Біогазові країни: як у світі отримують енергетичну незалежність

Україна має великий потенціал у виробництві біогазу, проте поки що використовує його не більше ніж на 5%. Три приклади країн, у яких варто було б повчитися енергетичній незалежності.

У низці країн світу енергетика на біомасі зайняла важливе місце в енергобалансі. Наприклад, у Данії на частку енергетики на біомасі припадає понад 7% усієї енергетики, в Австрії – 12%, у Швеції – 21%, а у Німеччині – понад 24%. У цілому, в ЄС щорічно із біомаси отримують 14% загальної потреби у енергії. Європейський ринок біогазових установок оцінюється в $3 млрд, і, за прогнозами, він повинен вирости до $25 млрд уже до 2020 р. При цьому 75% біогазу виробляється з відходів сільського господарства, 17% – з органічних відходів приватних домогосподарств і підприємств і ще 8% – каналізаційних очисних споруд.

В Україні частка біоенергетики близько 3%, але потенційно «зелена» електроенергія може задовольнити усі потреби населення. Поки українські виробники зважують всі «за» та «проти» енергетичної незалежності і борються за «зелений» тариф, Agravery.com вирішив розповісти історію біогазу та як його використовують у найбільш розвинених країнах світу.

Історія біогазу

Окремі випадки використання примітивних біогазових технологій були зафіксовані в Китаї, Індії, Ассирії і Персії починаючи ще з ХVІІ століття до нашої ери. Проте систематичні наукові дослідження біогазу почалися тільки в ХVІІІ столітті нашої ери.

У 1764 році Бенджамін Франклін у своєму листі Джозефу Прістлі описав експеримент, в ході якого він зміг підпалити поверхню заболоченого озера в Нью Джерсі, США. Перше наукове обґрунтування горіння болотних газів, встановлення наявності метану в болотному газі і метанове бродіння було відкрите і досліджене у 1776 році ученим Алессандро Вольтом. Після відкриття хімічної формули метану Джоном Дальтоном в 1804 році європейськими вченими були зроблені перші кроки в дослідженнях практичного застосування біогазу.

Свій внесок у вивчення технологій біогазу зробили і російські вчені. Вплив температури на генерацію біогазу, що виділяється з органічної сировини вивчив в 1875 році відомий винахідник Олександр Попов.

Цікаво, що перша офіційно задокументована біогазова установка була побудована в Бомбеї (Індія) в 1859 році. Уже у 1895 році біогаз почав застосовувався у Великобританії для вуличного освітлення. Великий завод по виробництву біогазу був побудований в 1911 році в англійському місті Бормінгемі і використовувався для знезаражування стічних вод цього міста. Таким чином, англійські учені 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 куб.м була побудована в Алжирі у 1938 році.

Створення біогазової установки в BagePalli, Індія. фото: circlesonthewater.org

У роки Другої світової війни, коли енергоносіїв катастрофічно не вистачало, в Німеччині та Франції було зроблено акцент на отримання біогазу з відходів сільськогосподарського виробництва, головним чином, із гною тварин. У Франції до середини 40-х років експлуатувалося десь 2 тис. біогазових установок, а в Угорщині існували цілі фабрики для виробництва біогазу.

Європейські установки не витримали конкуренції в післявоєнний час з боку дешевих традиційних енергоносіїв (рідкий паливо, природний газ, електроенергія) і були демонтовані. Новим імпульсом для їх розвитку стала енергетична криза 70-х років, коли почалося стихійне впровадження біогазових установок у країнах Південно-Східної Азії.

Великий китайський прорив

Китай є світовим лідером по впровадженню технології виробництва біогазу. Тут діє максимальна кількість біогазових установок – близько 15 млн. Сумарний випуск біогазу в країні становить 14 млрд куб. м/год. За рахунок біогазу Китай забезпечує близько 30% своїх потреб в енергоносіях. Це дозволяє країні економити до 10 млн. тонн нафти або будь-якого іншого палива. До 2020 року біогазом планують забезпечити в сільській місцевості 300 мільйонів чоловік. Відповідно до державного плану розвитку сільських та промислових біогазових станцій у Китаї заплановане щорічне збільшення кількості біогазових установок на 15%.

