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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 바이오가스 기술의 기초. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
바이오가스 플랜트란? 일반적으로 바이오가스 플랜트는 특정 온도에서 폐기물, 폐수 등의 유기물이 발효되는 밀폐 용기입니다. 바이오가스 생산과 함께. 모든 바이오가스 플랜트의 작동 원리는 동일합니다. 원료를 수집 및 준비한 후 특수 용기에 원하는 수분 함량으로 가져오는 것으로 구성되며 원료 처리를 최적화하기 위한 조건이 생성되는 반응기로 공급됩니다. 원료에서 바이오 가스와 바이오 비료를 얻는 과정을 발효 또는 발효라고합니다. 원료의 발효는 특수 박테리아의 생명 활동으로 인해 수행됩니다. 발효하는 동안 원료 표면에 크러스트가 나타나며 원료를 혼합하여 파괴해야합니다. 혼합은 수동으로 또는 반응기 내부의 특수 장치를 사용하여 수행되며 공급 원료에서 생성된 바이오가스의 방출을 촉진합니다. 생성된 바이오가스는 세척 후 수집되어 가스 탱크에서 사용할 때까지 저장됩니다. 가스 탱크에서 가정용 또는 기타 기기의 사용 장소까지 바이오가스는 가스관을 통해 운반됩니다. 바이오가스 플랜트의 반응기에서 처리된 원료는 생물비료로 전환되고 하역구를 통해 하역되어 토양에 적용되거나 동물의 사료 첨가제로 사용됩니다.
원료 가공 최적화 무산소 상태를 관찰하는 것 외에도 바이오가스 플랜트의 반응기 내부에서 유기 폐기물을 처리하는 데 필요한 조건은 다음과 같습니다.
바이오가스 플랜트의 종류 바이오가스 플랜트에는 다양한 디자인이 있습니다. 그것들은 원자재를 적재하는 방법, 외관, 구조물의 구성 요소 및 구성 재료로 구별됩니다. 원료 적재 방법에 따라 일괄 적재와 연속 적재가 구분되며, 이는 발효 시간과 원료 적재 규칙성이 다릅니다. 바이오가스 생산 및 바이오비료 생산 측면에서 가장 효율적인 것은 연속 로딩 플랜트입니다. 외관상 바이오가스의 축적 및 저장 방법에 따라 설치가 달라집니다. 가스는 반응기의 상부 고체 부분, 유연한 돔 아래 또는 특수 가스 홀더에 수집되어 반응기와 별도로 떠 있거나 서 있습니다. 바이오가스 기술 사용의 이점 잘 작동하는 바이오가스 플랜트는 일반적으로 소유자, 사회 및 환경에 많은 이점을 제공합니다. 돈을 절약:
추가 금액을 받을 수 있는 기회:
빠른 설치 회수:
시간, 공간 및 여성 노동력 절약:
환경적 이점:
바이오가스에 대한 추가 정보 바이오가스는 혐기성(공기가 없는) 조건에서 유기 물질이 분해되는 동안 박테리아에 의해 형성되며 다음 비율의 메탄과 기타 가스의 혼합물입니다. 표 1. 바이오가스의 구성
