Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Переработка навоза в биогаз: Биореакторы для переработки отходов в биогаз и удобрения

Содержание

Сырье для биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Сырье для биогазовых установок

Поскольку технологии в настоящее время стремительно шагнули вперед, сырьем для получения биогаза могут стать самые различные отходы органического происхождения. Показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья приведены ниже.

Таблица 1. Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья
Коровий навоз 39-51
Навоз КРС, перемешанный с соломой 70
Свиной навоз 51-87
Овечий навоз 70
Птичий помет 46-93
Жировая ткань 1290
Отходы с мясобойни 240-510
ТБО 180-200
Фекалии и сточные воды 70
Послеспиртовая барда 45-95
Биологические отходы производства сахара 115
Силос 210-410
Картофельная ботва 280-490
Свекольный жом 29-41
Свекольная ботва 75-200
Овощные отходы 330-500
Зерно 390-490
Трава 290-490
Глицерин 390-595
Пивная дробина 39-59
Отходы, полученные в процессе уборки ржи 165
Лен и конопля 360
Овсяная солома 310
Клевер 430-490
Молочная сыворотка 50
Кукурузный силос 250
Мука, хлеб 539
Рыбные отходы 300

 

Навоз КРС

Во всем мире к числу наиболее популярных относят

биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья коровьего навоза. Содержание одной головы КРС позволяет обеспечить в год 6,6–35 т жидкого навоза. Этот объем сырья может быть переработан в 257–1785 м3 биогаза. По параметру теплоты сгорания указанные показатели соответствуют: 193–1339 кубометрам природного газа, 157–1089 кг бензина, 185–1285 кг мазута, 380–2642 кг дров.

Одним из ключевых преимуществ использования коровьего навоза в целях выработки биогаза является наличие в ЖКТ крупного рогатого скота колоний бактерий, вырабатывающих метан. Это означает, что отсутствует необходимость дополнительного внесения микроорганизмов в субстрат, а следовательно, потребность в дополнительных инвестициях. Вместе с тем однородная структура навоза делает возможным применение данного типа сырья в устройствах непрерывного цикла. Производство биогаза будет еще более эффективным при добавлении в ферментируемую биомассу мочи КРС.

Навоз свиней и овец

В отличие от КРС, животные этих групп содержатся в помещениях без бетонных полов, поэтому процессы производства биогаза здесь несколько осложняются. Использование навоза свиней и овец в устройствах непрерывного цикла невозможно, допускается лишь его дозированная загрузка. Вместе с сырьевой массой данного типа в биореакторы нередко попадают растительные отходы, что может существенно увеличить период ее обработки.

Птичий помет

В целях эффективного применения птичьего помета для получения биогаза рекомендуется оснащать птичьи клетки насестами, поскольку это позволит обеспечить сбор помета в больших объемах. Для получения значительных объемов биогаза следует перемешивать птичий помет с коровьей навозной жижей, что исключит излишнее выделение аммиака из субстрата. Особенностью применения птичьего помета при производстве биогаза является необходимость введения 2-стадийной технологии с использованием реактора гидролиза. Это требуется в целях осуществления контроля над уровнем кислотности, в противном случае бактерии в субстрате могут погибнуть.

Фекалии

Для эффективной переработки фекалий требуется минимизировать объем воды, приходящийся на один санитарный прибор: единовременно он не может превышать 1 л.

С помощью научных исследований последних лет удалось установить, что в биогаз, в случае использования для его производства фекалий, наряду с ключевыми элементами (в частности, метаном) переходит множество опасных соединений, способствующих загрязнению окружающей среды. Например, во время метанового брожения подобного сырья при высоких температурных режимах на станциях биоочистки стоков практически во всех пробах газовой фазы обнаружено около 90 µg/м

3 мышьяка, 80 µg/м3 сурьмы, по 10 µg/м3 ртути, 500 µg/м3 теллура, 900 µg/м3 олова, 700 µg/м3 свинца. Упомянутые элементы представлены тетра- и диметилированными соединениями, свойственными процессам автолиза. Выявленные показатели серьезно превышают ПДК указанных элементов, что свидетельствует о необходимости более обстоятельного подхода к проблеме переработки фекалий в биогаз.

Энергетические растительные культуры

Подавляющее большинство зеленых растений обеспечивает исключительно высокий выход биогаза. Множество европейских биогазовых установок функционируют на кукурузном силосе. Это вполне оправданно, поскольку кукурузный силос, полученный с 1 га, позволяет выработать 7800–9100 м3 биогаза, что соответствует: 5850–6825 м3 природного газа, 4758–5551 кг бензина, 5616–6552 кг мазута, 11544–13468 кг дров.

Около 290–490 м3 биогаза дает тонна различных трав, при этом особенно высоким выходом отличается клевер: 430–490м3. Тонна качественного сырья картофельной ботвы также способна обеспечить до 490 м3, тонна свекольной ботвы – от 75 до 200 м3, тонна отходов, полученных в процессе уборки ржи, — 165 м3, тонна льна и конопли – 360 м3, тонна овсяной соломы — 310 м3 .

Следует отметить, что в случае целенаправленного выращивания энергетических культур для производства биогаза существует необходимость инвестирования денежных средств в их посев и уборку. Этим подобные культуры существенно отличаются от иных источников сырья для биореакторов. Необходимости в удобрении подобных культур нет. Что касается отходов овощеводства и производства зерновых культур, то их переработка в биогаз имеет исключительно высокую экономическую эффективность.

«Свалочный газ»

Из тонны сухих ТБО может быть получено до 200 м3 биогаза, свыше 50% объема которого составляет метан. По активности выбросов метана «свалочные полигоны» намного превосходят любые другие источники. Использование ТБО в производстве биогаза не только позволит получить существенный экономический эффект, но и сократит поступление загрязняющих соединений в атмосферу.

Качественные характеристики сырья для получения биогаза

Показатели, характеризующие выход биогаза и концентрацию в нем метана, зависят в том числе от влажности базового сырья. Рекомендуется поддерживать ее на уровне 91% в летний период и 86% в зимний.

Осуществить получение максимальных объемов биогаза из ферментируемых масс можно, обеспечив достаточно высокую активность микроорганизмов. Реализовать эту задачу можно лишь при необходимой вязкости субстрата. Процессы метанового брожения замедляются, если в сырье присутствуют сухие, крупные и твердые элементы. Кроме того, при наличии таких элементов наблюдается образование корки, приводящей к расслоению субстрата и прекращению выхода биогаза. Чтобы исключить подобные явления, перед загрузкой сырьевой массы в биореакторы ее измельчают и осторожно перемешивают.

Оптимальными значениями pH сырья являются параметры, находящиеся в диапазоне 6,6–8,5. Практическая реализация увеличения рН до необходимого уровня обеспечивается посредством дозированного введения в субстрат состава, изготовленного из измельченного мрамора.

В целях обеспечения максимального выхода биогаза большинство различных типов сырья допускается смешивать с другими видами посредством кавитационной переработки субстрата. При этом достигаются оптимальные соотношения углекислого газа и азота: в обрабатываемой биомассе они должны обеспечиваться в пропорции 16 к 10.

Таким образом, при выборе сырья для биогазовых установок имеет смысл уделить его качественным характеристикам самое пристальное внимание.

производство, получение и переработка, оборудование

Для того чтобы утилизировать навоз необходимо не только специально отведенное место, но и немало средств. Если частники всецело используют его на своих огородах в больших количествах, то аграрные хозяйства уже давно начали перерабатывать ценное сырье в биогаз. Процесс, как оказывается, доступен каждому. О технологии получения и производства далее наша статья.

Что представляет собой био газ

По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.

Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве.

В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.

Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.

Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животных

Можно ли получить биогаз из навоза

Непременно можно. И выполнить это достаточно просто. Прежде всего, нужно оборудовать специально отведенное место и оснастить его необходимым резервуаром. Но следует помнить, что для переработки понадобится немало биомассы. Для справки, 1 тонна навоза способна превратится в 100 куб. м необходимого топлива.

Каким же способом добывают биогаз:

  • Промышленные масштабы выработки топлива подразумевают наличие специального биореактора. В нем при участии анаэробных бактерий происходит процесс переработки сырья. В биомассе происходит брожение и это продолжается определенное время.
    Важно не допускать попадание чистого воздуха. Длительность данной стадии напрямую зависит от того, сколько биомассы было помещено в реактор.
  • Когда данная стадия находится на пике, происходит непрерывное выделение газовой массы. Она состоит из: метана – 60% и более, углекислого газа – 35% и 5% других веществ. Часто специалисты данной области находят частицы сероводорода в составе данной смеси.
  • При непрерывной выработке газа, он все время отводится из биореактора на очистку.
  • Процесс переработки останавливается и биогаз начинают применять по его прямому назначению, производят очистку установки. Из нее извлекают отходы, которые в дальнейшем направляются на удобрение полей.
Схема биогазового реактора

Этапы получения и переработки отходов

Биотопливо можно выработать на даче или прямо у себя на участке. Для этого выбираем максимально просторное и безопасное место для постройки конструкции. Затем нужно построить специальную емкость из бетона. При правильном ее обустройстве и отсутствия трещин, она будет служить самым настоящим реактором.

Перед тем, как начинать строительство, необходимо учесть, что отработанный навоз должен беспрепятственно извлекаться после переработки. Выход прост – заранее подготовить специальное отверстие, возможно с трубой. Его необходимо оборудовать так, чтобы была соблюдена полная герметичность всей конструкции. Она будет эффективна, только если газы не будут испаряться.

Выбор размера резервуара зависит от того, сколько навоза ежедневно появляется в хозяйстве. Будь то обычный двор с небольшим количеством скота или полноценная ферма в любом случае биореактор нужно заполнять не более чем на две трети от его полного объема. Только так процесс брожения будет протекать надлежащим образом.

После постройки необходимо проверить функциональность установки. После загрузки биомассы начинается переработка. Можно немного ускорить процесс. Для этого применяется весьма эффективный способ – нагрев сырья.

  1. Можно использовать специальные нагревательные элементы, которые устанавливаются под емкость.
  2. Подключить небольшой змеевик к центральной системе отопления и завести его под резервуар.
  3. Можно обогревать реактор напрямую с помощью мощных отопительных приборов электрического типа.

Варианты установок для получения топлива

Каждый из типов оборудования рассчитан на применение в определенной местности. На выбор влияют, как правило, погодные условия. Если климат теплый – можно обойтись недорогой, упрощенной установкой. При суровых условиях понадобятся дополнительные механизмы.

Схема получения биогаза в условиях сельского хозяйства

Основные виды:

  1. Установка, рассчитанная на ручную загрузку, в которой нет функции перемешивания и подогрева. Одна из самых простых и распространенных вариаций. Может использоваться и в домашних условиях. Переработка навоза – до 200 кг в сутки.
  2. Оборудование с ручной загрузкой и возможностью перемешивания биомассы. Более эффективное оснащение при столь же небольшой стоимости.
  3. Обновленная система, предусматривающая ручную загрузку, подогрев навоза и его перемешивание. Более дорогостоящий вариант оснащения с реактором, подогреваемым специальным котлом. Он работает на постоянно вырабатывающемся биогазе. По карману промышленным фирмам.
  4. Установка, в которую входит – пневматический механизм перемешивания массы, подогрев, газгольдер и ручная загрузка.
  5. Полностью автоматизированный набор для сельскохозяйственных и животноводческих фирм. Дорогая и максимально продуктивная.

Принцип работы оборудования

Задействование всего оборудования происходит следующим образом:

  • Загружаются отходы;
  • Плотно закрывается резервуар;
  • Начинается нагрев массы;
  • Выделяется газовая смесь;
  • Биогаз очищается и отводится для дальнейшего применения.
Простую установку для реактора можно построить самостоятельно

Схема самодельной установки

Сделать всю перерабатывающую конструкцию достаточно просто. Необходимо сделать:

  1. Реактор, исходя из объема навоза;
  2. Специальную подставку под реактор, где будут обираться отходы;
  3. Клапан;
  4. Трубку для отвода биогаза;
  5. Нагревающий механизм.

Максимум работоспособности самодельное устройство продемонстрирует при условии соблюдения нескольких правил. Первое – это герметичность. Второе – правильный подогрев. Третье – заполнение резервуара в пределах нормы.

Как применяют топливо в хозяйстве

С помощью данного типа топлива, которое будет постоянно производиться на участке, можно полноценно отапливать дом и некоторые другие сооружения. Если скота много, уточный объем навоза позволит производить достаточно «бесплатного» экологически чистого газа для отопления даже двухэтажного здания.

Второй способ использования – расходование углекислого газа. Это просто сделать с помощью воды.

Каждый частник, который держит хозяйство, может обзавестись продуктивным оборудованием для выработки биогаза. К тому же, его можно спроектировать самому. Нужно учитывать климатические условия и объемы сырья. В результате выгода использования данного топлива будет весьма ощутимой.

Биогаз из навоза КРС, свиней и птицы

Беспокойство населения земного шара быстрыми темами сокращение ископаемых ресурсов и стремительной сменой климата дало толчок открытию значительного потенциала уменьшения выбросов в атмосферу парниковых газов, которые выделяет скот, путем использования энергетической составляющей отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота, свиней и птицы.

С этой целью в Европейском Союзе фермерские хозяйства объединяют объемы органических отходов скота с целью превращения их в возобновляемые источники энергии одновременно со значительным сокращением выбросов, которые нагревают атмосферу.

Навоз скота — органическое сырье, содержащее в своем составе примерно равномерную совокупность фекалий и урины скота, а также подстилочный материал и побочные компоненты животноводства, в частности техническую воду и кормовые остатки.

Навоз скота — натуральное природное удобрение, которое при сравнительно незначительной стоимости положительно влияет на состояние почв и вегетационные процессы. Интенсификация сельскохозяйственной деятельности привела к замещению значительной части органических удобрений минеральными. Однако внесение органических удобрений улучшает экологическое состояние окружающей среды и уменьшает затраты фермеров на удобрения. Сегодня же экологические аспекты рассматриваются в большинстве развитых стран значительно шире, а именно с учетом эффективности и параметров устойчивости экосистем.

Однако навоз скота — это органическое удобрение, которое также требует внимания и соответствующей подготовки, ведь часто содержит патогенную среду, вызывает загрязнение грунтовых вод в случае внесения навоза на поля, и, естественно, оказывает опасность здоровью людей и животных.

Так, согласно нормативам Европейского Союза, навоз скота относится к отходам категории 2, использование которых в качестве удобрений разрешается только по согласованию уполномоченных лиц и при получении экологического сертификата.

Экологический сертификат означает выполнение ряда действий по обезвреживанию патогенной среды в органических отходах животных. Так, технология переработки навоза заключается в сбраживании его в биогазовых станциях, газификации, пиролизе, сжигании и т.п.

Ценность навоза КРС, свиней и птицы, используемого для получения энергетического источника, биогаза, зависит от содержания в нем органической части, сырых растительных остатков и воды.

Все виды навоза скота пригодны для биогазового производства. К примеру, образование биогаза из 1 м3 навоза КРС составляет 210 м3, а из 1 м3 навоза свиней — 290 м3, на тонну сухого вещества (СВ). При этом, навоз КРС содержит больше СВ, чем навоз свиней.

На практике, эффективность биогазового производства зависит от технологического решения и предварительной подготовки органических отходов, качества смеси органических отходов и качества эксплуатации реализованной биогазовой станции.

Размер биогазовой станции зависит от ее назначения: производство биогаза в масштабе фермерского хозяйства или в масштабах промышленного производства биогаза.

