Биогаз — вещество, которое получается путем метанового брожения биомассы. Процесс разложения биомассы протекает под воздействием трех разных бактерий. Разложение идет по цепочке, и в результате следующие бактерии потребляют продукты жизнедеятельности предыдущих. Самые первые бактерии, участвующие в процессе, гидролизные, вторые — кислотообразующие, а третьи — метанобразующие. При производстве биогаза задействуются не только бактерии — метаногены, но и остальные три вида.

Биогаз состоит на 55-75% из метана (CH4), на 25-45% из CO2, помимо этого в нем присутствуют незначительные примеси водорода и сероводорода. Уже после очистки от углекислого газа на выходе получается биометан. Это вещество считается полным аналогом природного газа, так как основное отличие только в процессе образования.

Биогаз можно выделять из огранических отходов, таких как навоз, пивная дробина, зерновая и меласная послеспиртовая барда, фекальные осадки,  свекольный жом, отходы рыбного и забойного цеха и т.д.

Количество получаемого биогаза на выходе напрямую зависит от вида сырья и содержания сухого вещества. Так, из тонны навоза скота можно получить от 30 до 50 м³ биогаза, в котором метана 60%. Из разных видов растений можно получать от 150 до 500 м3 биогаза, в котором метана до 70%. Больше всего биогаза (около 1300 м3) с метаном до 87% выделяется из жира.

При расчете выхода используется понятие сухого вещества — СВ или TS, или же сухого остатка СО. Вода, содержащаяся в продукте, в расчет не берется, так как она не дает биогаза. Считается, что из 1 кг любого сухого вещества можно получать от 300 до 500 литров газа.

На подсчет выхода биогаза из конкретного сырья влияет и содержание в нем жиров, белков и углеводов. Также необходимо знать процентное содержание быстроразлагающихся и трудноразлагающихся веществ, таких как фруктоза, сахар, сахароза, крахмал и целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин. После сбора всей нужной информации производится расчет выхода газа для каждого элемента отдельно, а уже потом все числа складываются.

Помимо отходов для получения биогаза можно выращивать специальные энергетические культуры, такие как силосная кукуруза или сильфия. Выход газа при их разложении может составлять до 500 м3 с тонны.

Обратившись к истории можно узнать, что биогаз заинтересовал людей еще в 1859 году, тогда в Индии была построена первая установка по получению биогаза. В 1895 году биогаз начинает применяться в Англии для уличного освещения, а в 1930 году, благодаря развитию микробиологии, были выявлены бактерии, которые участвуют в образовании биогаза.

Экология

Использование биогаза в больших масштабах может значительно снизить выброс метана в атмосферу. Также весь переработанный и уже использованный навоз можно применять как удобрение для нужд сельского хозяйства. Все это снижает объемы применения химических удобрений, а также значительно сокращает нагрузку на грунтовые воды.

Метан влияет на парниковый эффект в 21 раз больше чем углекислый газ, а время нахождения в атмосфере составляет целых 12 лет. Вот почему, захват метана становится лучшим краткосрочным способом по предотвращению процессов глобального потепления.

Производство

На данный момент по всему миру существует более 60-ти совершенно разных технологий для получения биогаза. Самым применяемым методом считается метод анаэробного сбраживания в метатанках, или же анаэробных колоннах. Часть получаемой энергии, во время выделения биогаза тратится на поддержание процесса, что зависит от времени года, например, зимой до 15-20%. В теплых странах подогрев метантанка не требуется. Процесс переработки биомассы в метан протекает при температуре от 25 до 70°С.

Для того чтобы сбраживать сразу несколько видов сырья требуется специальная технология, в которую входит две стадии. Так, птичий помет и спиртовая барда, не будет перерабатываться в биогаз в стандартном реакторе. Для такой переработки требуется дополнительный реактор гидролиза. Такой реактор подключается для того, чтобы контролировать кислотность во время работы, ведь бактерии погибают при ярко выраженной кислотной или щелочной среде.

Перерабатывать отходы в биогаз экономически выгодно в местах с постоянным потоком отходов.

Существует еще один вид газа, так называемый свалочный газ, который образуется в местах хранения бытовых отходов.

Применение

Биогаз можно использовать как топливо при производстве электроэнергии, тепла, пара, а также как автомобильное топливо. Сейчас активно строятся малые биогазовые установки, которые применяются для приготовления пищи. Активнее всего эти установки применяются в Китае, там они обеспечивают газом около 60 млн. крестьян в объеме до 7 млрд. м³ в год. Так, к концу 2006 года было установлено более 18 миллионов газовых установок, что позволило не закупать или производить около 10,9 миллионов тонн любого топлива.

Подобные установки устанавливают и в роли очистных сооружений на фермах, птицефабриках, сахарных заводах, спиртовых заводах и мясокомбинатах.

В промышленно развитых странах уже давно применяются биогазовые установки, а лидирует в этом Дания – биогаз для них, это 18% всего топлива в стране. По абсолютным показателям, а также по количеству как средних, так и крупных установок на первом месте стоит Германия – около 8 миллионов установок. В Западной Европе большинство птицеферм для отопления помещений используют биогаз, что выгодно с любой точки зрения.

Volvo и Scania уже давно производят автобусы, в которых в качестве топлива применяется биогаз. Подобные автобусы активно используются в крупных городах страны. Считается, что к началу 2011 года на биогазе будет работать около 15% всех транспортных средств страны.

Потенциал

Ежегодно в России образуется до 300 млн. т сухих органических отходов. Из них 250 млн. тонн в сельском хозяйстве, а остальные 50 млн. тонн как бытовой мусор. Эти цифры говорят о том, что в случае полной переработки можно получать более 90 млрд. м³ биогаза.

А в США ежегодно выращивают до 8 млн. коров. Соответственно из их навоза можно получать столько биогаза, что его будет хватать для обеспечения топливом миллиона машин.