메탄 함량에 따라 달라지는 바이오가스 20 입방미터의 발열량은 2-3S MJ/m0,6이며 이는 0,8 - 1,3 리터의 휘발유를 태우는 것과 같습니다. 장작 1,7~5kg 또는 전기 7~3kW 사용'XNUMX. 생물학적 발효 과정 바이오가스 플랜트에서 원료를 발효하는 동안 메탄 생성 박테리아는 유기물을 분해하고 분해 생성물을 바이오가스 및 기타 구성 요소의 형태로 환경에 반환합니다. 소화 과정에 대한 지식은 바이오가스 플랜트의 설계, 건설 및 운영에 필수적입니다. 공급원료 및 바이오가스 생산의 구성 원칙적으로 모든 유기 물질은 발효 및 분해 과정을 거칩니다. 그러나 단순한 바이오가스 플랜트에서는 가축, 돼지 및 새의 배설물 및 소변, 사람의 배설물과 같은 균질 및 액체 유기 폐기물만 처리하는 것이 좋습니다. 보다 복잡한 바이오가스 플랜트에서는 식물 잔류물 및 고형 폐기물과 같은 다른 유형의 유기 폐기물을 처리하는 것이 가능합니다. 생산되는 바이오가스의 양은 사용되는 공급원료의 유형과 소화 공정의 온도에 따라 다릅니다. 바이오가스 사용
바이오가스는 천연 가스가 사용되는 것처럼 모든 가스 기기에서 사용할 수 있습니다. 바이오가스의 가장 효율적인 사용은 요리, 공간 난방, 발전 및 차량 연료 공급입니다. 생물비료에 대하여 다른 많은 개발도상국과 마찬가지로 키르기스스탄에서도 비료 문제와 토지 황폐화, 장작에 대한 높은 수요로 인한 삼림 벌채 문제 사이에 직접적인 연관이 있습니다. 농촌 지역에서는 마른 거름(똥)과 유기 폐기물을 요리와 주택 난방을 위해 태우는 경우가 많습니다. 이러한 유기 폐기물의 사용은 농업이 토양 비옥도를 유지하기 위해 많은 양의 식물 영양소를 손실하게 합니다. 바이오가스 기술을 사용하면 농촌 인구가 사용할 수 있는 자원을 최대한 활용할 수 있습니다. 바이오가스 생산 후 남은 바이오슬러지는 토지의 전반적인 품질을 개선하고 생산성을 높이는 효과적인 비료입니다. 생물 비료의 특징 생물 비료에는 토양의 침투성과 흡습성을 높이는 동시에 침식을 방지하고 일반적인 토양 조건을 개선하는 데 기여하는 많은 유기 물질이 포함되어 있습니다. 유기물은 또한 양분을 식물이 쉽게 흡수할 수 있는 형태로 전환시키는 미생물 발달의 기초이기도 하다. 실습에 따르면 생물 비료를 사용하는 식물의 수확량이 크게 증가합니다. 바이오가스 기술 개발의 역사 원시 바이오가스 기술을 사용하는 개별 사례는 기원전 3,5세기부터 중국, 인도, 아시리아, 페르시아에서 기록되었습니다. 그러나 바이오가스에 대한 체계적인 과학 연구는 거의 XNUMX만 년이 지난 서기 XNUMX세기에 들어서야 시작되었습니다.
1764년 벤자민 프랭클린은 조셉 프리스틀리에게 보낸 편지에서 미국 뉴저지의 얕은 늪지대 호수 표면에 불을 붙일 수 있었던 실험에 대해 설명했습니다. 늪과 호수 퇴적물에서 가연성 가스의 형성에 대한 최초의 과학적 정당화는 1776년 Alexander Volta에 의해 늪 가스에 메탄이 존재함을 입증했습니다. 1804년 Dalton이 메탄의 화학식을 발견한 후 유럽 과학자들은 바이오가스의 실제 적용에 대한 연구의 첫 단계를 밟았습니다. 러시아 과학자들도 바이오가스 형성 연구에 기여했습니다. 방출된 가스의 양에 대한 온도의 영향은 1875년 Popov에 의해 연구되었습니다. 그는 강 퇴적물이 약 6°C의 온도에서 바이오가스를 방출하기 시작한다는 것을 발견했습니다. 