klimatischen Bedingungen eine Erwärmung notwendiger, vielleicht sogar in einem stationären Prozess. Und wenn eine Heizung vorhanden ist, erscheint es ratsam, diese als wirksamen Regulierungsfaktor zu nutzen, wodurch die Gasbildung um ein Vielfaches erhöht werden kann. (Über einen weiteren steuernden Faktor – das Mischen – sprechen wir später.) Unter Berücksichtigung des kombinierten Einflusses dieser Faktoren auf die Leistung der Anlage können wir nun einige Empfehlungen geben. Bei der Auswahl der Fermentergröße können Sie sich an den in der vorherigen Veröffentlichung genannten Möglichkeiten orientieren; Unter Berücksichtigung eines raueren Klimas lohnt es sich, der Anlage ein Heizelement hinzuzufügen, beispielsweise in Form von Spulen. Im Probebetrieb erkennt man sofort, wie sich die Erwärmung auf die Leistung des Gerätes auswirkt. Um die Abschlussarbeiten zu systematisieren, empfiehlt es sich, ein Notizbuch zu führen (ohne auf das Gedächtnis angewiesen zu sein) und alle eingegebenen und empfangenen Änderungen aufzuschreiben. Die Praxis zeigt, dass jede 10° zusätzliche Erwärmung der Biomasse den Gasausstoß aus 1 m3 Fermenter verdoppelt. Hier finden Sie einige Informationen für diejenigen, die über den Entwurf einer Installation nachdenken. Aus 1 Tonne Rohstoff werden 80-100 m2 Gas gewonnen. Sein Heizwert beträgt etwa 5500-6000 kcal/m3. Zum Vergleich: Haushaltsgas hat nicht viel mehr Kalorien – nur 7000 kcal/m3. Nun zur Biologie des Prozesses. Methanproduzierende Bakterien sind in den Rohstoffen selbst vorhanden. Ihre Kulturen entwickeln sich bis zu drei Wochen lang in einem Fermenter, bis die Masse beginnt, Gas freizusetzen. Bei Verwendung eines fertigen „Sauerteigstarters“ aus einer vorherigen Portion aus einem bereits in Betrieb befindlichen Fermenter verkürzt sich der Zeitraum für den Start der Gasproduktion auf etwa eine Woche. Methanproduzierende Bakterien werden in drei Gruppen eingeteilt. Psychrophile wirken effektiv im Bereich von +5...+20°. Bei weiterer Temperaturerhöhung entwickeln sich mesophile Bakterien, ihr Wirkungsbereich liegt bei +30...+42°. Und bei einer noch höheren Temperatur zeigt sich die Wirkung thermophiler Bakterien, die in einem sehr engen Bereich arbeiten: +54...+56°. Eine Vielzahl von Fragen betrifft die Gestaltung der Anlage, vor allem die Schaffung der Möglichkeit, periodisch Rohstoffe nachzufüllen und Biomasse zu mischen, ohne die Glocke drucklos zu machen. Zunächst muss gesagt werden, dass eine kontinuierliche Gasproduktion durch die Verdoppelung von Anlagen erreicht werden kann. Bei zwei Fermentern kann bei wechselweiser Befüllung eine komplizierte Konstruktion vermieden werden. Daher sollte der zukünftige Erbauer einer Biogasanlage im Hinblick auf ihre Möglichkeiten drei Schemata vergleichen: das einfachste mit periodischer Nachfüllung; paarige Protozoen, mit abwechselnder Nachfüllung; mit einer speziellen Vorrichtung, die eine kontinuierliche Gasversorgung gewährleistet. Bei der Wahl des dritten Schemas müssen Sie bedenken, dass der Betrieb des Fermenters nicht nur das Nachfüllen von Rohstoffen, sondern auch die Abfallbeseitigung erfordert. Im letztgenannten System sind die Wiederauffüllung von Rohstoffen und die Beseitigung von Abfällen nicht gleich häufig. Somit kann die Abfallbeseitigung mit dem Stoppen des Prozesses zur Reinigung und Inspektion des Systems kombiniert werden. Das Auftanken geschieht häufiger und ist einfacher: Jeden Tag wird 1/10 des Volumens von unten entnommen und die gleiche Menge an frischen Bio-Rohstoffen oben hinzugefügt. Eine der Möglichkeiten, den Fermenter gasverlustfrei zu betanken, basiert auf dem sogenannten Prinzip kommunizierender Gefäße. Dazu wird neben der Fermentergrube ein kleiner Abfüllbehälter aufgestellt, der über eine unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Rohrleitung mit dieser verbunden ist (Abb. 1). Die Rohrleitung besteht aus einem Stück keramischem Abwasser- oder Asbestzementrohr, das in die Wände der Behälter eingebettet ist. Ein solches System selbst ist eine Flüssiggasdichtung. Mit einem eingesetzten Trichter können Sie die Effizienz der Konzentratzufuhr steigern (Abb. 1a). Sie können das Erdreich mit einem einfachen Siebkolben durch die Rohrleitung drücken. Gleichzeitig dient es als Dämpfer, der eine Selbstvermischung der Biomasse zwischen beiden Behältern verhindert.
