«Северный поток» для биогаза

Анастасия Филиппова
28 декабря 2021, 13:50

Как бактерии помогают добывать газ из отходов

Коллаж: Тамара Ларина

Компания «ЭВОБИОС» усовершенствовала биогазовые установки, что позволило в несколько раз ускорить процесс переработки органических отходов. Однако массовое внедрение подобных комплексов пока не проводится.

Ежегодно количество органических отходов только от агропромышленного комплекса России составляет свыше 700 млн тонн: навоз, птичий помет и прочие субстанции. Такие отходы относятся к III–IV классам опасности, так как содержат возбудителей различных болезней и представляют серьезную угрозу для плодородной почвы, если их сразу вынести на поля. Однако такие отходы в стране практически не перерабатываются, поэтому площадь отведенных под них территорий постоянно растет. Это приводит к отчуждению сельскохозяйственных земель, окислению почв, загрязнению грунтовых вод и выбросам парникового газа в атмосферу.

Один из методов утилизации органических отходов — разложение под действием бактерий с выделением биогаза (смесь метана и углекислого газа) в специальных комплексах и получения экологически чистого удобрения. При этом биогаз можно использовать как топливо для электростанций и котельных. Что касается объемов, то полученного за год биогаза хватило бы для годовой прокачки по «Северному потоку».

Продвинутый биореактор

Первая биогазовая установка была построена в Бомбее в 1859 году. Сейчас классические биогазовые комплексы работают по принципу анаэробного брожения — разложения органических веществ без доступа кислорода с помощью микроорганизмов в герметичных резервуарах, которые называются метантенками. В метантенк загружаются отходы и нагреваются до 33–37 градусов. Начинается брожение бактерий и выделяется биогаз. В таком режиме переработка отходов занимает от 30 до 45 суток. Чем дольше держишь, тем больше газа получается. Можно нагревать и до 54 градусов. Тогда процесс проходит быстрее, но такой способ дороже.

Специалисты из российской компании «ЭВОБИОС» сумели усовершенствовать процесс. Теперь переработка отходов занимает меньше времени, а биогазовые установки стали не такими монструозными. Специалисты сконструировали и запатентовали особые биореакторы с применением проточной технологии. В течение суток отходы постоянно подаются в реактор, проходят через установку. В реактор, за счет его особой внутренней структуры, заселяется в десятки раз больше бактерий на кубический сантиметр, чем в системы накопительного типа при использовании традиционной технологии. Бактерии активнее размножаются и сохраняют высокую численность колонии, когда есть возможность разместиться на различных поверхностях. Реактор оснащен специальными биофильтрами, на которых и селятся микроорганизмы. Биогаз выделяется на выходе. Образуются органические удобрения.

«Самый простой способ понять эту технологию — обратить внимание на камни в ручье, которые на ощупь скользкие из-за того, что их покрывают бактерии. Если бактериям есть за что зацепиться, колония разрастается. А если вы зачерпнете кружку воды из того же ручья, то там бактерий будет уже гораздо меньше. В классических биогазовых системах бактериям, которые просто находятся в емкости, подобные поверхности недоступны. Поэтому им еще нужно "добраться" до еды. А у нас они живут, условно говоря, в хороших "домах", куда еда доставляется», — пояснили в «ЭВОБИОС».

Что касается самих бактерий, то они те же самые, что и в классических биогазовых комплексах. Всего существует порядка 200 видов метаногенных бактерий. В зависимости от отходов, условий и температурных режимов они мутируют. За счет особой структуры таких биореакторов и скорости переработки отходов отпадает необходимость в создании метантенков больших объемов. Установки «ЭВОБИОС» занимают площадь от 600 до 2500 кв. метров, это по меркам биогазового комплекса немного. Оборудование размещается на временном фундаменте. В случае необходимости его легко можно перевезти в другое место.

Обычно в состав биогаза входит 50–87% метана, 13–50 % углекислого газа, а также незначительные примеси водорода и сероводорода. После очистки биогаза от СО2 получается биометан — аналог природного газа. По данным «ЭВОБИОС», в их биогазе содержится до 80% метана. Из одного кубометра биогаза можно получить более 2,2 кВт/ч электроэнергии.