온도가 50°C로 증가함에 따라 방출되는 가스의 양은 조성의 변화 없이 크게 증가했습니다. 메탄 65%, 이산화탄소 30%, 황화수소 1% 및 소량의 질소, 산소, 수소 및 일산화탄소가 있습니다. V.L. Omelyansky는 혐기성 발효의 특성과 이에 관련된 박테리아를 자세히 연구했습니다. 그 직후인 1881년에 유럽 과학자들은 공간 난방과 가로등에 바이오가스를 사용하는 실험을 시작했습니다. 1895년부터 Exeter 지역 중 한 지역의 가로등에 가스가 공급되었는데, 가스는 하수 발효의 결과로 얻어지고 밀폐된 용기에 수집되었습니다. XNUMX년 후, 봄베이에서 바이오가스 생산에 대한 보고가 있었습니다. 가스는 수집기에서 수집되어 다양한 엔진의 모터 연료로 사용되었습니다. 1914세기 초에는 발효 온도를 높여 바이오가스 양을 늘리는 분야에 대한 연구가 계속되었다. 1921-XNUMX년 독일 과학자 Imhoff와 Blank. 용기의 지속적인 가열 도입으로 구성된 여러 혁신에 대해 특허를 받았습니다. 제XNUMX차 세계 대전 동안 연료 부족과 관련하여 유럽에서 바이오가스 플랜트의 확산이 시작되었습니다. 이러한 시설을 갖춘 농장은 시설이 여전히 불완전하고 최적의 모드와는 거리가 멀었지만 더 유리한 조건에 있었습니다. 바이오가스 기술 개발의 역사에서 가장 중요한 과학적 단계 중 하나는 XX세기 30년대에 다양한 유형의 유기 폐기물과 거름을 원료로 결합하는 Buswell의 성공적인 실험입니다. 최초의 대규모 바이오가스 플랜트는 1911년 영국의 버밍햄에 건설되었으며 도시의 하수 슬러지를 소독하는 데 사용되었습니다. 생산된 바이오가스는 전기를 생산하는 데 사용되었습니다. 따라서 영국 과학자들은 새로운 기술의 실제 적용에 있어 선구자입니다. 이미 1920년까지 그들은 여러 유형의 하수 처리장을 개발했습니다. 최초의 10m3 고형 폐기물 바이오가스 플랜트는 Isman과 Ducelier에 의해 설계되었으며 1938년 알제에 건설되었습니다. 제40차 세계대전 동안 에너지 자원이 매우 부족했을 때 독일과 프랑스에서는 농업 폐기물, 주로 동물 배설물에서 바이오가스를 얻는 데 중점을 두었습니다. 프랑스에서는 2년대 중반까지 거름 처리를 위한 약 XNUMX개의 바이오가스 공장이 가동되었습니다. 자연스럽게 이러한 경험은 주변 국가로 퍼졌습니다. 헝가리에는 바이오가스 생산 공장이 있었습니다. 이것은 독일군으로부터 헝가리를 해방시키고 농민 농장에서 소 배설물이 더미에 있지 않고 가연성 가스를 얻은 밀폐 용기에 적재되었다는 사실에 놀랐던 소련의 시골 지역에서 주로 소련 군대의 병사들에 의해 기록되었습니다. 전쟁 전 기간의 유럽 시설은 전후 기간에 값싼 에너지원(액체 연료, 천연 가스, 전기)과의 경쟁을 견딜 수 없어 해체되었습니다. 동남아시아 국가에서 바이오 가스 플랜트의 자발적인 도입이 시작된 70 년대의 에너지 위기는 새로운 기반 개발의 새로운 원동력이었습니다. 높은 인구 밀도와 농작물 재배에 적합한 토지의 모든 지역에 대한 집약적인 사용, 그리고 원료의 인공 가열 없이 가장 단순한 형태로 바이오가스 식물을 사용하는 데 필요한 충분히 따뜻한 기후는 바이오가스 기술 도입을 위한 다양한 국가 및 국제 프로그램의 기초를 형성했습니다. 