В Украине до сих пор отсутствуют примеры реализации биогазовых станций промышленного типа, принимающих органические отходы даже нескольких фермерских хозяйств, тогда как в Европейском Союзе имеющиеся биогазовые станции, объединяют до 100 ферм, с обслуживающим персоналом соответствующей высокой квалификации. Преимуществом такого подхода является возможность экономии за счет роста производства, а соответственно инвестирования в инновационные технологии высокой эффективности.

Биогазовые станции для утилизации органических отходов отдельного фермерского хозяйства интересные крупным хозяйствам, поскольку решают проблему социального беспокойства запахами, а также позволяют сокращать расходы на тепловую и электрическую энергию, что прежде всего интересно для свинокомплексов и птичников.

Установки по получения биогаза из навоза (ч.

2): a_forester — LiveJournalКонцепция централизованных биогазовых установок (заводов) предусматривает транспортировку биомассы от нескольких поставщиков — окрестных фермерских хозяйств, а также частично от муниципальных и промышленных предприятий. На таком заводе предусмотрено централизованное хранение навоза и сброженного осадка. Сброженный осадок весной и осенью забирают фермеры для использования его в качестве удобрения. Из 20 заводов только 4 работают с убытком: два из-за неудачной конструкции, которая не позволяет работать устойчиво и влечет за собой большие эксплутационные расходы, остальные — из-за больших выплат по кредитам, взятым для реконструкции. Следует отметить, что правительство Дании одобряет и финансово поддерживает строительство таких заводов (государственная субсидия в среднем составляет приблизительно 20% от сметы строительства). Помимо централизованных биогазовых заводов с 1994 г. развивается концепция строительства маломасштабных фермерских установок с объемом метантенка 150-200 мЗ.

На 1997 г. в Дании действовало 20 фермерских установок, которые вырабатывали и тепло- и электроэнергию.

В Италии с конца 80-х годов начали внедрять новое поколение биогазовых установок, ориентированных на переработку отходов свиноферм. На 1998 г. было построено 5 централизованных биогазовых установок и около 50 фермерских. С целью снижения капитальных затрат в качестве корпуса метантенков используются существующие бетонные емкости, которые накрываются пластиковым куполом. Как правило, объем такого метантенка около 600 мЗ, получаемый биогаз используется в когенерационных установках для выработки около 50 кВт/ч электричества и 120 кВт/ч тепла. В Италии в настоящее время нет государственной программы развития биогазовых установок, но Итальянская электрокомпания обязана покупать электроэнергию, выработанную из биогаза, по цене на 80% выше цены для потребителей.

В Германии работает около 400 сельскохозяйственных биогазовых установок с объемом метантенка 600-800 мЗ. С 1995 по 1998 г. было построено 8 централизованных биогазовых заводов. На начало 1998 г. суммарная емкость всех работающих метантенков составляла 190 тыс. мЗ. По оценкам экспертов, в Германии существует необходимость в строительстве по меньшей мере 220 тыс. биогазовых установок, из которых 86% должны перерабатывать навоз. При осуществлении этих планов доля биогаза может достичь 11% общего объема потребления газа в Германии.

В Австрии до 1997 г. действовали 46 преимущественно фермерского типа биогазовых установок. В 1997 г. было введено в действие 10 установок фермерского типа и 5 крупных.Предполагается увеличить количество биогазовых установок до 150.

В Австрии нет национальной программы поддержки строительства биогазовых установок, однако их строительство поддерживают Министерства сельского хозяйства и экологии. Финансовую поддержку оказывают федеральные сельскохозяйственные организации и банки.

В связи с энергетическим кризисом, который охватил Калифорнию с осени 2000 г., местные фермеры приступили к выработке электроэнергии из навоза.

Нужно учесть, что в странах ЕЭС для решения вопросов биоэнергетики ежегодно выделяются значительные средства, причем на научные проработки расходуется до 40% от общей суммы, а на демонстрацию разработок — 30%.

Широкое развитие биогазовые технологии получили в Китае, они активно внедряются в ряде стран Европы, Америки, Азии, Африки. В Западной Европе, например в Румынии, Италии, более 10 лет назад начали массово применять малогабаритные биогазовые установки с объемом перерабатываемого сырья 6-12 куб.м.

(Клуб «Автономное поселение»)

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м3 биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек.

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок.

В России.

Ежегодно в российском животноводстве и птицеводстве образуется около 150 млн. т органических отходов. До недавнего времени эти цифры характеризовали исключительно остроту экологических проблем. По данным природоохранных служб, только в водоемы, питающие столицу, могут попадать миллионы тонн токсичных стоков.

В итоге, чтобы сделать московскую воду питьевой, необходимо дорогостоящее и тоже небезвредное химическое вмешательство.
Вокруг других крупных и средних городов России ситуация вряд ли намного лучше.


Еще в начале 90-х годов было подсчитано, что использование биогазовых технологий для переработки органики может не только полностью устранить ее экологическую опасность, но и ежегодно получить дополнительные 95 млн. т условного топлива (около 60 млрд. м3 метана или, сжигая биогаз, — 190 млрд. кВт.ч электроэнергии), а также более 140 млн. т высокоэффективных удобрений, что позволило бы существенно сократить чрезвычайно энергоемкое производство минеральных удобрений (около 30% от всей электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством). (источник)Замечателен (по всяком случае, экономически) второй продукт биоустановки — жидкие органические удобрения. Технологический режим подобран так, что они получаются экологически абсолютно чистыми — без малейших следов нитритов и нитратов, болезнетворной микрофлоры и даже семян сорняков (по сравнению с обычным навозом).

А в эффективность этих удобрений (1 т эквивалентна 60 т навоза, не считая указанных преимуществ), показанную в трехгодичных испытаниях на самых разных культурах (помидоры, огурцы, клубника, морковь, смородина, крыжовник и т.д.), поначалу трудно было поверить. В сравнении с обычными они увеличивают урожайность минимум в 2-4 раза.

Научное объяснение этому было дано только в прошлом году. В одном из докладов на Международном симпозиуме в Санкт-Петербурге была высказана мысль о том, что в реакторе установки при определенных условиях могут синтезироваться так называемые ауксины — вещества, способствующие ускоренному развитию и росту растений. Дальнейшие исследования этого механизма, как полагают ученые, откроют возможности для заранее программируемого получения сверхэффективных удобрений. Но пока необъясненным остается еще одни приятный факт: в биогазе неизвестно куда (к счастью!) исчезает сероводород — непременный спутник разложения органики и сильнейший ускоритель коррозии металлических конструкций.

Биоустановки, действуя попутно как фабрики удобрений, за год вырабатывают их до 70 т. При этом одной тонны вполне достаточно для обработки целого гектара земельных угодий. Заводы в Туле и Кемеровской области уже выпустили первые 65 таких установок. Соответственно в этих областях, а также на Алтае и в Подмосковье начинает складываться рынок удобрений. Как показывает опыт, за полгода оборудование окупается полностью.

Согласно маркетинговым исследованиям, потребность в биогазовых установках такого типа, способных работать в любых климатических условиях, только по России на ближайшие 5 лет составит около 50 тыс. штук.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Фактически годятся любые атропогенные и техногенные органические отходы.

Витамины-минералы

Процесс биоконверсии кроме энергетической позволяет решить еще две задачи. Во-первых, сброженный навоз по сравнению с обычным повышает на 10-20% урожайность сельскохозяйственных культур.

Объясняется это тем, что при анаэробной переработке происходит минерализация и связывание азота. При традиционных же способах приготовления органических удобрений (компостированием) потери азота составляют до 30-40%. Анаэробная переработка навоза в четыре раза — по сравнению с несброженным навозом — увеличивает содержание аммонийного азота (20-40% азота переходит в аммонийную форму). Содержание усвояемого фосфора удваивается и составляет 50% общего фосфора.

Кроме того, во время сбраживания полностью гибнут семена сорняков, которые всегда содержатся в навозе, уничтожаются микробные ассоциации, яйца гельминтов, нейтрализуется неприятный запах, т.е. достигается актуальный на сегодня экологический эффект. — «Вестник КРСУ«

В итоге получаются биологически активные удобрения.

Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Улучшается структура и качество почв, да и разводимые бактерии обладая антисептическими и бактерицидными свойствами защищают урожай от поражения вирусами, грибком и прочими болезнями


Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов.

Потенциал

Россия ежегодно накапливает до 300 млн т в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде бытового мусора. Эти отходы могут быть сырьём для производства биогаза. Потенциальный объём ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м3.

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей.

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м3 биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м3 биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м3 с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).

Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Как перерабатывают птичий помет: удобрение и биогаз

Современные птицеводческие комплексы являются производителями не только мяса и яиц птицы, но и отходов, причем в количестве гораздо большем, чем основной продукции. Наибольший удельный вес среди них принадлежит помету. Если, например, за один год от одной курицы-несушки получают 250-300 шт. яиц (15-18 кг яйцемассы), то за тот же период курица выделяет 55-73 кг помета влажностью 65-75%. При выращивании бройлеров на каждый килограмм полученного мяса дополнительно получают 3 кг помета. На многих птицекомплексах количество помета, получаемое за год, достигает десятков и даже сотен тысяч тонн. Утилизация птичьего помета превратилась в трудноразрешимую проблему для многих птицеводческих хозяйств, поскольку требует больших затрат материально-технических и денежных средств, а также наличия значительных площадей сельхозугодий. Свежий помет является источником неприятных запахов, выделений ядовитых газов (аммиака, сероводорода), в нем могут содержаться в значительном количестве семена сорных растений, яйца гельминтов, он является благоприятной средой для развития патогенных микроорганизмов. При несвоевременной переработке такой помет становится источником загрязнения окружающей среды (атмосферы, водоемов, почв, подземных вод). Без переработки тем, или иным способом свежий помет не рекомендуется также использовать в качестве удобрения. В настоящей статье приводится обзор и краткая характеристика основных способов переработки птичьего помета.




data-ad-client=»ca-pub-4037835599918832″
data-ad-slot=»7553000704″>

Характеристика помета как сырья для переработки.

Помет, выделяемый птицей, представляет собой вещество вязкой консистенции влажностью 64-82% в зависимости от вида, возраста птицы, условий кормления и содержания. В свежем помете содержатся органические и неорганические соединения. К неорганическим соединениям относят воду, некоторые соединения азота (аммиак, нитраты), меди, фосфора, калия, цинка, кальция, марганца. К органическим соединениям относят азотистые соединения (белки, пептиды, аминокислоты), углеродные соединения (липиды, глицерины, жирные кислоты, углеводы, в том числе клетчатка, сахара, спирты, летучие кислоты, целлюлозолигнин), сернистые соединения (сульфиды). В помете могут также содержаться антибиотики, соли тяжелых металлов, радионуклиды, остатки пестицидов и другие токсические вещества. Ценность помета как органического удобрения определяется содержанием прежде всего таких веществ, как азот (1,3-1,7%), фосфор (0,6-0,9% Р2О5), калий (0,5-0,8% К2О). Многие вещества помета легко разлагаются под воздействием света, атмосферного воздуха, влаги, ферментов и микроорганизмов. При выращивании и содержании птицы к помету могут добавляться другие органические и минеральные компоненты, вода, или наоборот, он может подсушиваться. В зависимости от этого, помет, как сырье для переработки, можно разделить на следующие основные разновидности:

1. Подстилочный помет. Получают при содержании птицы на полу, на глубокой подстилке. Представляет собой смесь натурального помета с органическими подстилочными материалами, иногда — с некоторым количеством минеральных добавок. Влажность подстилочного помета обычно составляет 15-40%.

2. Помет натуральной влажности. Получают при содержании птицы в клеточных батареях со скребковой или ленточной уборкой помета без системы подсушки, на сетчатых или планчатых полах при условии ежедневной уборки и исключении попадания воды из поилок или в процессе уборки.

3. Жидкий помет влажностью 85-98%. Является основным видом пометного сырья при содержании птицы в клеточных батареях со скребковой уборкой помета.

4. Подсушенный помет. Получают чаще всего при содержании птицы в клеточных батареях с ленточной системой пометоудаления. При использовании клеточных батарей без встроенных воздуховодов системы подсушки и кратности уборки один раз в 5-7 дней влажность помета обычно составляет 55-70%. При использовании клеточных батарей со встроенными воздуховодами и такой же кратности уборки получают помет влажностью 50-25%. Подсушенный помет получают также при его хранении в специальных вентилируемых пометохранилищах.

Требования, предъявляемые к способам хранения и переработки помета.

В большинстве стран с развитым птицеводством к птицеводческим предприятиям предъявляют весьма жесткие требования относительно способов хранения и переработки помета. Основные из них следующие:

— исключение возможности попадания самого продукта и жидких стоков в подземные воды и открытые водоемы;

— минимизация выделений аммиака в атмосферу;

— исключение распространения неприятных запахов на территорию населенных пунктов, проездных дорог и других объектов общего пользования;

— обезвреживание патогенных микроорганизмов, яиц гельминтов, семян сорняков;

— исключение попадания в почву, подземные воды и наземные водоемы вместе с пометом или продуктами его переработки солей тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других токсических веществ;

— наличие достаточных площадей сельхозугодий для использования помета в допустимых количествах в качестве удобрения.

Птицеводческие предприятия при получении лицензии на деятельность, как правило, обязаны предоставлять документацию, согласованную с соответствующими органами экологического надзора, каким образом они планируют осуществлять хранение и переработку своих отходов, а названные органы — осуществлять систематический контроль за выполнением данных обязательств. Что касается таких показателей как количество выбросов аммиака в атмосферу или неприятные запахи, то ограничения существуют не только относительно хранения и переработки отходов, но и птичников.

Некоторые из вышеназванных требований как, например, контроль выбросов аммиака в атмосферу или наличие достаточных площадей сельхозугодий, весьма важных для защиты окружающей среды, к сожалению, не имеют законодательной силы в Украине. Вследствие этого, подчас, создаются птицеводческие предприятия, не имеющие ни клочка земли для использования помета и соответствующих договоров с другими сельскохозяйственными предприятиями. Часто отсутствует эффективный экологический контроль над деятельностью птицефабрик.

Способы хранения помета

Можно выделить несколько основных способов хранения помета до переработки:

— хранение жидкого помета в пометохранилищах открытого типа;

— хранение жидкого помета в окислительных прудах;

— хранение жидкого помета в аэрируемых лагунах;

— хранение жидкого помета в анаэробных лагунах;

— хранение помета натуральной влажности или подсушенного на плащадках открытого типа;

— хранение помета натуральной влажности или подсушенного на плащадках закрытого типа или под навесами;

— хранение помета натуральной влажности или подсушенного в специальных вентилируемых пометохранилищах.

Различия между способами хранения жидкого помета состоят в основном в типах процессов, происходящих в толще продукта. В аэрируемых лагунах, верхних слоях окислительных прудов и пометохранилищ органические вещества помета разлагаются под воздействием аэробных микроорганизмов; в анаэробных лагунах и низших слоях окислительных прудов и пометохранилищ — под воздействием анаэробных микроорганизмов. Во всех случаях происходит в той, или иной степени обезвреживание семян сорняков, яиц гельминтов, патогенной микрофлоры, стабилизация продукта по химическому составу, хотя сроки могут быть от нескольких недель до года и более. В то же время, ни один из способов хранения жидкого помета не отвечает в полной мере вышеизложенным требованиям, прежде всего, по параметрам минимизации выделений аммиака, неприятных запахов, не дает гарантии исключения попадания жидких стоков в подземные воды и водоемы, предусматривает большую биологическую потребность в кислороде. Вследствие этого законодательством многих стран допускается только кратковременное хранение жидкого помета в хранилищах открытого типа. То же самое относится и к хранению натурального или подсушенного помета под открытым небом. Как при хранении жидкого, так и помета натуральной влажности под открытым небом количество азота в продукте может снижаться в 5 раз. Как с экологической, так и с экономической точки зрения неприемлемым можно считать хранение под открытым небом подсушенного помета.