Die Notwendigkeit einer periodischen Durchmischung von Biomasse wirft viele Fragen auf. Wie kann dieser Vorgang ohne Druckentlastung durchgeführt werden? Nicht jeder kennt die Möglichkeit des Selbstmischens. Erinnern wir uns an den Effekt der Konvektion: Man kann ihn in einem Raum beobachten, wenn über dem Heizkörper einige Flusen entstehen, aufschwimmen, an der gegenüberliegenden Wand fallen und vom Luftstrom wieder zum Heizkörper getragen werden. Dieser Effekt der thermischen Zirkulation des Mediums ist im Fermenter nicht schwer zu erreichen, wenn man in seinem unteren Teil Heizrohre (Rohrschlangen) anbringt und sie an eine Kante verschiebt; Konvektion sorgt für eine Selbstvermischung. Wenn der Prozess der Gasbildung einsetzt, wird dieser durch den Effekt aufsteigender Gasblasen im Bereich über der Heizung ergänzt. Es ist nicht schwierig, einen mechanischen Biomassemischer herzustellen. Es eignet sich besonders für Gebiete mit mildem Klima, in denen keine Heizung erforderlich ist. Wie die Praxis zeigt, ist es besser, dies im Voraus vorherzusehen. Denn wenn sich das System selbst zu erwärmen beginnt, könnte man fragen, warum dann Energie für das Mischen verschwendet werden? Außerdem ist es überhaupt nicht notwendig, die Masse ständig zu rühren. Sie können dies regelmäßig tun, beispielsweise morgens und abends. Es lohnt sich sogar, diesen Vorgang in einen zusätzlichen Anpassungsvorgang umzuwandeln. Dazu genügt es, die Position der Glocke zu überwachen: Sobald sie auf das untere Niveau (geringe Gasreserve) absinkt, muss die Biomasse durchmischt werden – und die Gasfreisetzung nimmt sofort zu. Der einfachste Mischer kann leicht in Form eines Laufrads hergestellt werden, das über flexible Verbindungen durch dieselbe Siphonleitung angetrieben wird (Abb. 3). Eine kontinuierliche Drehung in eine Richtung ist nicht erforderlich. Bei Rührwerken mit Radialflügeln reicht eine Wippbewegung aus. Sie können sich auf eine Klinge beschränken (Abb. 2). Generell besteht Spielraum für eigene Entscheidungen. Es ist besser, nicht verrottende Materialien wie Stäbe zu verwenden, zum Beispiel isolierte Elektrokabel oder Nylonkabel (Chlorid), die in Baumärkten als Leinen verkauft werden.
Hinzu kommt das Problem der Stabilität der Glocke. Leser, die das Material „Biogas: sowohl heizt als auch kocht“ sorgfältig studiert haben, haben bereits bemerkt, dass die Glocke beim Aufschwimmen das Gleichgewicht verlieren kann, wenn die in Abbildung 1 gezeigten Schemata ohne Änderung des Designs umgesetzt werden: Sie kippt entweder um oder Marmelade. Es ist kein Zufall, dass in Abbildung 3 in derselben Veröffentlichung ein Führungsrohr für die Glocke vorhanden ist, aber eine solche Installation ist für die Heimproduktion schwieriger. In der Abbildung zeigen wir ein Diagramm zum Ausbalancieren einer Glocke mit zwei Blöcken (Abb. 4a) und einem Gegengewicht sowie der Option „Kran“ (Abb. 4b). Der Fehler, der sich aus der nicht strengen vertikalen Bewegung des Glockenaufhängungspunkts am „Kran“ (entlang eines Kreisbogens) ergibt, ist aufgrund des erheblichen Überschusses des Hebelarms gegenüber dem Hub des Kipphebels vernachlässigbar.