오늘날 바이오가스 기술은 폐수 처리 및 농업 및 고형 폐기물 처리의 표준이 되었으며 세계 대부분의 국가에서 사용되고 있습니다. 선진국 대부분의 선진국에서 바이오가스 플랜트의 유기 폐기물 처리는 열과 전기 생산에 더 자주 사용됩니다. 이렇게 생산된 에너지는 유럽 국가에서 소비되는 모든 에너지의 약 3-4%입니다. 국가 차원에서 바이오매스 에너지 사용을 장려하는 핀란드, 스웨덴, 오스트리아에서는 바이오매스 에너지가 소비하는 전체 에너지의 15~20%에 이릅니다. 유럽에서 바이오매스의 혐기성 처리에 의해 생산된 전기 및 열의 사용은 주로 오스트리아, 핀란드, 독일, 덴마크 및 영국에 집중되어 있습니다. 현재 독일에는 약 2000개의 대형 혐기성 소화 시설이 있습니다. 오스트리아에서 반응기 부피가 각각 2000m3 이상인 바이오가스 플랜트의 수는 현재 120개가 넘고 약 25개의 플랜트가 계획 및 건설 중입니다. 그림 4는 매년 164톤의 바이오매스를 처리하고 5.5만 m3의 바이오가스를 생산하는 Ribe 마을의 산업 공장을 보여줍니다. 거름은 계약에 따라 행동하고 이미 처리된 거름을 생물비료 형태로 받는 데 관심이 있는 농부들에 의해 매일 공급됩니다. 바이오가스 기술에 대한 높은 수준의 시장 개발은 도시 폐수 처리, 산업 폐수 처리 및 농업 폐기물 처리 분야에서 찾아볼 수 있습니다. 스웨덴에서는 바이오매스 에너지가 필요한 열 에너지의 50%를 제공합니다. 최초의 산업용 바이오가스 반응기의 본고장인 영국에서는 일찍이 1990년에 바이오가스의 도움으로 농업의 모든 에너지 비용을 충당할 수 있었습니다. 런던에는 세계에서 가장 큰 국내 폐수 처리 공장 중 하나가 있습니다.
30년대에는 유럽의 경험이 미국으로 이전되었습니다. 가축 폐기물 처리를 위한 바이오가스 플랜트는 1939년에 건설되었으며 30년 이상 성공적으로 운영되고 있습니다. 1954년에 바이오가스 생산과 함께 생활폐기물 처리를 위한 최초의 공장이 미국 아이오와주 포트닷지에 건설되었습니다. 바이오가스는 175kW의 발전기에서 전기를 생성하기 위해 내연 기관에 공급되었습니다. 현재 미국에는 동물 배설물을 처리하는 수백 개의 대형 바이오가스 공장과 도시 폐수를 활용하는 수천 개의 공장이 있습니다. 바이오가스는 주로 전기, 주택 난방 및 온실을 생성하는 데 사용됩니다. 온실 가스 배출량 증가, 물 사용 및 오염 증가, 토지 비옥도 감소, 비효율적인 폐기물 관리 및 증가하는 삼림 벌채 문제는 모두 전 세계적으로 지속 불가능한 천연 자원 사용 시스템의 일부입니다. 바이오가스 기술은 위의 문제를 해결하기 위한 일련의 조치에서 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 세계 재생 에너지원으로서 바이오매스의 기여도에 대한 성장 예측은 23,8년까지 총 에너지 소비의 2040%에 도달할 것으로 가정하고 2010년까지 EU 국가는 이 기여도를 12%로 늘릴 계획입니다.