В ходе работы биокомплекса отделяемый от биометана углекислый газ все же попадает в атмосферу. Но за счет ускорения всех процессов его значительно меньше, чем от отходов, перегнивающих естественным путем. Поэтому «ЭВОБИОС», получивший семь патентов на технологии, применяемые в разработанном компанией биокомплексе, декларирует уменьшение углеродного следа у эксплуатанта.

Производитель утверждает, что его установки подходят для предприятий агропромышленного комплекса, очистных сооружений, хладокомбинатов, мясомолочных, масложировых и сахарных производств, а также для розничных продуктовых сетей, перед которыми стоит вопрос утилизации просроченных продуктов. Росприроднадзор недавно проверил биокомплекс и подтвердил, что оборудование не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

Тестовый режим

Несмотря на то, что «ЭВОБИОС» работает с 2013 года, к настоящему моменту продвинутый биогазовый комплекс компании установлен лишь на одном предприятии. С октября 2019 года система действует на племенном заводе «Первомайский» в поселке Плодовое Ленинградской области. Там имеется 2400 коров, что дает порядка 90 тонн навоза в сутки. Биокомплекс завода при полной загрузке может выдавать около 100 тонн жидких или 7–8 тонн сухих удобрений, вырабатывает 15–20 кубометров биогаза на кубометр навоза и позволяет утилизировать до 100 тонн отходов за 24 часа.

Сырье с завода «Первомайский» сливается в приемный бункер биогазового комплекса, после чего он закрывается, чтобы запахи и испарения не распространялись. В приемном бункере установлено перемешивающее устройство для предотвращения выпадения осадка. Из бункера сырье погружными насосами подается на сепараторы, где от него отделяется солома и прочие примеси. После сепаратора сырье поступает в накопительную емкость, дополнительно перемешивается и измельчается, затем - в теплообменник, где нагревается до 54 градусов. За счет сравнительно небольших размеров биокомплекса разогреть сырье до такой температуры не столь сложно, как в традиционных установках. К тому же при такой температуре все процессы в биореакторе ускоряются, что, помимо прочего, позволяет переработать отходы за одни сутки.

Нагретая масса поступает в биореактор, ферментируется, а затем получившееся жидкое удобрение забирается из реактора для последующего вывоза на поля. Таким образом, за исключением загрузки навоза в приемный бункер и выгрузки удобрения, отходы не контактируют с окружающей средой и находятся в замкнутой системе.

Биокомплекс, развернутый в Плодовом, стоит около 85 млн рублей. Он установлен разработчиком за свой счет, производит только жидкие органические удобрения для нужд хозяйства и сразу выносит их на поля, где выращиваются кормовые культуры. Если бы требовалось превращать жидкое удобрение в более густое или сухое, то потребовалось бы дополнительное оборудование. Выросла бы и цена. В среднем подобный комплекс с системой обезвоживания удобрений стоит порядка 120 млн рублей. При этом, биокомплексы, работающие по классической технологии, менее эффективны, но стоят еще дороже — до 850 млн рублей.

Спустя два года после установки оборудования на «Первомайском» проект все еще не приносит прибыли. Биогазовый комплекс работает в экспериментальном режиме. Создатели до сих пор совершенствуют его, подбирая наиболее подходящие комплектующие и стороннее оборудование. В рамках тестового режима «Первомайский» предоставил «ЭВОБИОС» земельный участок. Компания забирает у завода навоз и безвозмездно отдает полученное удобрение.

«Сейчас биокомплекс работает в режиме постоянной 50-процентной загрузки. Мы надеемся, что в январе снова выйдем на полную производительность. После этого в очередной раз будут сданы тесты на соответствия удобрений ГОСТу. И с этого момента уже произойдет монетизация контракта», — сообщили в «ЭВОБИОС».