В большей степени требованиям отвечают способы хранения помета в специальных хранилищах закрытого типа и под навесами, защищающими от воздействия атмосферных осадков, а также в вентилируемых пометохранилищах, жидкого помета – в емкостях без доступа воздуха.

Способы переработки помета

Хотя существует довольно значительное количество способов переработки помета, а также их комбинаций, более или менее значительное распространение получили только некоторые из них:

Компостирование.

Является наиболее известным и широко применяемым способом переработки птичьего помета. В классическом варианте процесс компостирования осуществляется следующим образом. Из помета формируют бурты высотой 2-4 м, в которых под воздействием микроорганизмов-аэробов органические вещества помета понемногу разлагаются. При этом температура внутри буртов может подниматься до 60оС, вследствие чего происходит дезодорация и естественная пастеризация продукта, погибает большинство патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, семена сорных растений теряют всхожесть. Оптимальная для жизнедеятельности микроорганизмов-аэробов относительная влажность компостируемого продукта — 50-65%. Для кондиционирования помета по влажности, а также для улучшения его структуры и воздухопроницаемости, к нему добавляют различные органические материалы-наполнители (торф, солому, ботву растений, опилки, стружку, кору деревьев и т.п.), а для обогащения питательными веществами (азотом, фосфором, калием) – минеральные добавки (суперфосфат, калийную соль, аммиачную селитру, фосфогипс и т.п.). Продолжительность процесса компостирования в зависимости от погодных и других условий составляет от 2 до 6 месяцев. Основным недостатком способа является потребность в большом количестве добавок-наполнителей. Лучше всего для компостирования подходит помет влажностью 55-80%. В таком случае количество необходимых добавок сравнительно небольшое — одна треть, или половина от массы помета, и в то же время их достаточно, чтобы обеспечить хорошую воздухопроницаемость и структуру компоста. При компостировании высоковлажного (85-95%) помета количество наполнителей должно превышать количество самого помета в 1,5-3 раза, что существенно увеличивает затраты на переработку помета и является невыполнимым условием для многих птицеводческих хозяйств. Помет без структурообразующих наполнителей, даже имеющий оптимальную влажность, для компостирования мало пригоден, поскольку имеет плохую для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов воздухопроницаемость.

Следует отметить, что при компостировании теряется до 40% содержащегося в помете азота и немалое количество фосфора. Впустую рассеивается значительное количество энергии помета, которой в свежем помете содержится около половины всего количества, потребляемой птицей вместе с кормами.

В настоящее время разработаны способы ускоренного компостирования помета, позволяющие значительно сократить сроки компостирования и потери питательных веществ. Интенсификация процессов компостирования достигается в основном за счет улучшения аэрации смеси, ее перемешивания, внесения различных добавок как, например, предусмотрено технологией ускоренного микробиологического компостирования, разработанной специалистами компании «Биокомплекс» (г. Москва). В процессе такого микробиологического компостирования участвуют более 2000 видов бактерий и не менее 50 видов грибов. Причем биологические процессы с образованием гуминовых кислот, активизированные на начальной стадии, продолжаются еще несколько месяцев после внесения удобрений в почву, что способствует восстановлению и развитию множества необходимых для грунта форм жизни уже непосредственно в почве. Продолжительность процесса ускоренного компостирования составляет 8-14 дней. Важным преимуществом способа (по данным компании) является то, что ускоренное компостирование осуществляется без дорогостоящего оборудования на специальной бетонированной площадке под навесом. Площадку обслуживает один тракторист-оператор с погрузчиком. Производительность такой площадки компостирования – до 100 т в смену. Внесение удобрений и выращивание растений осуществляется по традиционной агротехнологии с применением серийных средств механизации. Высоковлажный помет специалисты компании «Биокомплекс» предлагают перерабатывать путем сепарирования на шнековом прессе на жидкую и твердую фракции, содержащую 40% сухого вещества, с последующим компостированием твердой фракции. Жидкая фракция с содержанием сухих веществ около 1,2% не содержит патогенных микроорганизмов, яиц гельминтов и используется для полива орошаемых полей. Разделение жидкого помета на твердую и жидкую фракции с последующей переработкой их разными способами предусмотрено также многими технологическими схемами переработки помета, предложенными зарубежными учеными.

Вермикомпостирование.

Заключается в переработке птичьего помета при помощи дождевых червей, но при этом используются не обычные, обитающие в Украине дождевые черви, а черви специальной, красной калифорнийской породы. С данной породой червей вот уже более 50 лет проводится селекционная работа, вследствие чего они, вначале не имеющие существенных отличий от украинский червей, в настоящее время характеризуются большей плодовитостью, приспособленностью к полупромышленным условиям разведения, производительностью при переработке навоза. Зачинателем способа называют калифорнийского бизнесмена Хегга Картера, который начал перерабатывать органические отходы при помощи красных калифорнийских червей еще в 1947 г. Сейчас способ достаточно широко распространен не только в Америке, но и в Европе, Азии, Австралии. Можно без преувеличения сказать, что дождевой червь – это хорошо отлаженное приспособление по переработке и обогащению почвы. За сутки он съедает столько же, сколько весит сам. И более половины того, что он выделяет, составляет биогумус. 1 т червей за сутки производит около 0,5 т совершенного биологического удобрения, насыщенного органикой. После полной переработки органического материала червями получают так называемый вермикомпост, обогащенный ценными бактериями. Однако свежий помет для выращивания червей непригоден из-за наличия в нем аммиака и мочевой кислоты – продуктов, ядовитых для червей. Поэтому его сначала компостируют обычным способом. Влажность созревшей смеси должна составлять примерно 75% при нейтральной кислотности. Оптимальная температура для развития червей – около – 22Со, в связи с этим способ может использоваться преимущественно в теплый период года. В Украине комплекс по переработке птичьего помета методом вермикомпостирования действует с конца 80-х годов прошлого века на базе Полтавской птицефабрики. Процесс вермикомпостирования на птицефабрике осуществляют следующим образом. В бурты созревшего помета шириной 1,5…2 м и высотой 20…30 см, высевают червей красной калифорнийской породы в количестве 30…50 тыс. шт./м2 (4 кг). Для поддержания оптимальной влажности смесь периодически увлажняют. По мере размножения червей и освоения ими питательного субстрата, периодически добавляют также подготовленный компост слоем примерно 7. ..10 см. За год количество червей может увеличиться в 300…1000 раз. Пять миллионов червей способны за сутки переработать около 10 т помета. Из 30…40 т помета получают 3…4 т биогумуса, который является ценным органическим удобрением, содержащим стимуляторы роста растений и использующимся для восстановления естественного плодородия истощенных почв, улучшения их структуры.

Многие специалисты отводят вермикультуре основную роль в спасении почв, деградировавших в результате неправильного использования. По данным сторонников способа, тяжелые металлы в биогумусе связываются и нейтрализуются, а фитогормоны, продуцируемые микрофлорой, ускоряют рост растений в 4–6 раз, помогают им противостоять болезням и вредителям. Индустрия вермикомпостирования так распространилась на планете, что создана даже своя федерация, зарегистрированная в Италии, а в Дании издается специальный журнал под названием «Червивые новости». Однако есть и скептики, которые утверждают, что как удобрение, вермикомпост не имеет существенных преимуществ в сравнении с обычным компостом, в то же время технология его производства значительно сложнее и обходится гораздо дороже. Однако достоверных сведений о преимуществах того или иного способа компостирования в литературе недостаточно и данный вопрос, по-видимому, требует дальнейшего изучения.

Но не только ради биогумуса разводят червей. В США и некоторых других странах их используют для выработки кормовых добавок. Мука или фарш из червей по своему химическому составу могут соперничать с рыбной мукой, но дешевле нее. Во многие национальные кухни входят также блюда из червей. Даже американцы уже не воспринимают «червеугодие» как экзотику. Они потребляют червей в виде фаршевых добавок, едят варёными, жареными и даже живьем, как устриц. Издревле червей потребляют в пищу в Китае и Юго-Восточной Азии.

Широкому распространению способа вермикомпостирования в Украине препятствует отсутствие соответствующих специализированных средств механизации и высокая себестоимость переработки компостируемых материалов, что ограничивает рынок потребления продуктов вермикомпостирования.

Высокотемпературная сушка.

По данным многих литературных источников, данный способ является наиболее надежным способом обезвреживания вредных факторов, присутствующих в помете (болезнетворных микроорганизмов, семян сорных растений, яиц гельминтов) и сохранения полезных питательных веществ. Сухой помет может использоваться не только в качестве удобрения, но и как кормовая добавка в рационы жвачных животных. Однако требует значительных затрат топлива на термическую обработку (80-100кг условного топлива на 1 т испаряемой влаги) и наличия дорогостоящего оборудования. Учитывая постоянное удорожание энергоносителей, способ применяется в ограниченных масштабах и может быть экономически эффективен только при сушке низковлажного помета (меньше 50%), например, получаемого при использовании клеточных батарей с ленточной пометоуборкой и системой подсушки, а также подстилочного помета.

Биоэнергетические способы переработки помета.

Если в процессе компостирования участвуют микроорганизмы-аэробы, то в процессах биоэнергетической переработки помета — микроорганизмы-анаэробы, то есть обитающие в бескислородной среде. В процессе анаэробной ферментации помета получают так называемый биогаз. Биогаз — смесь газов. Его основные компоненты: метан (CH4) – 55-70% и углекислый газ (СО2) – 28-43%, а также в очень малых количествах дру­гие газы, например – сероводород (H2S). В среднем из 1 кг органического веще­ства (в пересчете на абсолютно сухое вещество), биологически разложимого на 70%, можно произвести 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятель­ности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количе­ство вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температу­ры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Существуют психрофильные (при температуре 10-250С), мезофильные (25-400С) и термофильные (50-550С) режимы биоконверсии. Производство биогаза в термофильном режиме намного выше по сравнению с мезофильным и психрофильным режимами. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым клима­том. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогрев смеси, позволяет эксплуатировать генераторы биогаза в районах, где тем­пература зимой опускается до -20ºС. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подхо­дящим для развития бактерий, содер­жать биологически разлагающееся ор­ганическое вещество и в большом ко­личестве воду (90—94%). Однако можно подвергать анаэробной ферментации и обычный помет и даже твердые органические отходы. Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бакте­рий: например, мыла, стиральных по­рошков, антибиотиков. Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание помета, не менее 12 суток. При   ферментации   в   помете практически полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза почти   не  изменяется,   если   не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз.  Обычно органическое вещество в процессе биоэнергетической ферментации разлагается на 30-40%; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения — жир, протеин, углеводы, а  основные гумусообразующие     компоненты — целлюлоза и лигнин — сохраняются полностью. Благодаря  выделению  метана   и  углекислого    газа    оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного     азота     увеличивается. Реакция   получаемого   органического удобрения — щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых  почв.   По  сравнению  с удобрением, получаемым из помета   обычным  компостированием,   урожайность   увеличивается        на 10-15 %. Содержание воды в биогазе при 40°С — 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению  конденсата   (осушка  газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.). Энергоемкость биогаза в среднем 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.

Использование отходов птицеводства, животноводства, растениеводства и жизнедеятельности человека, а также вторичных ресурсов как альтернативных и возобновляемых источников тепловой и электрической энергии давно является одним из важнейших направлений в энергетической стратегии многих стран мира. Особое внимание уделяется развитию технологий получения биогаза. С 70-х годов в Китае начала действовать национальная программа по добыче биогаза и уже через 10 лет в стране работало более 10 млн. фермерских биореакторов, производивших ежегодно 1,3 млрд. куб. м. биогаза, что позволило обеспечить теплом 35 млн. человек. Кроме малых фермерских установок, в Китае работает 40 тыс. больших и средних биогазовых станций и 24 тыс. биогазовых очистительных реакторов для обработки городских бытовых отходов. На биогазе работает 190 электростанций. Свыше 60 % всего автобусного парка страны, в том числе около 80 % в сельской местности, работают на биогазовых двигателях. Китай экспортирует как сам биогаз, так и двигатели на основе этого топлива более чем в 20 стран мира.

Весьма интенсивно биогазовая отрасль развивается и в других странах Азии. Так, в Индии насчитывается около 3-х миллионов биогазовых установок различной производительности, в Непале — около 100 тыс. биогазовых установок.

Ограниченность запасов ископаемого углеводного сырья заставила также и многие развитые страны Америки и Европы активизировать исследования в области альтернативных энергосберегающих технологий и возобновляемых источников энергии.

Понимая важность и эффективность использования биогаза, в США принят закон о необходимости оборудования всех без исключения полигонов твердых бытовых отходов системами добычи и утилизации биогаза. В настоящее время на территории США работает 10 крупных биогазовых заводов.

В промышленно развитой Германии в 1999 году число биогазовых установок достигло 600, она вышла на первое место в Европе по использованию биогаза в качестве топлива для получения тепловой и электрической энергии. Специалисты в области энергетики считают, что биогазовая технология способна покрыть до 15 % энергетических потребностей Германии.

В Швеции на биогазовом топливе работают сотни автомобилей и автобусов.

Благодаря биогазу потребности западноевропейского животноводства в топливе за последние 10 лет сократились более чем на треть, при этом биогазом отапливается не менее половины всех птицефабрик.

В настоящее время в Европе насчитывается более 800 энергетических комплексов, в том числе 24 крупных. В целом в 2010 году в странах ЕС за счет применения биогаза намечено получить дополнительной энергии в размере 15 млн. тонн нефтяного эквивалента.

Активно  развивается биогазовая отрасль в ЮАР, Австралии, Канаде, Японии и в странах Латинской Америки.

В Советском Союзе на протяжении 70…80-х годов осуществлялись практические мероприятия, направленные на разработку установок по получению биогаза. Основное внимание при этом уделялось не столько энергетическому аспекту использования биогаза, сколько получению при анаэробной ферментации высокоэффективных удобрений. Энергетический потенциал биогаза в произведенных промышленностью установках направлялся на поддержание температурного режима процесса ферментации.

С распадом СССР производство биогазовых реакторов было остановлено. В последнее пятилетие в России началось постепенное возрождение биогазовой отрасли. В настоящее время в стране существует ряд предприятий, производящих биогазовые установки различной мощности с рабочим объемом от 5 до 5000 куб. м. как для фермерских хозяйств, так и для крупных сельскохозяйственных объединений. Общее количество действующих установок составляет несколько десятков. Главным фактором, препятствующим развитию производства биогаза, является инертность мышления и традиционное отсутствие денежных средств на закупку оборудования, хотя сроки его окупаемости невелики и составляют 1-2 года.

В настоящее время в России уже имеется определенный опыт по проектированию и строительству биоэнергетических комплексов для животноводческих ферм, птицефабрик, станций биологической очистки сточных вод. Разработаны проекты и изготовлены образцы автономных мини ТЭЦ, работающих на биогазе.

Национальное агентство Дании по энергетике финансирует работы по научно-техническому развитию биогазовых производств, поддерживает и инвестирует проекты за рубежом, в частности на Украине, где строится демонстрационная  биогазовая установка по переработке навозных стоков объемом 80 т/сутки и ежедневным получением 3,3 тыс. куб. м. биогаза.