개발 도상국 개발도상국에서 바이오매스로부터 얻은 에너지의 비율은 소비되는 모든 에너지의 약 30-40%이며 일부 국가(주로 아프리카)에서는 90%에 이릅니다24. 개발도상국에서는 소규모 바이오가스 플랜트에서 폐기물 처리를 통해 에너지와 열을 생산하는 것이 일반적입니다. 전 세계적으로 약 16만 가구가 바이오가스 플랜트에서 생산된 조명, 난방 및 요리에 에너지를 사용합니다. 여기에는 중국의 12만 가구, 인도의 3,7만 가구, 네팔의 140만 가구가 포함됩니다. 중국 농촌 지역에서는 현재 50천만 명이 넘는 사람들이 바이오가스를 연료로 사용하고 있습니다. 일반적인 바이오가스 플랜트는 반응기 부피가 약 6-8m3이고 연간 300m3의 바이오가스를 생산하며 연간 3-8개월 동안 운영되며 비용은 주에 따라 약 $200-250입니다. 대부분의 식물은 매우 단순하며 약간의 교육을 받은 후 농부가 직접 식물을 만들고 운영합니다. 2002년부터 중국 정부는 바이오가스 플랜트 건설을 지원하기 위해 매년 약 200억 달러를 제공했습니다. 각 설치에 대한 보조금은 평균 비용의 약 50%입니다. 따라서 정부는 바이오가스 플랜트의 수를 연간 1만 개로 늘리는 데 성공했습니다. 수천 개의 중대형 시설이 중국에서 산업 기반으로 운영되고 있으며 그 수를 늘릴 계획입니다. 인도에서는 농촌 농가를 위한 단순한 바이오가스 플랜트의 개발이 50년대에 시작되었습니다. 현재까지 인도에는 약 3,7만 개의 바이오가스 플랜트가 운영되고 있습니다. 인도 비전통 에너지원부는 1980년대부터 바이오가스 플랜트를 시행해 왔으며 바이오가스 플랜트 건설 및 운영, 농부 교육, 서비스 센터 개설 및 운영을 위한 보조금과 자금을 제공했습니다. 바이오가스 플랜트의 가스화 및 열 에너지 생산은 많은 개발도상국에서 성장하는 산업입니다. 필리핀에서는 1980년대부터 바이오가스 공장에서 쌀을 갈고 관개를 하는 모터에 동력을 공급하기 위해 가스를 생산해 왔습니다. 인도, 인도네시아, 스리랑카의 소규모 상업 회사(예: 섬유 산업 또는 건조 향신료, 벽돌, 고무)의 바이오가스 사용은 한 시즌도 채 안 되어 성과를 거두었습니다. 소련, CIS 및 키르기스스탄 소련에서는 40년대부터 메탄 발효의 과학적 기초가 연구되었습니다. 소련이 존재하는 동안 과학 아카데미 시스템의 기관은 이론 연구에 참여했으며 응용 연구는 공공 유틸리티 아카데미에서 수행되었습니다. Panfilov 및 농업 연구 및 설계 기관: All-Union Institute of Electrification of Agriculture(VIESH), 우크라이나 농업 산업 단지 연구 및 설계 연구소(UkrNIIgiproselkhoz) 등. 국내 바이오가스 플랜트(및 기타 농업 폐기물 처리 기계) 설계 개발의 주요 센터는 Zaporozhye Design and Technological Institute of Agricultural Engineering(KTISM)이었습니다. 과학자들이 수집한 데이터는 여러 실험실 및 파일럿 설치를 위한 기반을 형성했지만 KOBOS-1 설계 하나만 국가 승인 테스트에 허용되었습니다. KOBOS-1 장치는 실험적인 낙농장 실험실을 기반으로 성공적으로 테스트되었으며 Kurgan 지역(Northern Urals)의 Shumikha 시에 있는 공장에서 연속 생산하도록 승인되었습니다. 400마리의 젖소를 위한 낙농장 또는 4000마리의 돼지를 위한 중간 규모의 양돈장과 같은 중간 규모의 축산 농장을 위한 일련의 설치 변형으로서 혐기성 폐기물 처리 기술을 마스터하기 위한 프로그램에 따라 지어졌습니다. 공장은 10 세트의 장비를 생산했지만 소련 붕괴 후 자금 조달이 중단되었습니다. 생산된 10대 중 1대는 우크라이나와 벨로루시, 50대는 중앙아시아(3대는 키르기스스탄), 400대는 러시아로 보내졌다. 그러나 벨로루시 브레스트 지역의 Kamenetsky 지역에있는 가축 농장에서 그중 500 개만 도입되었습니다. 공장은 3mXNUMX를 처리합니다. 분뇨를 처리하고 하루에 XNUMX~XNUMXmXNUMX의 바이오가스를 생산합니다.
키르기스스탄에 온 설비 중 하나는 Farmer Association의 Fluid PF에 의해 재장착되었으며 4000년 Chui 지역의 Lebedinovka 마을에 BEKPR OsOO 돼지 농장을 기반으로 2003두에 설치되었으며 다른 하나는 Osh 지역의 민간 부문에서 집수기로 사용되었습니다. 저자: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.
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