При цьому країна експортує як сам біогаз, так і двигуни на базі цього палива у більш ніж 20 країн світу. За думку експертів, при збереженні поточних темпів зростання біогазової промисловості Китай вийде у світові лідери по виробництву біогазу вже до 2020 року.

Слід сказати, що дані про перші біогазові установки в Китаї відносяться до початку XVI століття до н.е. Однією із перших біогазових компаній світу стала фірма Santou Guorui Biogas Lamp Company, що була заснована Луо Гуорі у 1920 році.

Спроби розвитку біогазової енергетики Китай зробив ще в 1958 році, коли з’явилася програма комплексного використання біогазу для утилізації гною і поліпшення санітарних умов на селі. У 1970-х рр., за сприяння уряду, в сільських районах Піднебесної стали з’являтися установки переробки каналізаційних стоків, що отримали назву «китайський купол». Вони прості у використанні, тож китайські фермери будують та експлуатують їх самостійно. Конструкція не має ніяких рухомих деталей, а сировина рухається по її самотьоком. Сьогодні подібні установки на 6-8 кубометрів виробляють біогаз, що забезпечує 80% потреб родини з чотирьох людей для приготування їжі та побуту.

На думку експертів, причиною китайського «біогазового феномену» є збалансована система державної підтримки. Починаючи з 2003 року у країні діяла «Національна програма розвитку сільської біогазової енергетики» – масштабний проект, що покликаний збільшити кількість родин, які використовують біогаз. До 2005 року таких біогазових реакторів у Китаї нараховували більше 10 млн. Щорічно вони виробляли близько 7,3 млрд куб.м. біогазу.

Розвиток біогазової енергетики закріплено як пріоритет у законодавчих актах та планах розвитку країни на подальші десятиріччя. Йдеться, в першу чергу, про реформування традиційного устрою, створення додаткової інфраструктури та згладжування диспропорцій у рівні соціально-економічного розвитку між селом та містом. Біогазова програма – свого роду «зелена революція» по-китайськи. Наприклад, овочі, вирощені без використання хімічних добрив (які замінюються відходами від виробництва біогазу), коштують в середньому на 30% дорожче, і вважаються екологічно чистими.

Біогазова установка в Китаї. фото: pronedra.ru

Крім малих фермерських установок, в Китаї працюють 40 тис. великих і середніх біогазових станцій і 24 тис. біогазових очисних реакторів для обробки міських побутових відходів. Тільки у 2010 році було побудовано 4000 великих біогазових станцій, що функціонують на основі відходів тваринницьких ферм. За статистикою Мінсільгоспу Китаю, енергія з біогазу надходила на 40 млн. ферм, що складає 33% від усіх існуючих китайських фермерських господарств.

За останні 11 років влада Китаю витратила на розвиток виробництва біогазу в сільських місцевостях 21,2 млрд. юанів. Китайські фермери заробили на виробництві та використанні біогазу за цей час 8,8 млрд. юанів. Прикметно, що лише у 2010 році китайська влада в рамках цільового бюджетного асигнування вклала у сектор 800 мільйонів юанів. На ці кошти придбано 200 тисяч біогазових установок для забезпечення біогазом мільйона тибетських селян.

Розвиток цього виду діяльності покращив інвестиційний клімат в регіонах та вплинув на соціальну сферу. Сьогодні біогаз використовується як в школах, дитячих садах, інших соціальних об’єктах, так і на фермах і у приватних будинках. Слід додати, що на підготовку кадрів з біоенергетики китайський уряд щорічно витрачає понад $100 млн.