Проектирование, поставку оборудования для производства биогаза из органических отходов, а также его шефмонтаж и пуско-наладочные работы может осуществлять Украинский научный центр технической экологии (УкрНТЭК, г. Донецк). Стоимость капитальных вложений в установку производительностью 10 т исходного сырья в сутки составляет примерно 10 тыс. долларов США, 100 т в сутки – 50 тыс. долларов.

В разработке биоэнергетических технологий можно выделить два основных направления. Первое направление – это рациональное упрощение и удешевление тех установок, при использовании которых получение биогаза не является основным в сравнении с требованиями экологической безопасности и получением высокоэффективных органических удобрений. Эти разработки обычно предлагаются для использования в небольших фермерских хозяйствах. Типичная конструкция установки подобного типа приведена на рис. 1.

Основу биогазовой установки составляет герметически закрытая емкость с теплообменником (теплоноситель — вода, нагретая до 50-60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа. В качестве емкости может быть использована обычная топливная цистерна объемом 50 м3 или емкость может быть изготовлена из железобетона. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция — направлять поток помета и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На схеме перегородки показаны условно, их число и размещение зависят от свойств помета — текучести, количества подстилки и т.д. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества получаемого помета. Если суточное количество помета известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток — минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).

Рис. 1 – Схема простейшей установки для переработки помета и других органических отходов в биогаз

Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке пометом с содержанием сухого вещества 4-8 % — два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м3 будет давать в сутки 100 м3 биогаза. Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 12-20 м3 биогаза, от 10 свиней — 1-3 м3, от 10 овец — 1 — 1,2 м3, от 10 кроликов — 0,4-0,6 м3, 10 кур – 0,1-0,12 м3. Тонна соломы дает 300 м3 биогаза, тонна коммунально-бытовых отходов – 130м3). Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м3 в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома). Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагревательные аппараты типа АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Можно также использовать для подогрева субстрата ночную электроэнергию. Аккумулятором тепла в этом случае служит сам биореактор. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм водяного столба), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров. При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.

Второе направление – это создание высокопроизводительных биогазовых установок на основе новейших технологий и конструкций биореакторов, современных автоматизированных систем управления, высокоэффективного теплотехнического, электротехнического и технологического оборудования. Схема подобной установки, разработанная немецкими фирмами «ТЕБЕ-Электроник ГмбХ» и «Липп ГмбХ», представлена на рис. 2.

Рис. 2 – Технологическая схема полностью автоматизированной биогазовой установки модульной сборки фирм «ТЕБЕ-Электроник ГмбХ» и «Липп ГмбХ»:

1- пометосборник с мешалкой; 2 – емкость для жидкой консервированной массы кормовых культур, 3 – устройство для измельчения других видов биомассы, 4 — весовой дозатор с мешалкой; 5 – подогреватель субстрата; 6 – биореактор с мешалкой «Липп» и встроенным газгольдером; 7 – модульная теплоэлектроустановка; 8 – хранилище сброженной массы.

Установка позволяет перерабатывать самые различные виды органических материалов в удобрения и энергию. Работает установка следующим образом. Измельченные компоненты (помет, навоз, жидкая консервированная биомасса растений) поступают на дозирующее устройство, где смешиваются и подаются в подогреватель субстрата. Далее подогретая до 70оС биомасса поступает в реактор. После анаэробной ферментации биомасса подается в хранилище и используется для удобрения сельскохозяйственных культур. Полученный во время брожения биогаз сжигается в модульной теплоэлектроустановке с получением горячей воды и электроэнергии, которые используются для поддержания технологического процесса и на хозяйственные нужды.

В то же время, следует отметить, что промышленные биогазовые установки пока еще очень дороги и стоимость вырабатываемых ими энергоносителей, как правило, обходится дороже, чем традиционных. Однако стремительное развитие биотехнологий, постоянный прогресс в конструировании биогазовых установок, исчерпание запасов и резкое подорожание традиционных ископаемых энергоносителей дают уверенность, что в ближайшем будущем внедрение биогазовых установок станет вполне рентабельным и широкомасштабным, что в значительной мере будет способствовать решению экологической и энергетической проблем.

Мельник В.А., канд. с. -х. наук, Институт птицеводства УААН

(Visited 7 250 times, 1 visits today)

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Одна из крупнейших в мире энергетических компаний Chevron, занимающая лидирующие позиции на американском рынке, раньше запланированного начнет переработку коровьего навоза в возобновляемый природный газ в рамках программы по сокращению выбросов углекислого газа, пишет Bloomberg.

Нефтяная компания и ее партнер Brightmark LLC, занимающийся утилизацией отходов, уже строят в семи штатах 28 заводов, на одном из которых производство начнется в этом году. Вдобавок планируется открыть еще 10 предприятий по производству биометана — возобновляемого природного газа, получаемого из биомассы. Использовать альтернативный вид топлива планируется для заправки грузовиков.

«Мы думаем, что сможем повлиять на грузовые автопарки, чтобы они перешли на это топливо», — заверил президент подразделения горюче-смазочных материалов Chevron в Северной и Южной Америке Энди Вальц.

Материалы по теме:

Компании Chevron и Brightmark отказались обсуждать стоимость своего совместного предприятия Brightmark RNG Holdings. Президент отраслевой группы Energy Vision Мэтт Томич рассказал, что средняя стоимость строительства объекта по производству возобновляемого газа в прошлом составляла около 17 миллионов долларов. Но в последнее время эта цифра растет и часто достигает 30 миллионов долларов.

Тем временем энергетические компании, от которых по всему миру требуют сокращения углеродных выбросов, стремятся перейти на производство углеродно-нейтрального топлива. Так называемый возобновляемый природный газ производится из метана — одного из главных факторов, вызывающих глобальное потепление. Экологи предупреждают, что в ближайшие десятилетния от него пострадают все страны без исключения.

Технология улавливания метана на фермах, свалках и других объектах, существовавшая много лет, начинает набирать обороты по мере того, как города и предприятия ищут пути сокращения выбросов. Chevron и другие нефтяные компании утверждают, что использование биометана поможет в борьбе с глобальным потеплением. В то же время экологи считают, что дорогой биогаз только замедлит отказ энергетической отрасли от углеводородов.

Дороговизна биометана мешает использовать его как топливо для широкого применения. Газ перевозят в тяжелых толстостенных баллонах. По экспертным подсчетам, для того, чтобы обеспечить трехтонный автомобиль на сутки топливом, необходимо не менее восьми баллонов биогаза объемом в 50 литров. Общий вес баллонов составит около 700 килограммов. Сжижать газообразный биометан было экономически нецелесообразно долгое время. https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=84

6 ответов о биогазовых установках, которые вы хотели бы получить от экспертов

6 ответов о биогазовых установках, которые вы хотели бы получить от экспертов

Аграриям необходимо извлекать пользу из всего сырья, которым они располагают. Такой подход поможет сохранить целостность и непоколебимость бизнеса во время кризиса – финансового и энергетического.

Биогазовая установка работает на «отходах» и при этом является источником тепла, электроэнергии и дополнительного дохода для сельскохозяйственного предприятия. Она помогает утилизировать отходы и производить эффективное и безопасное биоудобрение. Но большинство аграриев все еще сомневаются  в строительстве биогазовых станций — целесообразно ли?

Чтобы упростить  вам принятие решения о строительстве биогазовой  установки, мы собрали важные факты, о которых говорили  специалисты отрасли на семинаре.

1. Биогаз можно получать из десятков видов сырья

Сырьем для биогаза могут стать самые различные органические отходы. Это коровий и свиной навоз, птичий помет, отходы мясобойни, трава, солома, ил сточных вод, послеспиртовая барда, пивная дробина, кукуруза, сорго, жировые отходы, просроченные продукты и многое другое. От вида используемого сырья зависит и количество получаемого биогаза. Например, из тонны навоза крупного рогатого скота образуется 50–65 куб. м. биогаза, из различных видов энергетических растений — 100–500 куб. м. Так, биогазовые установки на кукурузном силосе производят 230 куб. м. биогаза из 1 тонны сырья.

2. Биогазовая установка выгодна как маленьким предприятиям, так и большим

Технология производства биогаза может быть использована большими аграрными компаниями и частными фермами. Всего 120 голов крупного рогатого скота или 400 свиней смогут производить достаточно сырья для биогазовой установки.

Установка состоит из модульных конструкций небольшого размера, которые не займут много места на ферме. Небольшие фермерские биогазовые установки дают возможность совместного сбраживания навоза и других отходов животноводства и растениеводства. Они относительно просты в эксплуатации, а срок их окупаемости варьируется от 5 до 7 лет.

3. Производство биогаза обогащает удобрения, а не отбирает их

После выработки биогаза из органических отходов и навоза получается дигестат – ценное естественное удобрение. Оно имеет ряд преимуществ в сравнении с органическими и минеральными удобрениями:

  • отсутствие семян сорняков. Например, в 1 тонне свежего гноя находится до 10 тыс. семян разных сорняков, которые сохранили способность к прорастанию;
  • биоудобрения, благодаря технологии переработки, полностью обеззаражены;
  • наличие активной микрофлоры, которое способствует интенсивному росту растений;
  • стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов. Например, за сезон из почвы вымывается около 80% органических удобрений и всего до 15% биоудобрений;
  • биоудобрения благодаря своим биологическим свойствам усваиваются растениями практически на 100%, при этом содержание нитратов в продуктах минимально. 

4. Поставки сырья должны быть бесперебойными 

Чтобы установка окупила себя в поставленные сроки и принесла ожидаемые результаты по снабжению теплом и электроэнергией, она должна работать практически круглый год.

Постоянные бесперебойные поставки сырья могут  стать серьезным вызовом для фермера. Чтобы биогазовая станция была экономически выгодной, важно использовать преимущественно свое сырье, недостающую часть можно закупать у близлежащих хозяйств. Нужно иметь 3-4 альтернативных источника сырья в радиусе до 50 км – на более длинные расстояния перевозить сырье будет невыгодно в нынешних условиях. Конечно, чем меньше будет покупного сырья для биогаза, тем быстрее окупится установка.

5. Вопросами подключения к электросети нужно заниматься заранее 

Процесс подключения к общей электросети занимает от 6 до 8 месяцев, поэтому его нужно начать параллельно со строительством биогазовой установки. Этапы и сроки подключения к электросети выглядят так:

  • выдача энергокомпанией договора о присоединении и технические условия – от 15 до 30 календарных дней;
  • разработка проектной документации и согласование ее с энергокомпанией – от 1 до 3 месяцев + 15-30 дней с момента подачи заявления;
  • строительство или реконструкция электрических сетей – 2-3 месяца в зависимости от удаленности;
  • выдача энергокомпанией договора на снабжение или использование электроэнергии – в течение 5 дней;
  • подключение объекта к электрическим сетям – в течение 5 дней.  

6.   Получить «зеленый тариф» возможно

Биогаза, как правило, у вас будет больше, чем необходимо для обеспечения потребностей вашего предприятия в электроэнергии и тепле. Это значит, что его нужно куда-то девать. Излишки газа можно просто сжигать, но лучше продавать. «Зеленый тариф» – это специальный тариф, по которому государство покупает у предприятий или физических лиц электроэнергию, произведенную с помощью возобновляемых источников энергии. «Зеленый тариф» зафиксирован в евро до 2030 года и рассчитывается путем умножения базовой ставки 0,05385 на соответствующий коэффициент:

  • С 01.07.2015 – 2,3
  • С 01.01.2020 – 2,07
  • С 01.01. 2025 – 1,84

На данный момент «зеленый тариф» установлен для 132 предприятий, 7 из которых – на биогаз.

Для того чтобы получить «зеленый тариф», необходимо пройти несколько этапов:

  • создание компании или использование действующей;
  • оформление документов для строительства электростанции;
  • подключение к сети;
  • получение лицензии производителя электроэнергии;
  • утверждение «зеленого тарифа» в Национальной комиссии регулирования электроэнергии и коммунальных услуг;
  • подписание договора на продажу электроэнергии с ДП «Энергорынок».

Сделайте свое предприятие современным, а производство — безотходным.  Профессионалы подскажут, как выгодно и безопасно инвестировать средства. 

Производство биогаза на приусадебном участке из навоза животных: процесс и использование

Эта статья написана студентом Университета Небраски-Линкольн Акинтайо Афолаби в рамках курса по обращению с навозом животных в области инженерии биологических систем. Он был рассмотрен экспертами, чтобы обеспечить точность представленных вопросов. В статье представлено понимание студентом предмета, затронутого на данном этапе его карьеры. Рик Кельш, преподаватель факультета.

В этой статье описывается процесс производства и преимущества использования биогаза из навоза для мелких животноводов, особенно в развивающихся странах.Помимо санитарной пользы от надлежащего обращения с навозом, в этой статье освещаются другие преимущества, которые можно получить, используя навоз как источник энергии. Таким образом, поощряя этих фермеров хранить навоз со своих животноводческих ферм для использования, тем самым превращая отходы в ценные ресурсы.

Навоз – это отходы, образующиеся в больших количествах, которые варьируются в зависимости от размера фермы, вида животных и содержания питательных веществ в корме, скармливаемом животным. Эти отходы, если их не обрабатывать должным образом, представляют серьезную угрозу для окружающей среды.Это связано с тем, что отходы животноводства содержат азот и фосфор в количествах, которые вредны для здоровья человека и водных животных, если эти питательные вещества встречаются с водоемами. Чтобы избежать риска для окружающей среды, правительственные учреждения в развитых странах регулируют хранение, обработку, переработку, управление и внесение навоза в землю. В развивающихся странах на сегодняшний день такие правила действуют редко. Таким образом, отходы животноводства засоряются во всех сообществах, где выращиваются животные, что постоянно создает опасность для окружающей среды и доставляет неудобства обществу.

Потребность в биогазе

Из-за других ограничений навоз нельзя вносить в поле сразу после его производства. Традиционно навоз хранится до тех пор, пока не появится возможность его внесения в землю. В промежутке между его производством и полевым внесением навоз можно использовать для выработки энергии в метантенках. Тип варочного котла, используемого на фермах, обычно определяется используемой практикой обращения с навозом и типом навоза, подаваемого в варочный котел.Навозная жижа и жидкий навоз крупного рогатого скота и свиней могут использоваться в качестве сырья для производства биогаза в метантенках. Извлечение биогаза из отходов животноводства может стать ключом к раскрытию финансовых и экологических преимуществ обращения с навозом, образующимся в результате животноводства, и органическими отходами пищевой промышленности. Это также помогает сократить выбросы парниковых газов от метана (Agstar, 2011). Биогаз образуется в результате деятельности бактерий, которые расщепляют биоразлагаемые компоненты навоза в отсутствие кислорода в герметичной камере. Процесс называется анаэробным пищеварением.

Анаэробное сбраживание – это микробная ферментация субстрата в отсутствие кислорода. В результате образуется смесь газов, содержащая в качестве примесей метан, двуокись углерода и другие газы, такие как азот и сера. Сырье, подаваемое в варочный котел, представляет собой органические материалы с высоким содержанием влаги. Примерами таких органических материалов являются отходы животноводства (навоз), пищевые отходы, остатки уборки сада или сада. Газовая смесь, образующаяся в биореакторе, называется биогазом и может использоваться в качестве топлива.Биогаз содержит от 55 до 65 % метана, от 30 до 35 % углекислого газа и другие газы. Пропорции газов зависят от сырья и других параметров процесса, таких как время гидравлического пребывания (HRT) и температура. Энергетическая ценность биогаза составляет около 60% (в зависимости от содержания метана) по сравнению с природным газом (Noorolahi et al, 2014) и может быть легко адаптирована для замены природного газа.