На племенном заводе ожидают, что в будущем биокомплекс поможет снизить закупку минеральных удобрений на 80%. Это уменьшит затраты предприятия: «Сейчас значительно выросли цены на удобрения, поэтому нам выгодно иметь свои». У проекта есть и социальный бонус - с лета 2020 года прекратились жалобы местного населения на неприятный запах, так как на поля теперь вывозятся уже готовые органические удобрения, а не навозные массы.

При производстве биокомплексов «ЭВОБИОС» рассчитывает исключительно на свои собственные средства. Обычно для того, чтобы получить финансовую поддержку, компании должны сначала доказать, что их разработка успешно функционирует. Для организаций, которые занимаются опытно-конструкторскими работами, это представляет сложность. Существует и система получения грантов. Ее минус заключается в том, что гранты не покрывают стоимость биокомплексов. За все время своего существования «ЭВОБИОС» получила единственный грант на 12,2 млн рублей через Фонд содействия инновациям на улучшение своей системы измельчения. В компании считают, что всем было бы лучше, если бы в России жестче регулировалось обращения с отходами, и их утилизация была бы необходимостью для сельхозпредприятий.

Три источника рентабельности

Рыночный потенциал биогаза в России достаточно высок, уверен коммерческий директор компании «АгроБиоТех» Иван Егоров. По его словам, 10 лет назад были проведены подсчеты, согласно которым при использовании всех органических отходов на территории страны можно получить около 74 млрд кубометров биогаза в год или 45–55 млрд кубометров биометана. Но пока это, конечно, не слишком реалистичный сценарий. Впрочем, положительные примеры есть.

Власти Москвы в период мэрства Юрия Лужкова распорядились построить биогазовые станции для того, чтобы обеспечить энергетическую безопасность московских очистных сооружений. Решение было принято после блэкаута 2005 года. Станции расположены на территории Курьяновских и Люберецких объектов Мосводоканала. Полученный биогаз используется для выработки электрической и тепловой энергии, обеспечивая до 50% потребностей очистных сооружений. Помимо Москвы, биогазовые станции для переработки осадков сточных вод имеются в Иваново и Екатеринбурге.

Несколько станций установлены и на российских сельскохозяйственных предприятиях. Белгородская компания «АльтЭнерго» построила биогазовую станцию «Лучки». Электричества, вырабатываемого ей, достаточно для обеспечения суточных нужд 45 тыс. жителей. В этом году завершилось строительство биогазовой станции подмосковного комплекса по переработке отходов «Тимохово». Ожидается, что станция сможет перерабатывать до 200 тыс. тонн органики в год и вырабатывать 70 млн кВт.ч электроэнергии.

В «Ассоциации развития возобновляемой энергетики» отмечают, что развитию биогазовых технологий в России мешает несовершенство экологического законодательства, а также отсутствие полного комплекса нормативных документов по производству и использованию энергии, получаемой от биогазовых установок. Аналитики ассоциации указывают, что меры поддержки на оптовом рынке электроэнергии рассчитаны на солнечную генерацию, ветрогенерацию и малую гидрогенерацию. Поэтому производители электроэнергии, использующие в качестве топлива другие возобновляемые источники, ничего не получают. Строительство генерирующих мощностей на основе биомассы государством не стимулируется. Потенциальные инвесторы таких проектов сталкиваются с тем, что предприятия не готовы платить деньги за утилизацию. Но только за счет продаж энергии и удобрений биогазовые комплексы как правило не окупаются.

«Биогазовые проекты находятся на стыке нескольких отраслей. Во-первых, это возобновляемая энергия, во-вторых — это утилизация отходов и получение денег за счет утилизации. Неважно, про какие отходы мы говорим — сельского хозяйства, пищевой промышленности или иловые осадки городских очистных сооружений. Третья составляющая — высококачественные удобрения, их продажа в России или на экспорт. В связи с декарбонизацией появляется и четвертая составляющая — это роль биогазовых проектов как источника снижения парниковых выбросов», — считает Иван Егоров. По его словам, только при сочетании трех источников выручки — энергии, удобрений и снижения расходов на утилизацию отходов — рентабельность биогазового проекта может быть достигнута без зеленых тарифов или иных форм субсидирования.