Німецька раціональність

Зараз в Європі лідируючу позицію по виробництву біогазу займає Німеччина (більше половини всіх установок). При цьому, тільки 7% виробленого цими підприємствами біогазу надходить в газопроводи, решта – використовується для потреб виробника. У перспективі 10-20% використовуваного в країні натурального газу може бути замінено біогазом.

Більшість працюючих біогазових установок використовують енергетичні культури і гній якості основного субстрату. Кількість сільськогосподарських біогазових установок становить близько 10 000. Іще приблизно 92 заводи утилізують біологічні відходи, зокрема муніципальні тверді побутові відходи. Близько 1 700 заводів працюють на каналізаційних очисних спорудах.

Завод Maabjerg Bioenergy застосовує п’ять фільтрів-відстійників. Фото: gea.com

Серйозним фактором, який вплинув на впровадження біогазових установок в Європі є зростання цін на імпортовані енергоносії, пов’язані з ними політичні ризики і подальша державна підтримка біогазової енергетики. Підтримка полягає в тому, що держава зобов’язана викуповувати електроенергію за «зеленим тарифом», що стимулює появу нових підприємств.

У перспективі, при оптимальному використанні біогазу в Німеччині електрикою, з цього виду палива можна буде постачати 12 млн домогосподарств. Уже зараз вироблених з біогазу електроенергії і тепла достатньо приблизно для 500 тис. приватних будинків і квартир.

Оскільки німецький федеральний закон про поновлювані види енергії надає сприятливі передумови для використання біомаси, вигідним для виробництва біогазу виявилося обробіток так званих «енергетичних рослин», таких як кукурудза і жито.

Тож цілком закономірно, що три з шести найбільших європейських компаній в біогазовій галузі – німецькі: Strabag Umweltanlagen GmbH, Schmack Biogas AG, Biotechnische Abfallverwertung – із загальною кількістю 280 заводів і обсягом виробництва близько 3,7 млн ​​т.

Не так давно у Швандорфі (Баварія) було запущено найбільшу в Європі установку з виробництва біогазу, яка буде щорічно виробляти з 85 тис. т рослинної сировини 16 млн куб. м екологічно чистого енергоносія. Установка є спільним проектом E.ON і компанії Schmack AG і буде працювати виключно на місцевій сировині – кукурудзі, силосі з трави і вторинній продукції рослинництва. Продукція нової біогазової установки буде надходити в газову мережу цієї компанії у вигляді природного біогазу (біогазу, доведеного до рівня природного). Компанія очікує, що до 2030 року природний біогаз буде покривати близько 10% споживання природного газу в Німеччині, що дорівнює споживанню газу приблизно в 5 млн домогосподарств.

Американські горизонти

Ринок біогазу в США розвивається значно повільніше, ніж в Європі. Наприклад, незважаючи на наявність великої кількості ферм, на території країни діє всього близько 200 біогазових заводів, які працюють на сільськогосподарських відходах. Приблизно 80% всіх біогазових проектів в США базуються на молочно-товарних фермах, використовуючи гній великої рогатої худоби для вироблення енергії. Загальна потужність всіх установок на таких фермах наближається до 60 МВт.

Більшість біогазових проектів США концентрується в штатах Нью-Йорк, Пенсильванія, Вермонт і Вісконсин. Однак вони охоплюють лише незначну частину від 8000 господарств, в яких можна було б впровадити виробництво біогазу. Так, за підрахунками американських фахівців, в середньому, стадо з 1000 корів може забезпечити паливом близько 250 КВт генеруючих потужностей, тож потенційні можливості всіх господарств США з генерації енергіїв з біогазу сягають 1600 МВт.

Серед всіх американських штатів виділяється Вермонт. Утворене в 2002 році найбільше державне комунальне підприємство Central Vermont Public Service вже поставило 47 млн. кВт/год електроенергії, виробленої «коров’ячими електростанціями» приблизно 3% зі своїх 160000 клієнтів.