Образование биогаза в метантенке

Процесс образования биогаза из подаваемого сырья можно разбить на четыре этапа.На трех последних стадиях участвуют различные виды бактерий, которые расщепляют продукцию предшествующей стадии на вещества, необходимые для окончательного образования биогаза из органических материалов, подаваемых в метантенк. Шаги следующие:

  1.  Гидролиз: это добавление воды к органическому сырью. Он вызывает расщепление углеводов до сахара и глюкозы и превращение белков в аминокислоты. Это преобразование обычно является самым медленным из четырех этапов (Vogeli et al., 2014).
  2.  Второй этап – это действие бактерий, которые воздействуют на кислоты с первого этапа, чтобы подготовить их к следующему этапу процесса конверсии.
  3. На этом этапе участвуют другие виды бактерий, которые воздействуют на вещества, образовавшиеся на предыдущем этапе, чтобы преобразовать их в формы, готовые для заключительного этапа анаэробного процесса
  4. На этом последнем этапе бактерии, образующие метан, превращают продукты предыдущих этапов в биогаз, содержащий в основном метан и двуокись углерода. Этот конечный продукт необходимо собирать и хранить для использования в качестве энергии.

Факторами, влияющими на производимый биогаз, являются температура окружающей среды, pH, исходное сырье, задействованные бактерии и HRT. Варочный котел должен быть герметичным, чтобы избежать утечки биогаза. Варочные котлы также должны быть анаэробными или бескислородными. Температуры, при которых бактерии воздействуют на субстрат для превращения его в биогаз, подразделяются на психрофильные (41–59 ⁰F), мезофильные (95–100 ⁰F) и термофильные (118–140 ⁰F) температуры.Были проведены исследования в трех температурных диапазонах для определения наилучшей температуры в различных случаях и с различным сырьем. По сути, температура определяет виды бактерий, которые будут участвовать в производстве биогаза. Различные виды бактерий процветают в разных температурных диапазонах. Более высокие температуры быстрее превращают навоз в биогаз. Оптимальный рН для стабильного анаэробного сбраживания и высокого выхода биогаза находится в диапазоне от 6,5 до 7,5 (Vogeli et al. , 2014).

Типы варочных котлов
Рисунок 1: Биогазовая установка с фиксированным куполом (Вигели и др., 2014 г.)

Существует множество типов метантенков в зависимости от строительных материалов и применяемой технологии. Красный кирпич, синтетические мембраны и металлические листы — вот некоторые из материалов, которые можно использовать для создания варочных котлов. Первоначальные затраты и затраты на техническое обслуживание варочных котлов зависят от используемых материалов, размера и применяемой технологии. Кирпичи и растворы удовлетворительны, но дороги, в то время как стали быстро корродируют в присутствии газов, содержащих сероводород.Некоторые из популярных типов метантенков подразделяются на биогазовые установки с фиксированным куполом и плавающим газгольдером. Биогазовая установка с фиксированным куполом не имеет движущихся частей (рис. 1). Он имеет смесительный бак и впускной канал, через который сырье подается в установку. Преобразование отходов в биогаз происходит в основной камере метантенка. Газовая смесь собирается через газовый трубопровод, расположенный в верхней части камеры пищеварения. Остаток процесса выпускается через выпускное отверстие и переливной бак, а газ собирается из шланга в верхней части метантенка.

Рисунок 2: Биогазовая установка с плавающим куполом (Vigeli et al, 2014)

Биогазовая установка с плавающим куполом (Рисунок 2) имеет плавающий «баллон» в верхней части метантенка, который можно использовать для хранения биогаза в периоды повышенного спроса и следить за объемом добываемого газа. Подвижный компонент типа плавающего газгольдера делает его более дорогим в строительстве и обслуживании по сравнению с неподвижным куполом. Однако его преимущество заключается в том, что операторы могут в любой момент оценить количество уже накопленного биогаза.

Преимущества биогазовых установок

Биогазовые установки обладают многочисленными преимуществами и преимуществами, которые обеспечивают лучшую экономию для фермы и обеспечивают рациональное использование ресурсов и окружающей среды. Биогаз, производимый на ферме, может дополнять текущую энергию, необходимую ферме. Если на ферме производится большое количество биогаза, часть можно продать соседям для получения дополнительного дохода для фермы. Кроме того, производство биогаза снижает зависимость от невозобновляемых ископаемых видов топлива и смягчает глобальное потепление, постоянно вызываемое сжиганием ископаемых видов топлива.Другими словами, биогаз производит чистое топливо, которое помогает контролировать загрязнение воздуха в результате сжигания ископаемого топлива.

Еще одним преимуществом производства биогаза из навоза является то, что он снижает загрязнение воды за счет начального разложения навоза в метантенке до внесения навоза в поле. Анаэробное сбраживание отходов животноводства дает существенные экологические преимущества. К ним относятся снижение биологической потребности в кислороде, патогены человека, сероводород и компоненты навоза, связанные с запахом (Ciborowski, 2001).В результате биологического процесса, происходящего в варочном котле, его осадок имеет менее неприятный запах, но сохраняет важные питательные вещества в навозе. Этот остаток можно вносить в землю аналогично навозу других животных. При нанесении его на землю соблюдайте все меры предосторожности и правила по защите окружающей среды.

Каталожные номера:

Агстар (2011). Восстановление ценности из отходов. Основы системы анаэробного сбраживания. Агентство США по охране окружающей среды

Нуролллахи Ю., Хейрроутц М., Асл Х.f, Юдефи Х. и Хаджинежад А. (2014). Потенциал производства биогаза из навоза скота в Иране. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии.

Вигели Ю., Лори К.Р., Галлардо А., Динер С. и Зурбругг К. (2014). Анаэробное сбраживание биоватсе в развивающихся странах. Швейцарский институт водных наук и технологий.

Циборовский П. (2001). Анаэробное сбраживание навоза для борьбы с загрязнением и производства энергии. Оценка осуществимости.

Биогаз из навоза

Терминология производства биогаза

Анаэробный : жизнь в безвоздушной среде.

Анаэробные бактерии : микробы, метаболизм которых требует отсутствия свободного кислорода.

Анаэробное сбраживание : бактериальное сбраживание органического материала в отсутствие свободного кислорода.

Биогаз : газообразный продукт анаэробного сбраживания, который в основном состоит из метана и двуокиси углерода.

Британская тепловая единица (БТЕ) ​​ : единица энергии, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1°F.

Отношение углерода к азоту (C/N) : отношение углерода к азоту в органических материалах. Анаэробные бактерии производят больше всего биогаза, когда их кормят органическими материалами с соотношением C/N, совместимым с их метаболическими потребностями.

Дигестор : герметичный резервуар или контейнер, в котором контролируются биологические потребности анаэробного сбраживания для ускорения сбраживания и оптимизации производства биогаза.

Сточные воды : частично переваренный жидкий навоз или навозная жижа, выходящая из метантенка.

Джоуль (Дж) : метрическая единица энергии. Одна БТЕ равна 1055 джоулей. Поскольку джоуль является очень маленькой единицей, его также называют килоджоулями (кДж), тысячей джоулей или мегаджоулями (МДж), миллионом джоулей.

Скорость загрузки : количество летучих твердых веществ, подаваемых в варочный котел ежедневно.

Навоз : фекалии и моча животных, отходы корма, подстилка и противоскользящие материалы из коровника и двора.

Мезофильные : бактерии, которые процветают в диапазоне температур около 95°F (35°C).

Метан : горючий газ, получаемый путем анаэробного сбраживания, а также основной компонент природного газа.

Время удерживания : среднее время, в течение которого пульпа остается в варочном котле.

Ил : отделенные твердые частицы навоза, которые оседают на дно варочного котла.

Навозная жижа : смесь навоза и воды, обработанная в варочном котле.

Термофильные : бактерии, наиболее активные в диапазоне температур от 120°F до 140°F (49°C-60°C).

Летучие кислоты : промежуточный продукт, вырабатываемый в варочном котле кислотообразующими бактериями и используемый метанообразующими бактериями.

Летучие твердые вещества : органические компоненты навоза.

Введение

Навоз может быть альтернативным источником энергии для животноводов. Анаэробный метантенк частично преобразует навоз в энергию в виде биогаза, содержащего метан.

В 1974 году, в ответ на общественный интерес к производству биогаза как к альтернативе энергии, Департамент сельского хозяйства Пенсильвании профинансировал проект в штате Пенсильвания по разработке анаэробного варочного котла для использования на фермах.Целью исследования было определение технических требований и экономической целесообразности производства биогаза в фермерском хозяйстве. Департамент сельскохозяйственной инженерии в сотрудничестве с отделами молочного хозяйства и санитарно-техническими отделами построил и испытал анаэробный варочный котел объемом 3500 кубических футов (100 м 3 ) в одном из молочных коровников университета. Штат Пенсильвания решил изучить производство биогаза на молочных фермах, потому что:

  • навоз легко собирается на молочных фермах, где коровы обычно содержатся в стойлах
  • биогаз наиболее эффективен, когда используется непосредственно для отопления, и
  • молочные фермы имеют круглогодичный спрос для горячей воды.

Органические материалы, разлагающиеся в теплой безвоздушной среде, выделяют биогаз. Этот процесс происходит самопроизвольно в природе; болотный газ и биогаз практически одинаковы. Производство биогаза можно ускорить, запечатав органический материал в нагретом воздухонепроницаемом резервуаре, называемом метантенком.

Хамфри Дэви провел первые лабораторные эксперименты по анаэробному сбраживанию навоза для получения метана в 1808 году. С тех пор анаэробное сбраживание используется в основном для обработки бытовых отходов.В 1895 году биогаз с завода по переработке отходов в Эксетере, Англия, собирали и использовали для освещения близлежащих улиц. Во время Второй мировой войны испытывавшие нехватку топлива немцы построили около 30 варочных котлов, используя часть биогаза для заправки сельскохозяйственных тракторов. В последние годы небольшие недорогие метантенки в Индии и Китае производят биогаз для приготовления пищи и приведения в действие электрогенераторов. Пионеры, такие как Р. Б. Сингх в Индии, популяризировали анаэробное сбраживание и убедили других признать потенциал производства биогаза и применения биогаза в качестве топлива.

При определенных условиях производство биогаза сейчас экономически выгодно. Он станет еще более привлекательным для животноводов по мере роста цен на обычное топливо и снижения стоимости компонентов системы метантенка при массовом производстве.

В Пенсильвании молочные коровы ежегодно производят около 5,5 миллионов тонн вторичного навоза. Учитывая скорость производства газа в реакторе штата Пенсильвания, чистый ежедневный выход биогаза в 40 кубических футов (1,2 м 3 ) на корову, молочные фермеры Пенсильвании могут производить 5 миллиардов кубических футов (143 триллиона м 3 ) биогаза на одну корову. год.Этой «мощности навоза» достаточно, чтобы обеспечить около 20 процентов всей энергии, используемой на молочных фермах Пенсильвании.

Мы должны больше узнать о биологии анаэробного пищеварения, чтобы понять динамику системы пищеварения штата Пенсильвания.

Процесс анаэробного сбраживания

В метантенке бактерии разлагают органические материалы в отсутствие воздуха с выделением метана и углекислого газа. Этот процесс показан на рис. 1. Кислотообразующие бактерии расщепляют или разжижают летучие твердые вещества, превращая их в простые жирные кислоты.Затем метанообразующие бактерии превращают эти летучие кислоты в метан и углекислый газ. Эти бактерии чувствительны к изменениям в окружающей среде. Быстрое переваривание и эффективное производство биогаза происходят в ограниченных диапазонах температур и зависят от состава сырья.


Рисунок 1. Разложение навоза в анаэробном метантенке.

Температура

Оптимальное производство газа происходит в двух температурных диапазонах. Мезофильные бактерии процветают при температуре около 95°F (35°C), а термофильные бактерии в диапазоне от 120°F до 140°F (49°C-60°C).Рисунок 2 показывает, что производство газа снижается, когда бактерии подвергаются воздействию температур за пределами этих диапазонов. В то время как термофильные бактерии производят несколько больше газа, часто газ не стоит энергии, необходимой для повышения температуры варочного котла с 95°F (35°C) до 120°F (49°C).

Сырье

Состав навоза варьируется в зависимости от рациона питания и различных методов управления фермой. Количество навоза, которое можно собрать, также будет варьироваться. Это зависит от вида, веса и количества животных, кормового рациона и степени содержания. Например, если бы весь навоз мог быть собран с молочной коровы весом 1500 фунтов (680 кг), фермер мог бы собирать около 125 фунтов (57 кг) ежедневно.

Автоклав может перерабатывать другие сельскохозяйственные отходы, такие как сточные воды молочного цеха, солому, кукурузную шелуху, траву и листья, с навозом молочных коров или вместо него. Говяжий, свиной и птичий помет используются в варочных котлах, хотя варочные котлы для птичьего помета требуют дальнейших исследований. Независимо от используемого материала производство газа происходит наиболее эффективно, когда сырье, подаваемое в метантенк, имеет определенный pH и соотношение углерода и азота (C/N).

Бактерии размножаются в суспензии с pH около 7,0. Следовательно, если поступающая суспензия имеет pH в этом диапазоне, сбраживание должно проходить гладко. В нормальных условиях процесс пищеварения самостоятельно уравновешивает избыточную кислотность или щелочность.

Углерод является основным химическим элементом в навозе, и бактерии переваривают углерод с выделением биогаза. Однако, чтобы получать энергию из углерода, бактериям необходимо, чтобы в сырье присутствовал азот.Соотношение углерода и азота в сырье имеет решающее значение для эффективного пищеварения. Высокое отношение C/N означает, что азот будет израсходован до того, как углерод переварится. И наоборот, низкое отношение C/N или слишком много азота по отношению к углероду приводит к высоким концентрациям аммония, которые могут стать токсичными для анаэробных бактерий.

Можно регулировать соотношение C/N в варочном котле, добавляя материал в дополнение к материалу, уже находящемуся в варочном котле. Например, опилки с высоким отношением C/N можно добавлять в птичий помет с низким отношением C/N.Молочный коровий навоз имеет соотношение C/N чуть ниже, чем требуется бактериям.

Система анаэробного брожения

Конструкция варочного котла зависит от потребностей конкретной фермы; он должен быть адаптирован к топографии фермы, существующему сельскохозяйственному оборудованию, системам содержания и управления. Тем не менее, в каждом случае следует учитывать некоторые аспекты конструкции системы метантенка.


Рисунок 2. Влияние температуры на дебит газа. (Редигер,
Х.Умереть анаэробный щелочной Schlammfaulung. Wasser-Abwasser , H.1, Verlag R. Oldenbourg, Muchen u. Вена. 1967.)

Проектирование системы метантенка

Основными компонентами системы метантенка размером с ферму являются система обработки навозной жижи, включая зону подготовки навозной жижи, насос для навоза или другой метод загрузки, а также резервуар для сточных вод; одна или несколько варочных камер; и корпус для нагревательного, перемешивающего и гидравлического оборудования. Для достижения наилучших результатов эти компоненты должны:

  • располагаться так, чтобы свести к минимуму потери тепла,
  • обеспечивать простой путь прохождения материала через систему,
  • быть максимально автоматизированными, а
  • быть доступными для технического обслуживания и ремонта.

При проектировании системы метантенка важно соблюдать государственные и местные правила техники безопасности. Биогаз горюч и поэтому опасен. Он может вызвать удушье, а при смешивании с воздухом в концентрации от 6 до 15 процентов газ становится взрывоопасным.

