Використання етанолу як палива

Рідкі палива надзвичайно важливі через зручність використання й гарного керування згорянням у двигунах. Можна вводити в трохи перероблені бензинові двигуни безпосередньо 95%-вий етанол, а можна подавати у звичайний двигун суміш із 100%-вого етанолу (збезводнений) з бензином у співвідношенні 1:10.

Збезводнений етанол - рідина в інтервалі температур від -117 до +78 °С с температурою запалення 423 °С. Застосування його у двигуні внутрішнього згоряння вимагає спеціального карбюратора. Тому й змішують бензин зі збезводненим етанолом (20 % за об'ємом) і використовують цю суміш (газохол) у звичайних бензинових двигунах. Газохол у цей час - звичайне паливо в Бразилії (етанол там одержують із цукрового очерету й маніоку),

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

використовують його й у США (етанол з кукурудзи). Важлива особливість етанолу - здатність витримувати ударні навантаження без вибуху, через це він набагато краше добавок з тетраетилсвинцю, що викликає серйозні забруднення атмосфери. Чудові властивості етанолу як пального забезпечують двигунам 20%-ве збільшення потужності у порівнянні із чистим бензином. Масова густина і теплотворна здатність етанолу нижчі, ніж бензину, відповідно теплота згоряння (24 МДж/м3) на 40% нижче ніж у бензину (39 МДж/м3). Однак краще горіння етанолу компенсує це зменшення теплотворної здатності. Досвід підтверджує, що двигуни споживають приблизно однакову кількість газохолу й бензину.

Біогаз

Перший великомасштабний завод з виробництва біогаза був побудований в 1911 році в англійському місті Бірмінгем й використовувався для знезаражування осаду стічних вод цього міста. Вироблюваний біогаз використовувався для виробництва електроенергії. Таким чином, англійські вчені є піонерами практичного застосування нової технології. Уже до 1920 року вони розробили кілька типів установок для переробки стічних вод.

Перша біогазова установка для переробки твердих відходів об'ємом 10 м була розроблена Ісманом і Дюсельє й побудована в Алжирі в 1938 році

Біогазова установка, як правило, являє собою герметично закриту ємність, у якій при певній температурі відбувається зброджування органічної маси відходів, стічних вод і т. п. з утворенням біогаза.

Принцип роботи всіх біогазових установок однаковий: після збору й підготовки сировини, що полягає в доведенні його до потрібної вологості в спеціальній ємності, воно подається в реактор, де створюються умови для оптимізації процесу переробки сировини.

Сам процес одержання біогаза й біодобрив із сировини називають ферментацією, або зброджуванням. Зброджування сировини виробляється за рахунок життєдіяльності особливих бактерій. Під час зброджування на

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

поверхні сировини з'являється корка, яку потрібно руйнувати, перемішуючи сировину. Перемішування здійснюється вручну або за допомогою спеціальних пристроїв усередині реактора й сприяє вивільненню біогаза, що утворився, із сировини.

Отриманий біогаз після очищення збирається й зберігається до часу використання в газгольдері. Від газгольдера до місця використання в побутових або інших приладах біогаз проводять по газових трубах. Перероблене в реакторі біогазової установки сировина, що перетворилася в біодобрива, вивантажується через вивантажувальний отвір і вноситься в ґрунт або використовується як кормова добавка для тварин.

Існує багато різних конструкцій біогазових установок. Їх розрізняють за методом завантаження сировини, зовнішньому вигляду, за складовими частинами конструкції й матеріалам, з яких вони споруджуються.

За методом завантаження сировини виділяють установки порціонного й безперервного завантаження, які відрізняються часом зброджування й регулярністю завантаження сировини. Найбільш ефективними з погляду вироблення біогаза й одержання біоудобрив є установки безперервного завантаження.

По зовнішньому вигляду установки різняться залежно від способу акумулювання й зберігання біогазу. Газ може збиратися у верхній твердій частині реактора, під гнучким куполом або в спеціальному газгольдері, що плаває або стоїть окремо від реактора.

Біогаз утвориться за допомогою бактерій у процесі розкладання органічного матеріалу при анаеробних (без доступу повітря) умовах і являє собою суміш метану й інших газів у наступних пропорціях:

Газ	Хімічна формула	Об'ємна частка
Метан	СН4	40 -70%
Вуглекислий газ	СО2	30 -60%
Інші гази:		1 -5%
Водень	Н2	0-1%

H2S

0 -3%

Сірководень

Теплотворна здатність одного кубометра біогазу становить залежно від вмісту метану 20-25 МДж/ м, що еквівалентно згорянню 0,6 - 0,8 літра бензину; 1,3 - 1,7 кг дров або використанню 5 - 7 кВт електроенергії.

Підтримка оптимальної температури є одним з найважливіших факторів процесу зброджування.

У природних умовах утворення біогазу відбувається при температурах від 0°C до 97°C [19], але з урахуванням оптимізації процесу переробки органічних відходів для одержання біогазу й біодобрив виділяють три температурних режими:

• психофільний температурний режим визначається температурами до 20 -

25°C,

• мезофільний температурний режим визначається температурами від

25°C до 40°C і

• термофільний температурний режим визначається температурами понад

40°C.

Оптимальною температурою для мезофільного температурного режиму є 34 - 37°C, а для термофільного 52 - 54°C.

Якщо відомо вагу добового свіжого гною, то добовий вихід боготворіння буде приблизно наступним:

• 1 тонна гною КРХ - 40-50 м3 біогазу;

• 1 тонна свинячого гною - 70 - 80 м3 біогазу;

• 1 тонна пташиного калу - 60 -70 м3 біогазу.