Серед клієнтів, які віддають перевагу таким постачанням, не лише індивідуальні домовласники, що становлять більшу частину споживачів, але також 200 виробничих об’єктів. У загальній структурі енергетичного балансу комунального підприємства частка біогазової енергії перевищує 10%. При цьому на біогаз переробляється приблизно п’ята частина всього коров’ячого гною в Вермонті.

Фермери штату можуть купувати біогазові установки практично за половину вартості з урахуванням всіх грантів і преференцій. Тим не менше, покупка реактора, здатного переробити відходи стада в 1000 голів обійдеться більш ніж в $1 млн. При існуючих цінах на енергію, половину з свого 20-річного терміну експлуатації установка буде повертати витрачені кошти і тільки потім можливе отримання прибутку.

Альтернативний на сьогоднішній день спосіб використання біогазу – його очищення, доведення до існуючих комерційних стандартів, і поставка споживачам через газопровід. Принципову можливість такої технології продемонструвала фірма Agri-Waste Energy з Міннесоти. Agri-Waste Energy має намір «брати гній в оренду», платити фермерам за витягнутий біогаз і повертати перероблений компост для використання в якості добрив.

Стежте за головними новинами агробізнесу в Україні та світі на Agravery.com , на сторінці Facebook , у Telegram або підпишіться на нашу розсилку, відправивши лист з темою “Розсилка” на [email protected] .

Тільки зареєстровані користувачі можуть коментувати

Сучасна система аерації рідкого гною значно заощаджує ресурси господарства

Згідно зі статистичними даними, в Україні щороку нагромаджується близько 50 млн тонн рідкого гною. З одного боку, така кількість має радувати фермерів, хоч, імовірно, вони б воліли мати ще більше такого продукту, адже вивезене далі на поля це органічне добриво працюватиме на підвищення родючості ґрунту та врожайності культур. З іншого боку, свіжий гній тваринницьких ферм, який зберігається в неналежних умовах, потрапляючи разом зі стічними водами в нижні шари ґрунту, забруднюють довкілля. Хвороботворні бактерії та яйця гельмінтів, насіння бур’янів, що містяться в гної тварин, не припиняють своєї життєдіяльності тривалий час і становлять загрозу вже полям. Доведено, що патогенні бактерії зберігаються в ґрунті з достатнім вологозабезпеченням протягом 4–6 місяців. Відповідно й сільгоспкультури, які вирощують на таких полях, заражуються патогенними бактеріями. На довершення, запах, що поширюється на велику відстань від місця зберігання гною, не лише неприємний, а й шкідливий для людини. Тож тепер особливо актуальним є питання забезпечити зберігання та використання гною таким чином, щоб мінімізувати його негативний вплив на довкілля й водночас отримати таке потрібне нині якісне органічне добриво. До речі, закріплено воно й Законом України «Про внесення змін до Закону України „Про побічні продукти тваринного походження, що не призначені для споживання людиною”».

Чи вдається тваринницьким підприємствам забезпечити таке поводження з рідким гноєм? Вочевидь, не завжди. Натомість сучасні технології дають змогу робити це економно та ефективно, і головне — безпечно для довкілля та людини. Про розумну систему аерації рідкого гною The Ukrainian Farmer розповів директор ТОВ «Будмат» Олександр Радостєв.

— Пане Олександре, ви тривалий час працюєте на ринку сільськогосподарського будівництва, знаєтеся на різних системах гноєвидалення та зберігання. Які найпроблемніші місця спостерігаєте у цій вузькоспеціалізованій галузі?

— Якщо коротко, здебільшого обслуговування наших застарілих систем гноєзберігання передбачає багато ручної праці, неефективної та брудної. З іншого боку, чимало наших господарств не готові автоматизувати цей процес, порахувати економію та економіку від упровадження сучасних систем. Тому ми хочемо показати, що процес зберігання гною можна зробити набагато ефективнішим і комфортнішим для працівників. Тож пропонуємо познайомитися із сучасною системою аерації рідкого гною Smart Slurry ірландського виробника.