Все материалы, контактирующие с навозом или биогазом, должны быть устойчивыми к коррозии. Например, ПВХ-пластик использовался для труб для обработки навозной жижи в варочном котле штата Пенсильвания. В проекте должны быть предусмотрены альтернативные методы перемещения навозной жижи или биогаза по системе.Засорение трубы может привести к вытеканию шлама из варочного котла. Все трубы и газопроводы должны быть сделаны достаточно большими, чтобы обеспечить доступ для устройств очистки.

Стоимость системы метантенка

В Таблице 1 перечислены основные компоненты и примерная стоимость системы метантенка Penn State. Эти затраты отражают уровень цен 1975 года и использование методов сельскохозяйственного строительства.

Таблица 1. Смета расходов на основные компоненты анаэробного реактора Penn State объемом 100 кубических метров.
фундамент (в том числе ила шнеки) $ 2500
4,600 4,600
Кровля (включая изоляцию) 1 500
газовый насос 700 700 700 6 80222 9 600 600 7 9 900
4 900 4 900
3300 7
Всего стоимость 20 000 долларов

Система пищеварки штата Пенсильвания представляет собой прототип, который был построен с использованием испытательного оборудования, которое не понадобится фермеру.Фермер, рассматривающий возможность строительства варочного котла такого размера, может рассчитывать на инвестиции в размере от 18 000 до 30 000 долларов США, в зависимости от местных цен, труда фермера и выбора компонентов, включенных в систему.

Автоклав

Типы автоклавов

Автоклавы могут загружаться навозной жижей непрерывно или партиями. Варочный котел с периодической загрузкой заполняется до отказа, герметизируется до тех пор, пока он не произведет весь биогаз, который может, опорожняется и снова заполняется. Производство газа неравномерно, потому что бактериальное пищеварение начинается медленно, достигает пика, а затем снижается по мере потребления летучих твердых веществ.Эта проблема может быть решена путем соединения ряда варочных котлов с периодической загрузкой, которые загружаются в разное время, чтобы ежедневно получать надежное количество биогаза. Этот метод эффективно использует навоз, но менее эффективен с точки зрения площади метантенка.

Автоклав Penn State непрерывно загружается; то есть в варочный котел ежедневно добавляют свежую суспензию. Производство газа постоянно, потому что у бактерий всегда есть свежий запас летучих твердых веществ для переваривания. В метантенке с непрерывной загрузкой эффективно используется дорогое пространство метантенка, хотя он может не производить столько газа на фунт (килограмм) навоза.

Конструкция варочного котла

Две основные конструкции варочных котлов непрерывной загрузки показаны на рис. 3. Автоклав вытеснительного типа представляет собой горизонтальный цилиндр, установленный в траншее. Суспензия течет прямо через систему; поступающая суспензия проталкивает материал через варочный котел. Эта конструкция обычно изготавливается из гибких материалов, которые недороги, но недолговечны, если не защищены от непогоды.


Рис. 3. Конструкции варочных котлов непрерывной загрузки.(Stoner, Производство собственной энергии , стр. 163.)

Автоклав Penn State представляет собой вертикальный двухкамерный тип, показанный на рис. 4. Автоклав имеет жесткие стены, оборудование для перемешивания и минимальную площадь потерь тепла.


Рис. 4. Поперечный разрез автоклава Penn State.

Конструкция автоклава

Автоклав Penn State был сконструирован из бетонных силосных панелей, образуя резервуар высотой 16 футов (4,8 м) и диаметром 20 футов (6 м). Снаружи варочного котла были закреплены стальные арматурные обручи.В железобетонный фундамент и пол встроен шнек для удаления шлама. Для системы отопления 188 футов (57 м) стальной трубы диаметром ¾ дюйма (2 см) были залиты в панели, составляющие среднюю стену, чтобы обеспечить 72 квадратных фута (6,5 м 3 ) поверхности теплообмена.

Крыша метантенка служит местом сбора и хранения газа и может хранить биогаз, произведенный за 6 часов. Плавающая крыша не зависит от резервуара; его нижний край погружен в суспензию, а его вес поддерживается давлением газа внутри.Это сохраняет анаэробные условия в метантенке, позволяя крыше подниматься и опускаться в зависимости от производства и использования газа. Плавающая крыша была построена из оцинкованной стальной крыши зернового бункера диаметром 18 футов (5,4 м) и секции стены высотой 40 дюймов (1 м).

Для снижения потерь тепла две трети метантенка были построены под землей. Варочный котел был изолирован изнутри пенополистиролом толщиной 4 дюйма (10 см), оштукатуренным примерно 1 дюймом (2,5 см) торкрета. Крыша была утеплена 3 дюйма (7.5 см) вспененного уретана и армированного нейлоном листа Hypalon, обеспечивающего газонепроницаемость.

Размер варочного котла

Фермер, планирующий построить систему варочного котла, подобную системе Penn State, которая имеет 14-дневное время хранения, должен обеспечить 30 кубических футов (0,9 м 3 ) объема варочного котла на каждые 1500 фунтов. (680 кг) лактирующая молочная корова. Если фермер собирает навоз от сухостойных коров и ремонтного поголовья, следует добавить 15 кубических футов (0,45 м 3 ) на каждые 1000 фунтов (455 кг) веса животного.

Система подачи навозной жижи

Эффективная система подачи навозной жижи имеет решающее значение для бесперебойной работы системы варочного котла. С навозом трудно обращаться, и варочный котел на 100 коров ежедневно перерабатывает 6,25 тонны (5,6 мг) навоза. Путь потока шлама через варочный котел Penn State показан на рисунке 5.


Рисунок 5. Путь шлама через варочный котел Penn State.

Система загрузки навозной жижи

Очистители желобов доставляют навоз из коровника в зону приготовления навозной жижи.Навоз падает в бункер насоса с достаточным количеством воды, чтобы уменьшить содержание твердых частиц примерно с 15 до 13 процентов. Навоз необходимо разбавлять, чтобы предотвратить засорение труб и насосов, а также для облегчения перемешивания в метантенке. Однако лучшей системой является та, которая требует наименьшего разбавления; добавленная вода тратит пространство метантенка и тепло.

В 1975 году система загрузки навозной жижи состояла из центробежного насоса для навоза с электрическим приводом, который перекачивал навозную жижу в приподнятый резервуар, откуда она под действием силы тяжести сбрасывалась в метантенк.Эта система была заменена гидравлическим поршневым насосом, который проталкивает навоз прямо в метантенк. Он был способен обрабатывать более 13 процентов твердых частиц, крупных частиц и длинных волокон без засорения. Испытания будут проводиться методом прямой самотечной подачи, для которого не потребуется насос.

Норма загрузки

Норма загрузки — это вес летучих твердых веществ, ежедневно подаваемых в автоклав. Концентрация летучих твердых веществ в метантенке определяет скорость производства газа.Например, варочный котел, загруженный 4 весовыми единицами летучих твердых веществ, будет производить в два раза больше газа, чем тот же варочный котел, загруженный только 2 единицами.

Результаты испытаний с тремя различными скоростями загрузки показаны в Таблице 2. Эти результаты показывают, что высокие скорости загрузки сопровождаются большим суточным выходом газа на единицу объема метантенка. Это приводит к более высокой норме окупаемости капитальных затрат на строительство. С капитальными затратами, связанными с размером, высокая скорость загрузки позволит использовать варочный котел меньшего размера и снизить эксплуатационные расходы для стада данного размера.Высокая скорость загрузки означает низкое снижение содержания летучих твердых веществ, что приводит к низкому производству газа на единицу летучих твердых веществ. Показанные скорости загрузки и соответствующее время удерживания обеспечивают достаточное время переваривания для стабилизации сточных вод.


день M 3 GAS / M 3 Diagester / 3 Diagester / 3
  • FT 3 / день 9 / день
  • 7228 1,29
    Таблица 2. Сводка испытаний производительности 100-куб.м варочного котла Penn State.
    Летучие твердые вещества, подаваемые в варочный котел Время удерживания Эквивалент коров Общее производство газа
    фунтов.За день кг в день kg на дней номер FT 3 GAS /
    COW-
    день
    м
    3 GAS /
    COW-
    день
    FT 3 GAS / FT 3 Diagester /
    день
    м 3 / день FT 3 GAS / LB. ВС/сут м 3 газа/кг ВС/сут
    763 346 35 284 90,90. 3 1,34 0,7 0,67 2365 67 3,1 0,19
    тысяча двести двадцать-один 554 21 80 57 1,61 1,3 4560 129 129 3.7 .23 . 29
    2,270 1030 11 150 47,5 1.35 2.0 2,02 7.130 202 3.1 .20

    Время пребывания

    Объем шлама в варочном котле остается постоянным; поступающая навозная жижа вытесняет равное количество обработанной навозной жижи из варочного котла каждый раз при загрузке варочного котла. Поскольку объем является постоянным, доля объема жидкости в варочном котле, заменяемая каждый день, определяет время удерживания. Например, если суспензия, равная одной десятой объема жидкости варочного котла, добавляется ежедневно, суспензия варочного котла имеет среднее время удерживания 10 дней.

    Короткое время выдержки не дает бактериям достаточно времени для переваривания навоза, а длительное время выдержки не дает достаточного количества свежей навозной жижи для стимулирования роста бактерий и высокой скорости газообразования.

    Сточные воды

    Сточные воды стекают по переливной трубе в закрытую навозную яму. Органическое содержание переработанного навоза снижается и стабилизируется таким образом, что сточные воды представляют собой гомогенизированную жидкость почти без запаха, не привлекающую грызунов и мух.

    Только небольшой процент навоза превращается в биогаз. Навоз молочных коров состоит примерно на 85 процентов из воды и на 15 процентов из твердых веществ. Из этих твердых веществ около 91 процента являются летучими, а метантенк Penn State превращает от 20 до 30 процентов летучих твердых веществ в биогаз. Молочная корова производит около 17 фунтов (7,7 кг) летучих твердых веществ в день, четверть которых превращается в биогаз. Следовательно, анаэробный метантенк представляет собой систему обработки навоза, а не удаления навоза.

    Сточные воды метантенка являются ресурсом; в нем содержится почти весь азот, который был в сыром навозе.Сточные воды являются отличным удобрением, поскольку азот в сточных водах легче усваивается растениями, чем азот в сыром навозе. Ежедневные стоки из варочного котла на 100 коров содержат около 55 фунтов (24 кг) азота.

    Сточные воды наиболее совместимы с системой обращения с жидким навозом. Однако вода может быть удалена из сточных вод и повторно использована в метантенке в качестве разбавляющей воды. Осадок можно использовать для подстилки или мульчи; он проходит испытания для кормления скота.

    Удаление осадка

    Осадок, скапливающийся на дне резервуара метантенка, необходимо регулярно удалять, так как накопление осадка уменьшает активное пространство метантенка. Шлам удаляется из варочного котла Penn State через шламовые заслонки, встроенные в днище варочного котла. Эти заслонки, расположенные на обеих ступенях метантенка, приводятся в действие гидравлическими клапанами. При открывании затворов шлам стекает в канал шнека, а шнек транспортирует шлам в накопительную яму.

    Система обогрева навозной жижи

    Система обогрева должна быть рассчитана на самые холодные погодные условия, ожидаемые в данном районе. Стандартный газовый котел, работающий на биогазе, поддерживал температуру в метантенке Penn State на уровне 95°F (35°C) в течение всего года. Электрический насос прокачивал горячую воду по трубам, расположенным чуть ниже поверхности средней стенки первой ступени варочного котла. Этот способ обогрева оказался удовлетворительным. Если температура нагревательной поверхности слишком высока, выше 150°F (77°C), суспензия прилипнет к нагревательной поверхности.В дайджесте Penn State не было никаких доказательств этого. За исключением запуска, метантенк использует производимый биогаз для питания своей системы отопления, которая потребляет примерно 30 процентов биогаза, производимого ежегодно.

    Система перемешивания навозной жижи

    Перемешивание навозной жижи в варочном котле способствует процессу сбраживания за счет поддержания постоянной температуры и равномерного распределения бактерий и летучих твердых частиц по всему навозной жиже. Он также сводит к минимуму образование шлама и предотвращает образование корки на поверхности шлама, препятствующей выделению биогаза.Вакуумный насос с электроприводом, например, используемый в доильных аппаратах, забирает биогаз из хранилища под крышей и впрыскивает его в нижнюю часть обеих ступеней варочного котла. Таким образом, рециркуляция биогаза обеспечивает перемешивание.

    Другие методы перемешивания включают рециркуляционные насосы для навозной жижи и механические лопасти. Однако механические компоненты, подвергшиеся воздействию навозной жижи, могут подвергаться коррозии, и их трудно обслуживать или ремонтировать, не нарушая пищеварение путем открытия варочного котла.

    Биогаз

    Биогаз, производимый реактором Penn State, примерно на 60 процентов состоит из метана и на 40 процентов из углекислого газа.Это означает, что газ имеет 60 процентов энергии природного газа или около 600 БТЕ на кубический фут (22 МДж/м 3 ). Содержание метана в биогазе будет колебаться в зависимости от условий метантенка. Биогаз содержит следы сероводорода, который обладает высокой коррозионной активностью, но его можно удалить путем фильтрации газа через стальную вату или железные опилки. Поскольку биогаз на выходе из биогаза теплый, он содержит водяной пар, который будет конденсироваться при воздействии более низких температур снаружи.Уловители конденсата в газопроводах необходимы для предотвращения засорения водой нижних точек газопроводов. После конденсации любого водяного пара в биогазе газ можно использовать в качестве топлива в печах, водонагревателях и котлах. Однако сопло газовой горелки должно быть увеличено, чтобы компенсировать газ с низким содержанием Btu.

    Испытания с использованием биогаза в качестве единственного топлива в бензиновом двигателе показали, что энергия 200 кубических футов (5,7 м 3 ) биогаза равна энергии 1 галлона бензина. Дигестор Penn State производил энергетический эквивалент 20 галлонов (76 л) бензина в день.В дизельных двигателях биогаз заменил большую часть жидкого топлива; для зажигания требовалось немного дизельного топлива. Потребовались регулировки двигателя и комплект для переоборудования на биогаз.

    Биогаз трудно хранить, сжимать или сжижать. Для сжижения метана требуется температура -117 ° F (-83 ° C) при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа). Для сжижения метана при атмосферном давлении необходима температура -260°F (-162°C). Если в качестве топлива для двигателя используется биогаз, двигатель должен быть стационарным, расположенным рядом с метантенком и часто работающим.Таким образом, охлаждающая вода двигателя может использоваться для нагрева метантенка и тем самым повышать эффективность системы.

    Биогаз был предложен в качестве топлива для приготовления пищи, обогрева помещений и воды, сушки урожая, охлаждения, ирригации и производства электроэнергии.

    Ценность биогаза

    Помимо преимуществ, недостатков и используемых технологий, необходимо оценить возможность производства биогаза на ферме с чисто экономической точки зрения. Расчетная годовая стоимость производства биогаза в штате Пенсильвания показана в таблице 3.

    $ 3,915 $ 3,915
    Таблица 3. Общие годовые затраты на систему метантенка Penn State.
    Капитальные затраты $ 20000
    Фиксированная цена
    Проценты $ 1.200
    Амортизация
    Структура ($ 12000 @ 20 лет) 600
    оборудование ($ 8000 @ 8 часов) 1000
    Repavauls и обслуживание 600
    $ 3 400
    $ (@ 4 ¢ / кВтч, 25 кВтч / день) $ 365
    Расходные материалы (масло и л.P. Газ) 150
    1
    $ 515 $ 515 $ 515 $
    Общая стоимость (исключая труд) $ 3,915
    Труда (1,5 часа / день @ $ 3.00 / HR) 1 642
    Общая годовая стоимость 5 557 долл. США

    Принимая во внимание капитальные и эксплуатационные затраты реактора Penn State, стоимость энергии в биогазе эквивалентна традиционным видам топлива по ценам, показанным в таблице 4.

