Come produrre biocarburante fai da te dal letame in ambiente domestico

Le moderne tecnologie di trasformazione di ogni tipo di materia prima aprono la prospettiva di una soluzione efficace per ottenere biocarburante dal letame direttamente in ambito domestico. Inoltre, producendo biocarburante in casa con le proprie mani grazie ai nuovi principi di riciclo dei rifiuti, si può parallelamente produrre fertilizzante per le coltivazioni agricole.

E cosa serve e come costruire correttamente un bioreattore – queste domande le esamineremo in dettaglio nel nostro articolo. Forniremo consigli sulla scelta della materia prima migliore per ottenere biogas e analizzeremo le peculiarità dell'uso del combustibile ottenuto per le necessità domestiche.

Certamente, la via più semplice è l'acquisto di impianti industriali già pronti. Tuttavia, il loro costo elevato spinge a prendere in considerazione la possibilità di costruire sistemi produttivi fai da te.

Breve definizione del biogas

Secondo le definizioni scientifiche, il biogas è un prodotto ottenuto dal processo di fermentazione di una massa di rifiuti biologici. In questo caso, il prodotto della fermentazione è metano o idrogeno.

La formazione di metano (o idrogeno) avviene grazie all'attività vitale di batteri di tre tipi:

• idrolitici;
• che producono acidi;
• che producono metano.

Il prodotto di qualità della fermentazione è considerato la composizione della miscela gassosa, il cui contenuto si distribuisce nel rapporto: 50-85% di metano, 15-50% di anidride carbonica, e meno del 5% di idrogeno solforato.

Approssimativamente così appare lo schema strutturale di produzione di energia alternativa. In questo caso vengono utilizzate fonti di materia prima tradizionali per l'uso domestico, che si prestano perfettamente per ottenere energia alternativa – il biocarburante

Questa miscela gassosa viene fatta passare attraverso filtri allo scopo di eliminare la presenza di CO² e H²S, dopodiché rimane metano biologico puro. Questo gas non si differenzia in nulla dal gas naturale utilizzato in ambito domestico e industriale.

Come materia prima per ottenere una miscela gassosa biologica di qualità si utilizzano solitamente:

• letame e pollina;
• residui della produzione di alcol (borlanda);
• eccedenze delle produzioni birrarie (trebbie);
• masse fecali e scarti della lavorazione del pesce;
• polpe di barbabietola, rifiuti domestici, erba e altro.

Questa è solo una parte di tutte le materie prime ammissibili per l'uso. Ma anche questo elenco mostra quanto sia variegato l'elenco delle materie prime per poter avviare la produzione di biogas su base permanente.

Impianto di produzione di biocarburante, realizzato su misura per le esigenze di una delle numerose aziende agricole attive. Una stazione di piccole dimensioni, ma che soddisfa pienamente i bisogni di un'azienda agricola privata.

I parametri volumetrici della resa della miscela di gas dipendono direttamente dal tipo di materia prima utilizzata e dal suo contenuto di sostanza secca. Ad esempio, utilizzando letame bovino, da una tonnellata di letame si possono ottenere 50-60 m³ di biocarburante, contenente fino al 60% di metano.

Si ritiene che la migliore materia prima siano i rifiuti ad alto contenuto di grassi. La lavorazione di una tonnellata di rifiuti grassi attraverso un impianto classico di produzione di biocarburante può fornire fino a 1300 m³ di miscela gassosa, dove il contenuto di metano raggiunge il 90%.

Come realizzare un modulo agricolo di trasformazione?

Per realizzare un sistema di trasformazione dei rifiuti in biocarburante, come minimo è necessario conoscere il principio di funzionamento di tali dispositivi, nonché avere un'idea della progettazione circuitale.