— Чому саме ця система? Розкажіть, будь ласка, про авторів цієї розробки.

— Систему аерації рідкого гною Smart Slurry розробили спеціалісти ірландської компанії Dairypower. Ця невелика сімейна компанія, яка з 1973 року розробляє рішення для систем прибирання гною у тваринницьких комплексах, починала свою діяльність з обслуговування доїльних залів в околицях міста Корк, звідки родом засновники компанії. Нині компанія є постачальником обладнання в понад 30 країн світу. Оскільки це сімейний бізнес, тут завжди працювали за принципом персонального обслуговування клієнтів — від запиту інформації до післяпродажного сервісного обслуговування.

Уперше система Smart Slurry була представлена на ринку 1998 року. Як бачите, вона не нова, на сьогодні по всьому світу встановлено більше як 3500 таких систем — найбільше, звісно, в Ірландії, а також Франції, Німеччині, Туреччині, США — загалом у 30 країнах. Економічність та екологічна безпечність системи підтверджена багатьма дослідницькими фермами, зокрема з Dairy Campus у Нідерландах. До речі, в Ірландії такі системи схвалені для використання Міністерством сільського господарства і додані в цільові схеми модернізації сільського господарства. Тобто з погляду держави роль таких установок в ефективному та безпечному сільгоспвиробництві неабияка.

В Україні система Smart Slurry робить перші кроки — зокрема завдяки нашій компанії, що є офіційним дилером Dairypower. Але можу впевнено сказати, що вона вже викликає значний інтерес вітчизняних фермерів. Більше з тим, деякі великі господарства вже встановили систему аерації рідкого гною на своїх свинокомплексах і відгуки тільки позитивні.

— То як працює ірландська «розумна система» аерації?

— Якщо коротко, то основна її робота — змішувати й переміщувати масу рідкого гною, вводячи великі обсяги повітря під низьким тиском із днища сховища. У результаті в лагуні створюється однорід не середовище з рівномірним розподіленням поживних речовин. Система складається з кількох ключових елементів: помпи з низьким енергоспоживанням, міцної системи трубопроводів, запатентованого поворотного клапана й простої у використанні панелі керування. Після налаштування система автоматично вмикається 4–6 разів на день, щоразу повністю перемішуючи вміст лагуни. Кожна точка аерації працює протягом певного часу, відповідного до потреб замовника. Для цього поворотний клапан послідовно перемикає подачу повітря від одних до інших секцій, доки весь резервуар не буде аерувати. Тобто система спрямовує гній в одну лагуну, перемішує його до однорідної консистенції, й замовнику лишається тільки вивезти цей гній на поля для удобрення.

— На ринку Smart Slurry вже понад 20 років, «завойовує» все нових клієнтів у різних країнах. Чому її обирають господарства? Які вона має переваги перед іншими системами аерації гною?

— Відповідь, чому вона так довго тримається на ринку, проста — бо не має аналогів. Усе автоматизовано, людина жодним чином не втручається в роботу системи. Smart Slurry працює автономно протягом 4–6 циклів кожен день. Гній постійно змішаний (гомогенізований) і готовий до відкачування й унесення на поля 365 днів на рік. Такий гній у будь-який момент можна вносити на поля за допомогою шлангових систем (розбризкувачів, культиваторів, багатоструменевих штангових систем). Тобто рідке добриво не карбонізується й не загущується. На відміну від старої технології, коли біля пів метра гною перетворюється на камінь, що потім треба обслуговувати.

Окремо варто сказати про якість органічного добрива. Завдяки такій системі аерації кількість азоту в гної збільшується приблизно на 50%, а кількість аміачного азоту — приблизно на 70%, що перевірено і доведено на практиці. Завдяки високій однорідності гною всі поживні речовини рівномірно розподіляються по всьому обсягу — і, відповідно, надалі на полях, живлячи біоту. Доведено, що культури, удобрені таким гноєм, швидше розвиваються та дають більшу прибавку врожайності, а трава на пасовищах стає апетитнішою для тварин.