    Сравнение в таблице 4 дает некоторые представление об относительной стоимости энергии различных видов топлива по сравнению со стоимостью биогаза.Они указывают, что использование биогаза возможно, если:

    • он действительно может заменить обычное топливо,
    • цена на обычное топливо выше, чем на биогаз, и
    • используется весь биогаз.
    Таблица 4. Эквивалент стоимости энергии биогаза по сравнению с традиционными видами топлива
    Пример: если предположить, что водонагреватель на биогазе работает с эффективностью 70 процентов, будет дешевле нагревать воду с помощью биогаза, а не электричества, при любой стоимости электричества больше 3.2 цента за кВтч. При этом предполагается, что нагрев воды потребляет весь биогаз.

    Ежегодная стоимость варочного котла Penn State в размере 5 557 долл. США производит чистый объем: 1 460 000 кубических футов (42 000 м3) биогаза из навоза 100 коров. МДж). Топливо

    Энергия на единицу мощности Топливный эквивалент Топливный эквивалент
    до 876 000 000 000 тысяч
    BTU (924 000 MJ)
    Equioment Price
    Biogas 600 000 BTU / 1000FT 3 1460 / 1000FT 3 $ 3.80 / 1000FT 3 3
    22.2 MJ / м 3 42 000 м 3 $ 0 8
    $ 0
    Народный газ 1 000 000 BTU / 1000FT 3 876 / 1000FT 3 $ 60228 $ 6.34 / 1000ft 3
    37 MJ / M 3 25 000 м 3 25 000 м 3 $ 22 / M 3
    Массовое масло 140 000 британских тепловых единиц/галлон
    6 257 галлонов
    $. 89 / gal
    39 MJ / L
    23 700 л
    $ 023 / L
    124 000 Btu / Gal
    7 065 GAL
    $ 0.79 / Gal
    8 Электричество
    34,5 MJ / L
    26 700 л
    $ 021 / L
    Diesel 135 000 BTU / Gal
    6,489 GAL
    $ 0,86 / Gal
    37.6 MJ / L
    24 600 L
    $ 0.23 / L
    LP Gas 92 000 BTU / GAL 9 522 GAL $ 0.58 / GAL
    25,5 MJ / L 36 000 $ $ .15 / L
    3,413 BTU / кВтч 257 000 кВтч $ 0,022 / кВтч
    36 MJ / кВтч 257 000 кВтч $ 0,022 / кВтч
    Уголь 25 000 000 БТЕ/тонна
    35 тонн 158 долл. США.00/т
    29 МДж/мг 32 мг $173,00/мг

    Избранная библиография

    Jewelled, 900 Энергетика, сельское хозяйство и управление отходами . Материалы Корнеллской конференции по обращению с сельскохозяйственными отходами 1975 года. Анн-Арбор: издательство Ann Arbor Science Publishers, Inc., 1975.
  • Справочник новостей Матери-Земли по самодельной энергии . Нью-Йорк: Bantam Books, Inc., 1974, стр. 278–355.
  • Перссон, С.ЧП и Х.Д. Бартлетт. Сельскохозяйственные анаэробные дигесторы: конструкция и эксплуатация . Юниверсити-Парк, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания, Сельскохозяйственный колледж, Сельскохозяйственная экспериментальная станция, Бюллетень 827, 1979.
  • Стоунер, Кэрол Х., изд. Производство собственной энергии . Эммаус, Пенсильвания: Rodale Press, Inc., 1974, стр. 137–190.
  • Подготовлено Евой Хоман при консультации с Марком Д. Шоу, инженером сельского хозяйства, Ховардом Бартлеттом, инженером сельского хозяйства, и Сверкером Перссоном, инженером сельскохозяйственным.

    Эта публикация частично поддерживается на основании контракта с Министерством сельского хозяйства Пенсильвании, Советом губернатора по энергетике и Министерством энергетики.

    Биогазовое решение: превращение навоза в прибыль | Сообщения в блоге

    Еще одна энергетическая революция развивается из самого неожиданного места — коровьего навоза

     

    Сегодня президент Обама опубликовал «Дорожную карту возможностей использования биогаза» в рамках Плана действий администрации по борьбе с изменением климата – Стратегии по сокращению выбросов метана.Дорожная карта продвигает рыночный потенциал и преимущества биогаза и поощряет внедрение замкнутых биогазовых систем. По сути, это сбор коровьего навоза и его ферментация в герметичном резервуаре. Метан, выделяющийся при брожении, улавливается и используется для получения энергии. В системе с замкнутым циклом «приготовленный» навоз — по существу стерилизованный — разделяется на жидкий и твердый. Жидкость используется в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур, а твердые вещества могут использоваться в качестве подстилки для коров или компоста.

    Биогазовые системы повышают устойчивость ежедневной работы молочной, свинофермы или птицефабрики, помогая фермерам экономить ресурсы и сокращая выбросы метана — и то, и другое борется с изменением климата.

    Биогазовые системы работают за счет использования анаэробного сбраживания, процесса, при котором биоразлагаемый материал разрушается бактериями в отсутствие кислорода.

    • Коровий навоз собирается и хранится в бескислородном помещении.

    • Некоторые фермы, такие как молочная ферма Sensenig в Кирквуде, штат Пенсильвания, также собирают пищевые отходы из близлежащих продуктовых магазинов. Это присоединит навоз в метантенке.

    • В противном случае эти пищевые отходы были бы отправлены на свалки.

    • Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, которые выделяют газ метан.

    • Метан отделяется, собирается и преобразуется в электричество для электроснабжения ферм или домов, перерабатывается в СПГ для питания грузовиков или даже может быть использован для производства биопластика.

    • Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для компоста, волокна для подстилки коров, почвенной смеси или даже картона.

    • Жидкость, оставшаяся в метантенке, используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.

    • Посевы, удобренные жидкостью из варочного котла, собираются на корм коровам.

    Никогда не слышали об анаэробном пищеварении? Это нормально. Для фермеров это работает следующим образом: фермер собирает коровий навоз в бескислородный корпус. Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, которые производят газ метан. Метан отделяется, собирается и преобразуется в электричество для ферм или домов, перерабатывается в СПГ для питания грузовиков или даже может быть использован для производства биопластика.

    Но это еще не все. Причина, по которой эти биогазовые системы называются «системами с замкнутым контуром», заключается в том, что жидкость, которая остается в метантенке, затем используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.На этой земле выращивают урожай, который затем скармливают коровам, которые затем производят навоз, который используется в варочном котле. Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для компоста, волокна для подстилки коров, почвы для горшков или даже картона. Дополнительный бонус? В процессе не выделяется запах! Интересно посмотреть, как это работает?

    Эти системы становятся еще лучше, когда в смесь добавляются органические отходы промышленных предприятий по производству продуктов питания и напитков. Например, такие компании, как The Coca Cola Company и Cabot Creamery, отправляют органические отходы со своих заводов по розливу и производству сыра на фермы с биогазовыми системами, а не на свалки.Это снижает выбросы парниковых газов в результате их деятельности, помогает удобрять сельскохозяйственные угодья и экономит деньги на сборах за захоронение отходов — все это увеличивает ценность местных жителей, которые используют зеленую энергию, вырабатываемую биореактором. Взгляните на это великое усилие Cleveland Browns в качестве еще одного примера.

    В настоящее время на животноводческих фермах в Соединенных Штатах имеется 239 анаэробных варочных котлов, однако на молочных фермах США имеется потенциал для установки более 2600 анаэробных варочных котлов. Если его смешать с пищевыми отходами, его потенциальная рыночная стоимость составит более 3 миллиардов долларов, а выбросы углерода сократятся на 13 миллионов метрических тонн CO2-экв.Это сопоставимо с ежегодными выбросами углерода более чем 3,2 миллиона легковых автомобилей в США.

    Итак, почему не у каждого фермера есть биогазовая система?
    До сих пор фермеры сталкивались с рядом препятствий, которые необходимо было преодолеть. Перед фермерами стоит задача найти партнеров для заключения долгосрочных контрактов на поставку органических пищевых отходов, стороны, которые могут предоставить кредиты, а процесс получения разрешения на строительство варочного котла может быть сложным. Кроме того, местные электроэнергетические компании должны поставлять электроэнергию в сеть по конкурентоспособным тарифам.

    Таким образом, в «Дорожной карте биогаза» определены четыре пункта действий по развитию биогазовой отрасли, которые поддерживают фермеров, в том числе:

    1. Содействие использованию биогаза посредством существующих программ агентства
    Министерство сельского хозяйства США, Министерство энергетики и Агентство по охране окружающей среды будут использовать свои существующие программы для усовершенствования биогазовой системы путем согласования программ, планов исследований и стандартов.

    2. Поощрение инвестиций в биогазовые системы
    Высокие капитальные затраты и ограниченные финансовые стимулы являются препятствиями для внедрения биогазовых установок.Агентства будут разрабатывать возможности для финансирования и финансовых стимулов.

    3. Укрепление рынков для биогазовых систем и системных продуктов
    Рыночный потенциал для метантенков и побочных продуктов может быть реализован за счет вспомогательной деятельности со стороны агентств, в частности, в отношении энергии и других неэнергетических продуктов с добавленной стоимостью. , такие как извлечение и переработка питательных веществ, волокна и почвенные добавки.

    4. Улучшение связи и координации
    Министерство сельского хозяйства США, Министерство энергетики и Агентство по охране окружающей среды будут координировать и инвестировать в исследования и разработки, чтобы помочь промышленности в продвижении в секторе биогаза.

    По мере развития биогазовой отрасли у молочной промышленности появляется возможность определить и оптимизировать ценность молочной продукции. Поскольку биогазовые установки играют роль в сохранении природных ресурсов, WWF продолжит работу с такими партнерами, как Инновационный центр молочных продуктов США, для продвижения внедрения и дальнейшего развития биогазовых установок на фермах США.

    Цель состоит в том, чтобы превратить навоз в такие продукты, как электричество, топливо, волокно и удобрения, что сокращает выбросы метана, сохраняет природные ресурсы, а также нашу зависимость от ископаемого топлива.Это приносит пользу не только фермерам, но и корпорациям, сообществам и окружающей среде.

    Информационный бюллетень | биогаз: преобразование отходов в энергию | Белые книги

    Соединенные Штаты ежегодно производят более 70 миллионов тонн органических отходов. В то время как сокращение источников и кормление голодных являются необходимыми приоритетами для сокращения ненужных пищевых отходов, органические отходы многочисленны и распространяются на несъедобные источники, включая навоз скота, сельскохозяйственные отходы, сточные воды и несъедобные пищевые отходы. При неправильном обращении с этими отходами они представляют значительный риск для окружающей среды и здоровья населения. Патогены, химические вещества, антибиотики и питательные вещества, содержащиеся в отходах, могут загрязнять поверхностные и грунтовые воды в результате стока или выщелачивания в почву. Избыток питательных веществ вызывает цветение водорослей, вредит дикой природе и заражает питьевую воду. Питьевая вода с высоким содержанием нитратов связана с гипертиреозом и синдромом синего ребенка. Муниципальные водоканалы очищают питьевую воду от нитратов, но это дорого.

    Органические отходы также выделяют большое количество метана при их разложении. Метан является мощным парниковым газом, который удерживает тепло в атмосфере более эффективно, чем углекислый газ. При равных количествах метана и углекислого газа метан будет поглощать в 86 раз больше тепла за 20 лет, чем углекислый газ. Чтобы уменьшить выбросы парниковых газов и риск загрязнения водных путей, органические отходы можно удалять и использовать для производства биогаза, возобновляемого источника энергии. Замещая ископаемое топливо, биогаз приводит к дальнейшему сокращению выбросов, что иногда приводит к углеродно-отрицательным системам.Несмотря на многочисленные потенциальные преимущества утилизации органических отходов, включая защиту окружающей среды, инвестиции и создание рабочих мест, в настоящее время в Соединенных Штатах имеется только 2200 действующих биогазовых установок, что составляет менее 20 процентов от общего потенциала.

     

    Введение


     
    Что такое биогаз?

    Биогаз производится после расщепления органических материалов (растительных и животных продуктов) бактериями в бескислородной среде, этот процесс называется анаэробным сбраживанием.Биогазовые системы используют анаэробное сбраживание для переработки этих органических материалов, превращая их в биогаз, который содержит как энергию (газ), так и ценные почвенные продукты (жидкости и твердые вещества).

    Рисунок 1: Процесс анаэробного сбраживания (графика Сары Танигава, EESI).

    Анаэробное сбраживание уже происходит в природе, на свалках и в некоторых системах обращения с навозом, но его можно оптимизировать, контролировать и локализовать с помощью анаэробного сбраживания.Биогаз содержит примерно 50-70 процентов метана, 30-40 процентов углекислого газа и следовые количества других газов. Жидкий и твердый переваренный материал, называемый дигестатом, часто используется в качестве удобрения для почвы.

    Рисунок 2: Действующие биогазовые системы в континентальной части США (любезно предоставлено Американским советом по биогазу)

    Некоторые органические отходы труднее разлагаются в метантенке, чем другие.Пищевые отходы, жиры, масла и жиры являются органическими отходами, которые легче всего разлагаются, в то время как отходы животноводства, как правило, являются наиболее сложными. Смешивание нескольких отходов в одном реакторе, называемое совместным сжиганием, может помочь увеличить выход биогаза. Более теплые метантенки, обычно поддерживаемые при температуре от 30 до 38 градусов по Цельсию (86-100 по Фаренгейту), также могут способствовать более быстрому разложению отходов.

    После улавливания биогаз может производить тепло и электричество для использования в двигателях, микротурбинах и топливных элементах.Биогаз также может быть преобразован в биометан, также называемый возобновляемым природным газом или ГСЧ, и закачан в трубопроводы природного газа или использован в качестве автомобильного топлива.

    В настоящее время в Соединенных Штатах имеется 2200 действующих биогазовых систем во всех 50 штатах, и есть потенциал для добавления более 13 500 новых систем.


    Преимущества биогаза

    Сохраненный биогаз может стать чистым, возобновляемым и надежным источником энергии для базовой нагрузки вместо угля или природного газа. Мощность базовой нагрузки постоянно вырабатывается для удовлетворения минимальных требований к мощности; возобновляемая базовая мощность может дополнять более прерывистые возобновляемые источники энергии.Подобно природному газу, биогаз также можно использовать в качестве источника пиковой мощности, которую можно быстро увеличить. Использование хранимого биогаза ограничивает количество метана, выбрасываемого в атмосферу, и снижает зависимость от ископаемого топлива. Сокращение выбросов метана в результате использования всего потенциального биогаза в Соединенных Штатах будет равно годовому выбросу от 800 000 до 11 миллионов легковых автомобилей. На основе оценки отходов в колеса компримированный природный газ, полученный из биогаза, снижает выбросы парниковых газов на 91% по сравнению с нефтяным бензином.

    Город Нью-Йорк ежегодно тратит около 400 миллионов долларов на транспортировку 14 миллионов тонн отходов на мусоросжигательные заводы и свалки. Направление этих отходов на анаэробное сбраживание превратило бы затраты в возможности, получая доход от производства энергии и побочных продуктов.

    Источник: New York Times, 2 июня 2017 г.