Der Vorteil dieses Glockenausgleichssystems besteht auch darin, dass es als Hebevorrichtung bei der Inspektion und Reinigung des Fermenters verwendet werden kann. In Anbetracht dessen ist es nicht schwierig, das Design durch einige Hilfselemente zu ergänzen: Es ist besser, die Blöcke auf einem Repetierausleger zu platzieren (schließlich ist es strengstens verboten, die Glocke einfach anzuheben, um darunter zu arbeiten – „Don „Steht nicht unter der Last!“ Es lohnt sich, den Kipphebel des „Krans“ drehbar und abzustützen sowie das Gegengewicht wie bei einer Lagerwaage einzurichten. Wenn in Ihrer Gegend jedoch kein Frost herrscht, stellen Sie ein Gegengewicht in Form eines mit Wasser gefüllten Behälters bereit. Die größte Schwierigkeit, die einem Heimwerker im Weg steht, ist die Herstellung einer Glocke. Mit verzinktem Dacheisen können Sie ihm mit einfachen Mitteln die gewünschte Form geben, ohne dass es schwer ist. Aber die Zerbrechlichkeit eines solchen Materials mit schneller Korrosion in einer aggressiven Umgebung zwingt uns, nach anderen Optionen zu suchen. Daher raten wir Ihnen dringend, sich näher mit günstigem Altmetall zu befassen. Alte Behälter, zum Beispiel aus Erdölprodukten, können sich beim Schneiden als sehr geeignetes Halbzeug erweisen, sowohl in der Form (meist mit geschweißten Kugelböden) als auch in der Dicke des Blechmaterials: von 2 bis 5 mm . Offensichtlich werden die Laufmaße der Glocke Ø 2-3 m und die gleiche Höhe betragen. Fällt das „Fass“ kleiner aus, sollten Sie darüber nachdenken, ob Sie eine große Glocke bauen oder zwei kleinere (z. B. Ø 1,5 m) nehmen und gleichzeitig auf die Möglichkeit der gepaarten einfachen Installation zurückgreifen. Einige Leser haben eine Frage zur Bestimmung des Gasdrucks. Offenbar achteten sie nicht auf das Offensichtliche: Sobald die Glocke an die Oberfläche schwebte, erreichte die Gasdruckkraft den Wert der Glockenmasse. Lassen Sie uns dies anhand eines Beispiels erklären. Bei einem Glockenmanteldurchmesser von 2 m beträgt seine Querschnittsfläche S=πR2=3,14*1=3,14 m2=31 cm400. Bei einer Glockenwandstärke von 2 mm und einer Höhe von 5 m beträgt ihr Gewicht etwa 2 kg. Nehmen wir an, dass das tatsächliche Gewicht der Glocke 500 kg beträgt. Dann schwimmt die Glocke bei einem Gasdruck von 470 atm auf. (Im SI-System Masse M = 0,15 kg, Gewichtskraft G = 470 N, Gasdruck p = 4700/4700 31 = 400 N/cm0,15 = 2 atm). Wenn die Glocke steigt, ändert sich der Druck kaum; sein Anstieg erfolgt nur aufgrund der Verdrängung eines Flüssigkeitsvolumens, das dem schwimmenden Teil der Glockenwände entspricht. Wenn wir den niedrigen Gasdruck bemerken, erkennen wir, dass dieser (falls erforderlich) auf einfache Weise erhöht werden kann: Bringen Sie ein zusätzliches Gewicht an der Glocke an und platzieren Sie es tiefer, um die Glocke besser auszubalancieren. Einige interessante Beispiele zum Vergleich. Der Gasdruck im Stadtnetz liegt im Bereich von 200–300 mm Wassersäule. Art. und zulässig - bis 600 mm Wassersäule. Kunst. In unserem System muss dieser Druck auch maximal sein. Natürlich stellt sich die Frage: Ist ein privater Bauernhof in der Lage, Bio-Rohstoffe in ausreichender Menge zu produzieren? Natürlich nicht. Unsere Empfehlungen beziehen sich in erster Linie auf genossenschaftliche Tierhaltungsbetriebe, die sich von Tag zu Tag weiterentwickeln. Darüber hinaus liegen in Kollektiv- und Staatsbetrieben Reserven, und zwar beträchtliche: In der Nähe von Tierhaltungsbetrieben fällt teilweise eine erhebliche Menge Gülle an, die in keiner Weise genutzt wird. Die Anwohner könnten es recyceln und dann auf die Felder bringen. Denn Abfallrohstoffe aus dem Fermenter verlieren als Dünger praktisch nicht ihren Wert. Es ergibt sich ein doppelter wirtschaftlicher Vorteil. Abschließend appellieren wir noch einmal an die Leser mit der Bitte, ihre Erfahrungen bei der Planung und dem Betrieb von Biogasanlagen mit uns zu teilen. Autor: P.Zak
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