— З досвіду компанії, яким господарствам установлення такої системи вигідніше?

— Загалом розмір господарства великої ролі не відіграє. Головне — мати лагуну. Ми все прорахували й дійшли висновку, що така система буде ефективною для будь-якого господарства. Наприклад, в Україні кілька систем аерації на кількох великих плівкових лагунах установлено в одному з найбільших свинарських господарств Goodvalley. Але навіть для найменших господарств така система є ефективною, для нього вона буде набагато дешевшою. А якщо наявного поголів’я не досить для заповнення лагуни гноєм, її можна заповнювати й чужим гноєм, перероблювати його і надалі продавати.

Можна навіть не мати тваринницького господарства й заробляти на реалізації гною. Кожен бізнесмен може збудувати лагуну (а ми її йому збудуємо «під ключ») і збирати гній по всій окрузі та реалізовувати. Тобто головне — збудувати максимально ефективну лагуну. Сьогодні це зробити елементарно: вирити яму і закласти спеціальною плівкою — і лагуна готова. Складніша технологія — зробити підвал під свинарником із решітчастою підлогою, куди стікатиме гній — ми також маємо рішення для облаштування такої лагуни.

— Питання, важливе для кожного фермера: наскільки економна та економічно вигідна система Smart Slurry?

— Вона максимально економічна, бо побудована так, що з, умовно кажучи, тисячі аераційних клапанів повітря виштовхує за один раз тільки десять. Тож процес подачі повітря не потребує якихось потужних помп чи двигунів. У старих системах для виконання аналогічної роботи потрібно було багато годин перемішувати гній. Для цього могло знадобитися кілька тракторів, що використовують спеціальне обладнання, спеціальні механічні міксери, які після завершення роботи треба було обслуговувати та чистити. Для цього потрібно було залучити мінімум дві людини. За нашими оцінками, навіть якщо власник має свої трактори, він буде витрачати на цю роботу сотні євро на день. Система Smart Slurry працює 4–6 разів на день із низьким енергоспоживанням і без втручання людини, що значно економить витрати на працю та пальне. А про переваги я вже сказав.

Ще один приклад: коли ми говоримо про лагуни, вкриті плівкою, зазвичай виникає проблема утворення кірки й замулення, необхідно очищувати лагуни кожні 5–8 років. Це, своєю чергою, означає заміну геомембрани через пошкодження в процесі очищення. Завдяки розумній системі аерації рідкого гною таких проблем не виникає, а відповідно, і витрат на технічне обслуговування, чим можна заощадити на поточних витратах. Додайте до цього 10-річну обмежену гарантію на трубопроводи й можна надовго забути про проблеми зі зберіганням і викачуванням.

Господарі, які спеціалізуються на рослинництві, вносячи такий гній на полях, значно економлять на купівлі мінеральних добрив. А це чи не найбільша затратна частина сільгоспвиробництва. Адже використання кисню знижує втрати азоту з гною, що збільшує ефективність його використання у вигляді добрива.

Коли була розроблена розумна система аерації рідкого гною, вона повинна була допомогти фермерам уникнути проблем та незручностей, пов’язаних із ручним/ тракторним перемішуванням, і дати їм економічне рішення. З моменту створення наша система еволюціонувала, стала придатною для роботи з різною щільністю гною — неважливо чи це свинячий гній, чи гній ВРХ — максимально ефективно працюючи. Прикметно, що система не лише створює безпечніше середовище для фермера та тварин, а й збагачує гній, приносячи користь землі, впливаючи на врожайність культур, швидкість зростання кормових трав. Тобто система Smart Slurry — це безпроблемне керування рідким гноєм на всіх етапах — від тварини до його транспортування на поля, яке не потребує втручання людини.

журнал The Ukrainian Farmer, березень 2021 року