Schema dell'impianto a bioreattore: 1 – bioreattore; 2 – agitatore; 3 – riscaldatore; 4 – pompa; 5 – elemento filtrante; 6 – compressore gas; 7 – gasometro; 8 – vasca di raccolta del letame; 9 – uscita fertilizzante (liquame); 10 – pannello di controllo del riscaldamento

Consideriamo entrambi, ma va notato: costruire un impianto completo è un'impresa piuttosto complicata e costosa. In ambiente domestico, di norma, si riesce a realizzare solo qualcosa di simile agli impianti di trattamento. Tuttavia, alcuni tentativi hanno successo.

Principio di funzionamento dell'impianto a biogas

La tecnologia di produzione del biocarburante, di norma, segue il seguente approccio sistemico:

1. Il bioreattore (contenitore) viene caricato con letame.
2. Per un certo periodo di tempo, all'interno del reattore avviene il processo di fermentazione.
3. Si forma un ambiente gassoso.
4. Si provvede all'estrazione dei gas dal reattore.
5. La miscela gassosa viene purificata e inviata all'uso come combustibile.

La composizione della miscela gassosa ottenuta in uscita è caratterizzata da una saturazione piuttosto elevata di diverse sostanze. La percentuale maggiore è costituita da metano (60%), anidride carbonica (35%) e altre sostanze, tra cui idrogeno solforato (5%).

Ecco come appare il diagramma di distribuzione dei gas della miscela: 1 – contenuto di metano circa 63-65%; 2 – contenuto di anidride carbonica circa 30-33%; 3 – contenuto di idrogeno solforato circa 2%; 4 – contenuto di ammoniaca circa 1%; 5 – contenuto di idrogeno circa 1%

Nel frattempo, per un funzionamento efficiente di una stazione domestica per la produzione di gas, sono necessarie notevoli scorte di deiezioni animali.

Pertanto, la prima cosa a cui prestare attenzione per ottenere biocarburante in ambito domestico (o in una casa di campagna) è la disponibilità di fonti di materia prima per l'impianto di trattamento.

Costruzione fai da te del bioreattore

Dopo aver individuato le fonti di materia prima, occorre poi decidere l'area di posizionamento del bioreattore domestico (o per la casa di campagna). Il reattore stesso è un contenitore ermetico, sufficientemente robusto, con un volume calcolato in base all'apporto giornaliero di letame da trattare (per riferimento: per ottenere 100 m³ di miscela gassosa sono necessarie circa 1 tonnellata di letame).

Tabella del rapporto tra il tipo di letame e la quantità di biogas ottenuta

Tabella che mostra l'efficienza dei vari tipi di rifiuti biologici in termini di volume di gas ottenuto. Come si può vedere dalla tabella, il letame suino è il più efficiente, in grado di produrre la maggiore quantità di biocarburante

Un tale contenitore dovrà essere posizionato su una base solida, dotato di valvole di intercettazione e altra strumentazione tecnica secondo lo schema classico. È preferibile che la parte superiore del contenitore sia rimovibile, con fissaggi a bulloni e una guarnizione di tenuta.

Per garantire la continuità del ciclo, il contenitore di accumulo deve essere dotato di un modulo di riscaldamento artificiale. Se in estate l'efficienza della fermentazione del letame e la velocità di formazione del gas sono assicurate dalle condizioni di temperatura esterna, in inverno la situazione cambia.

Per l'utilizzo invernale del bioreattore è obbligatorio un riscaldamento artificiale, considerando che l'attività dei batteri di fermentazione cessa già a 4-10 °C sopra lo zero. Di conseguenza, il serbatoio deve avere un isolamento termico di buona qualità. A questo scopo è adatto il classico metodo di isolamento con lana minerale.

Esempio pratico di isolamento del bioreattore per il suo utilizzo invernale. Come materiale isolante è stata utilizzata lana minerale. Sopra, lo strato di lana è coperto con materiale rivestito di alluminio.

Esistono diverse opzioni per organizzare il riscaldamento. Ad esempio, l'uso di riscaldatori elettrici o di un sistema di riscaldamento a acqua (camicia d'acqua).

La potenza del circuito di riscaldamento deve essere calcolata in base alla temperatura ottimale all'interno del reattore di 25-40 °C, necessaria per ottenere un processo efficace di fermentazione della biomassa.

Oltre ai riscaldatori, l'attività di fermentazione della biomassa è influenzata dal grado di ristagno. In sostanza, all'interno del serbatoio, il materiale di letame deve essere costantemente in movimento. Il movimento della biomassa potenzia il processo di fermentazione e riduce il tempo di ottenimento della componente gassosa.

Versione estiva dell'impianto per la lavorazione del letame e la produzione di biocarburante. In questo caso, il riscaldamento è realizzato sotto forma di una vasca d'acqua in cemento, in cui è immerso il serbatoio del reattore. Tuttavia, questo impianto non può essere utilizzato durante il periodo invernale.

Il problema dell'organizzazione del movimento viene risolto introducendo nella struttura del bioreattore un apposito agitatore meccanico. L'albero di questo dispositivo è collegato all'albero di un motore a bassa velocità che compie l'azione di rotazione. L'accensione e lo spegnimento del processo di miscelazione possono essere manuali o automatici.

Sul nostro sito c'è un altro articolo che fornisce istruzioni per la costruzione dell'impianto per ottenere biogas per le esigenze di una casa privata.

Il processo di ottenimento di biogas e fertilizzanti

La struttura del sistema di produzione di biocarburante in ambito domestico prevede tecnicamente il riempimento del contenitore con letame per circa 1/3 della capacità. Per il caricamento del letame viene realizzato un portello di carico con una porta a chiusura ermetica. La parte superiore rimasta libera del bioreattore viene utilizzata per l'accumulo dei gas emessi.

Un bioreattore in miniatura fatto in casa, realizzato sulla base di una normale botte da 200 litri. In linea di principio, per soddisfare le modeste esigenze di biocarburante, è adatto per l'uso in un'azienda privata. È proprio quella struttura che si può realmente realizzare in casa per produrre biocarburante.

Sui livelli superiore e inferiore del recipiente è necessario realizzare fori di uscita. In alto, un'uscita per il gas; in basso, un'uscita per lo scarico del letame trattato (fertilizzante). Inoltre, nella zona superiore del recipiente, è consigliabile montare un finestrino di ispezione per osservare il processo.

Il tubo di derivazione per l'uscita della miscela gassosa viene collegato tramite un tubo ermetico a un dispositivo che svolge contemporaneamente le funzioni di separatore e di sifone idraulico. Per il collegamento si utilizza un tubo (metallico o in polietilene) di piccolo diametro (25-32 mm).

Il separatore stesso è un recipiente di capacità relativamente piccola, riempito d'acqua. Il gas, passando attraverso la colonna d'acqua, viene purificato, convogliato in un gasometro e successivamente inviato ai consumatori.

Esempio di dispositivo di un separatore a due stadi – tenuta idraulica per l'alimentazione della miscela gassosa proveniente dal bioreattore. Questa variante di filtrazione consente di ottenere un prodotto purificato di qualità.

Il tubo di derivazione inferiore sul reattore (per lo scarico del letame esausto – fango) è consigliabile realizzarlo con il diametro più grande possibile. Ad esso si collega una valvola di intercettazione (saracinesca) e si realizza un raccordo verso il contenitore per la raccolta del fango. La massa esausta nell'azienda può essere utilizzata con successo come fertilizzante.

Informazioni dettagliate sulla determinazione del volume necessario del contenitore, nonché sui calcoli dell'efficienza del bioreattore e sull'opportunità dell'uso del biogas, le abbiamo esaminate nell'articolo seguente.

Quale deve essere la composizione della massa di letame?

La massa di letame caricata all'interno del bioreattore non va considerata semplicemente come materia prima adatta in qualsiasi qualità. La componente della sostanza ha un'importanza fondamentale per il processo di fermentazione. In pratica si è osservato che la riduzione delle particelle di substrato è accompagnata da una migliore efficienza del processo.

La marcata fibrosità del substrato e l'aumento dell'area di interazione dei batteri – ecco i criteri principali che favoriscono la rapida decomposizione della massa di letame. In questo stato, la materia prima di letame, quando riscaldata e mescolata, non forma sedimenti o pellicole in superficie, il che semplifica notevolmente la filtrazione della miscela gassosa.

Preparazione della massa di letame per il caricamento nel reattore. A questa procedura viene prestata non meno attenzione che a tutto il resto, se si desidera ottenere un volume significativo di biocarburante in un breve periodo di tempo.

Il grado di macinazione della materia prima determina la durata della fermentazione, che a sua volta influenza il volume di gas ottenuto. Pertanto, per ridurre il tempo di fermentazione, è necessario macinare bene la materia prima: migliore è la qualità della macinazione, minore è il periodo di fermentazione.

Particolarità dell'impiego del biogas per esigenze domestiche

L'ambito di applicazione di questo tipo di risorsa energetica è piuttosto ampio. Grazie all'utilizzo del biogas come combustibile, si produce energia elettrica, si ottiene acqua calda o vapore. Esistono numerosi esempi pratici in cui il biocarburante viene utilizzato per alimentare i veicoli a motore.

Ma, per evitare problemi nell'uso di questo combustibile in azienda, è estremamente importante allestire un deposito per il biogas prodotto, individuando la posizione corretta per il gasometro sul terreno.

Gli impianti di biogas di questo tipo sono apparecchiature che aprono la possibilità di creare produzioni senza rifiuti. In questo senso, un esempio di successo è dimostrato da alcuni paesi dell'Europa occidentale.

Ad esempio, in Danimarca la produzione di questo tipo di carburante ha raggiunto quasi il 20% della massa totale delle risorse energetiche del paese. In grandi regioni del mondo, come l'India e la Cina, il numero di impianti di biogas è nell'ordine delle centinaia di migliaia.

Potenti impianti industriali per la produzione di biocarburanti. Tali strutture sono in grado di fornire completamente biocarburante alle grandi aziende agricole. In tutto il mondo viene utilizzato un numero enorme di sistemi simili. E la crescita quantitativa continua attivamente.

Non a caso si registra un notevole aumento dell'interesse in tutto il mondo per i processi di produzione del biogas.

Questa è una di quelle opzioni energetiche che vengono considerate fonti alternative e per le quali si vede un futuro, quindi agricoltori e dirigenti di servizi pubblici, proprietari di aziende private e piccole imprese seguono attentamente lo sviluppo della tecnologia.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Panoramica di un'unità per la produzione di biogas, realizzata utilizzando un serbatoio di plastica da 127 litri. Caratteristiche del dispositivo e consigli per l'uso.

Un interesse particolare per l'uso degli impianti si manifesta tra i proprietari del settore della ristorazione e della gastronomia, dove rimane attuale il tema del trattamento dei rifiuti alimentari. Su questa base c'è una buona opportunità per creare uno smaltimento economico dei rifiuti organici a beneficio delle aziende. Infine, la tecnologia di produzione dei biocarburanti è una reale conservazione dell'ambiente, cosa che non si può dire per la produzione di altre energie.

Le interessa la produzione di biocarburanti e desidera chiarire alcuni punti? Ponga le sue domande controverse nei commenti – i nostri esperti cercheranno di chiarire tali punti.

O forse conosce direttamente la costruzione di un bioreattore e il processo di ottenimento del biogas? Condivida le sue conoscenze pratiche e la sua opinione su questo argomento sotto il nostro articolo – molti imprenditori agricoli saranno interessati alla sua esperienza e ai suoi consigli.