    Помимо пользы для климата, анаэробное сбраживание может снизить затраты, связанные с рекультивацией отходов, а также принести пользу местной экономике.Строительство 13 500 потенциальных биогазовых систем в Соединенных Штатах может добавить более 335 000 временных строительных рабочих мест и 23 000 постоянных рабочих мест. Анаэробное сбраживание также уменьшает запахи, патогены и риск загрязнения воды отходами животноводства. Дигестат, материал, остающийся после процесса пищеварения, можно использовать или продавать в качестве удобрения, что снижает потребность в химических удобрениях. Дигестат также может обеспечить дополнительный доход при продаже в качестве подстилки для скота или почвенных добавок.

     

    Сырье для биогаза


     
    Пищевые отходы

    Ежегодно около 30 процентов мировых запасов продовольствия теряется или выбрасывается. Только в 2010 году Соединенные Штаты произвели примерно 133 миллиарда фунтов (66,5 миллиона тонн) пищевых отходов, в основном из бытового и коммерческого пищевых секторов. Чтобы решить эту проблему, в Иерархии восстановления пищевых продуктов Агентства по охране окружающей среды приоритет отдается сначала сокращению источников, а затем использованию дополнительных продуктов питания для решения проблемы голода; корма для животных или производство энергии являются более низким приоритетом. Продовольствие следует отправлять на свалки в крайнем случае. К сожалению, пищевые отходы составляют 21 процент свалок в США, и только 5 процентов пищевых отходов перерабатываются в почвоулучшители или удобрения.Большая часть этих отходов отправляется на свалки, где при их разложении образуется метан. В то время как свалки могут улавливать образующийся биогаз, захоронение органических отходов не дает возможности рециркулировать питательные вещества из исходного органического материала. В 2015 году EPA и USDA поставили цель сократить количество пищевых отходов, отправляемых на свалки, на 50 процентов к 2030 году. Но даже если эта цель будет достигнута, останется избыточная еда, которую необходимо будет переработать. Энергетический потенциал значителен. В качестве примера можно привести 100 тонн пищевых отходов в день, анаэробное сбраживание которых может генерировать достаточно энергии для снабжения от 800 до 1400 домов в год.Жир, масло и жир, собранные в пищевой промышленности, также можно добавлять в анаэробный варочный котел для увеличения производства биогаза.


    Свалочный газ

    Свалки являются третьим по величине источником выбросов метана, связанных с деятельностью человека, в Соединенных Штатах. На свалках содержатся те же анаэробные бактерии, что и в метантенках, которые расщепляют органические материалы с образованием биогаза, в данном случае свалочного газа (СГ). Вместо того, чтобы выбрасывать свалочный газ в атмосферу, его можно собирать и использовать в качестве энергии.В настоящее время проекты по свалке свалочного газа в Соединенных Штатах производят около 17 миллиардов киловатт-часов электроэнергии и ежегодно доставляют 98 миллиардов кубических футов свалочного газа по трубопроводам природного газа или напрямую конечным пользователям. Для справки, средний дом в США в 2015 году потреблял около 10 812 киловатт-часов электроэнергии в год.

     
    Отходы животноводства

    Рисунок 3: Текущее количество действующих и потенциальных биогазовых систем в США по исходному сырью. Агентство по охране окружающей среды

    Молочная корова весом 1000 фунтов производит в среднем 80 фунтов навоза каждый день. Этот навоз часто хранится в накопительных баках перед внесением в поля. Мало того, что навоз производит метан при разложении, он может способствовать избытку питательных веществ в водоемах. В 2015 г. на использование навоза скота приходилось около 10 процентов всех выбросов метана в Соединенных Штатах, однако только 3 процента отходов животноводства перерабатываются анаэробными установками.Когда навоз домашнего скота используется для производства биогаза, анаэробное сбраживание может уменьшить выбросы парниковых газов, уменьшить запахи и уменьшить до 99 процентов патогенных микроорганизмов в навозе. По оценкам EPA, существует потенциал для 8 241 биогазовой системы для скота, которые вместе могут генерировать более 13 миллионов мегаватт-часов энергии каждый год.


    Очистка сточных вод

    На многих очистных сооружениях (СОСВ) уже имеются анаэробные метантенки для обработки осадка сточных вод, твердых частиц, отделяемых в процессе очистки.Однако на многих очистных сооружениях нет оборудования для использования производимого ими биогаза, и вместо этого они сжигают его. Из 1269 очистных сооружений, использующих анаэробные метантенки, только около 860 используют биогаз. Если бы все предприятия, которые в настоящее время используют анаэробное сбраживание, обрабатывающие более 5 миллионов галлонов в день, установили установки для рекуперации энергии, Соединенные Штаты могли бы сократить ежегодные выбросы углекислого газа на 2,3 миллиона метрических тонн, что равно годовым выбросам от 430 000 легковых автомобилей. .


    Пожнивные остатки

    Остатки урожая могут включать стебли, солому и обрезки растений. Некоторые растительные остатки остаются на поле для сохранения органического содержания и влаги в почве, а также для предотвращения эрозии. Однако более высокие урожаи влекут за собой увеличение количества растительных остатков, и удаление части из них может быть устойчивым. Устойчивые показатели урожая варьируются в зависимости от выращиваемой культуры, типа почвы и климатических факторов. Принимая во внимание устойчивые показатели сбора урожая, Министерство энергетики США оценивает, что в настоящее время доступно около 104 миллионов тонн растительных остатков по цене 60 долларов за сухую тонну.Пожнивные остатки обычно перевариваются вместе с другими органическими отходами, поскольку их высокое содержание лигнина затрудняет их расщепление.

     

    Конечное использование биогаза


     
    Сырой биогаз и дигестат

    Практически без обработки биогаз можно сжигать на месте для обогрева зданий и котлов или даже самого метантенка. Биогаз можно использовать для комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), или биогаз можно просто превратить в электричество с помощью двигателя внутреннего сгорания, топливного элемента или газовой турбины, при этом полученное электричество используется на месте или продается в электрическую сеть.

    Дигестат – богатый питательными веществами твердый или жидкий материал, остающийся после процесса пищеварения; он содержит все переработанные питательные вещества, которые присутствовали в исходном органическом материале, но в форме, более доступной для растений и почвообразования. Состав и содержание питательных веществ в дигестате будут зависеть от сырья, добавляемого в автоклав. Жидкий дигестат можно легко распылять на фермах в качестве удобрения, что снижает потребность в покупке синтетических удобрений. Твердый дигестат можно использовать в качестве подстилки для скота или компостировать с минимальной обработкой.Недавно биогазовая промышленность предприняла шаги по созданию программы сертификации дигестата, чтобы гарантировать безопасность и контроль качества дигестата.

    С помощью биогазовых систем молокозаводы, фермы и промышленность могут сократить эксплуатационные расходы, используя свои собственные органические отходы для питания своего оборудования и зданий. Молочная ферма Fair Oaks в Индиане ежедневно производит 1,2 миллиона кубических футов биогаза из навоза 9000 дойных коров. Часть биогаза преобразуется в СПГ и используется для питания прицепов, доставляющих молоко на перерабатывающие заводы Fair Oaks, что снижает использование ими дизельного топлива на 1.5 миллионов галлонов в год.

    Источник: EPA.

    Возобновляемый природный газ

    Возобновляемый природный газ (RNG) или биометан — это биогаз, очищенный от углекислого газа, водяного пара и других газовых примесей, чтобы он соответствовал стандартам газовой промышленности. RNG можно закачивать в существующую газовую сеть (включая трубопроводы) и использовать вместо обычного природного газа. Природный газ (обычный и возобновляемый) обеспечивает 26 процентов U.S. электроэнергии, и 40 процентов природного газа используется для производства электроэнергии. Остальной природный газ используется для коммерческих целей (отопление и приготовление пищи) и для промышленных целей. RNG может заменить до 10 процентов природного газа, используемого в Соединенных Штатах.


    Сжатый природный газ и сжиженный природный газ

    Как и обычный природный газ, RNG можно использовать в качестве автомобильного топлива после его преобразования в компримированный природный газ (CNG) или сжиженный природный газ (LNG).Экономия топлива транспортных средств, работающих на сжатом природном газе, сравнима с экономией топлива обычных автомобилей с бензиновым двигателем, и их можно использовать в автомобилях малой и большой грузоподъемности. СПГ не так широко используется, как СПГ, потому что его производство и хранение дороги, хотя его более высокая плотность делает СПГ лучшим топливом для большегрузных транспортных средств, путешествующих на большие расстояния. Чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций в заправочную инфраструктуру, СПГ и СПГ лучше всего подходят для транспортных средств, которые возвращаются на базу для дозаправки. По оценкам Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, RNG может заменить пять процентов природного газа, используемого для производства электроэнергии, и 56 процентов природного газа, используемого для производства автомобильного топлива.

     

    Федеральная политика поддержки биогазовой промышленности


     
    Стандарт возобновляемого топлива
    Производство целлюлозного биотоплива (в галлонах)
    по видам топлива
      Этанол Возобновляемый СПГ Возобновляемый СПГ
    2015 2 181 096 81 490 266 58 368 879
    2016 3 805 246 116 582 508 71 974 041
    2017* 3 536 721 56 916 606 34 224 820
    * По состоянию на июль 2017 г.

    Стандарт возобновляемого топлива (RFS) был создан Конгрессом в рамках Закона об энергетической политике 2005 года. RFS требует смешивания возобновляемых видов топлива с поставками транспортного топлива в США. В настоящее время около 10 процентов поставок бензина обеспечивается за счет возобновляемого топлива, в первую очередь этанола. RFS устанавливает объемы топлива для различных категорий топлива: дизельное топливо на основе биомассы, передовое биотопливо, целлюлозное биотопливо и возобновляемое топливо в целом. Каждая категория имеет требуемое минимальное сокращение выбросов парниковых газов.

    EPA одобрило биогаз в качестве подходящего целлюлозного сырья в соответствии с RFS в 2014 году.Целлюлозное биотопливо должно на 60 процентов меньше выделять парниковых газов, чем бензин. В настоящее время большая часть объемов целлюлозного топлива обеспечивается за счет использования ГСЧ в качестве моторного топлива. Соблюдение RFS отслеживается с помощью возобновляемых идентификационных номеров (RIN), которыми можно торговать, а RIN для целлюлозного биотоплива могут приносить производителям RNG 40 долларов за MMBtu (по состоянию на сентябрь 2017 года). По словам производителей биогаза, RFS стал важным драйвером инвестиций в отрасль.

    В рамках утверждения биогаза Агентство по охране окружающей среды обновило RFS, чтобы позволить электроэнергии, полученной из биогаза, используемой в качестве автомобильного топлива, претендовать на RIN или «e-RIN».Однако по состоянию на 2017 год Агентство по охране окружающей среды не одобрило ни одного запроса производителей на создание электронных RIN, несмотря на то, что производство биогаза уже превышает текущий спрос на транспортную электроэнергию.


    Фермерский счет Программы

    под названием Energy Bill (IX) Закона о фермерских хозяйствах сыграли решающую роль в росте биогазовой промышленности. В соответствии с Законом о фермерских хозяйствах от 2014 года программа Министерства сельского хозяйства США по биоэнергетике для усовершенствованного биотоплива предусматривает выплаты производителям для содействия производству усовершенствованного биотоплива, полученного из источников, отличных от кукурузного крахмала. В настоящее время программа получает 15 миллионов долларов США в год в виде обязательного финансирования с 20 миллионами долларов США в год в виде дискреционного финансирования до 2018 года.

    С помощью грантов и кредитов REAP на сумму более 500 000 долларов США компания Pennwood Farms смогла установить анаэробный варочный котел в 2011 году. Подстилка из дигестата экономит ферме около 60 000 долларов в год на подстилке, а отходы от 600 молочных коров фермы производят более чем достаточно электроэнергии для удовлетворения потребностей на месте.

    Источник: USDA

    Программа Rural Energy for America (REAP) предоставляет гранты и кредитные гарантии сельскохозяйственным производителям и сельским малым предприятиям для продвижения производства возобновляемой энергии и повышения энергоэффективности. Программа имеет обязательное финансирование в размере 50 миллионов долларов в год до 2018 года и 100 миллионов долларов в виде дискреционных фондов.

    Инициатива по исследованиям и разработкам в области биомассы — это совместная программа Министерства сельского хозяйства США и Министерства энергетики США.С обязательным финансированием в размере 3 млн долларов США в течение 2017 финансового года и 20 млн долларов США в качестве дискреционного финансирования в течение 2018 финансового года Совет по исследованиям и разработкам в области биомассы предоставляет гранты, контракты и финансовую помощь проектам, которые стимулируют исследования и разработки биотоплива и продуктов на биологической основе. Однако финансирование этих программ постоянно сокращается в результате процесса ассигнований.


    Другие программы агентства

    AgSTAR — это совместная программа Агентства по охране окружающей среды, Министерства сельского хозяйства США и Министерства энергетики.Программа продвигает использование анаэробных варочных котлов на животноводческих фермах для сокращения выбросов метана от отходов животноводства. Программа AgSTAR поддерживает планирование и реализацию проектов анаэробных варочных котлов и включает государственных и неправительственных партнеров.

    Программа Агентства по охране окружающей среды по распространению метана на свалках (LMOP) призывает производителей отходов извлекать и использовать биогаз, образующийся из органических отходов на свалках. LMOP формирует партнерские отношения с сообществами, коммунальными службами, владельцами свалок и другими заинтересованными сторонами для оказания технической помощи и поиска финансирования для проектов биогаза на свалках.

     

    Заключение


     

    Биогазовые системы превращают затраты на управление отходами в возможность получения дохода для американских ферм, молочных заводов и промышленных предприятий. Преобразование отходов в электроэнергию, тепло или автомобильное топливо обеспечивает возобновляемый источник энергии, который может снизить зависимость от импорта нефти из-за рубежа, сократить выбросы парниковых газов, улучшить качество окружающей среды и увеличить количество рабочих мест. Биогазовые системы также дают возможность повторно использовать питательные вещества в продуктах питания, снижая потребность как в нефтехимических, так и в минеральных удобрениях.

    Биогазовые системы — это решение для управления отходами, которое решает множество проблем и создает множество преимуществ, включая потоки доходов. В настоящее время Соединенные Штаты могут добавить 13 500 новых биогазовых систем, что обеспечит более 335 000 рабочих мест в строительстве и 23 000 постоянных рабочих мест. Однако для полного раскрытия своего потенциала отрасль нуждается в последовательной политической поддержке. Надежное финансирование программ энергетических титулов Farm Bill и сильный стандарт возобновляемого топлива поощряют инвестиции и инновации в биогазовой отрасли.Если Соединенные Штаты намерены диверсифицировать свои поставки топлива и принять меры против изменения климата, они должны серьезно рассмотреть многие преимущества биогаза.

     

    Автор: Сара Танигава

    Редактор: Джесси Столарк

    Краткий обзор выпуска

    | Смягчение последствий изменения климата и адаптация в портах США (2022 г.

    ) | Белые книги

    Поскольку 90 процентов товаров в мире перевозится морским транспортом, сбои в работе портов могут отразиться на глобальной экономике и цепочках поставок.В результате порты должны повысить свою устойчивость к изменению климата — одной из самых серьезных угроз для операций. В своем плане по адаптации к климату и обеспечению устойчивости прибрежных районов порт порта Лонг-Бич отмечает, что «изменение климата и сильные штормы уже влияют на побережье Южной Калифорнии. Уровень моря будет продолжать повышаться, а частота и сила экстремальных штормов, вероятно, увеличатся. Порт и его арендаторы столкнутся со штормовыми явлениями, которые в большей степени могут повлиять на работу порта.«Порт Лонг-Бич не одинок — все порты будут все чаще подвергаться воздействию сильных штормов и других климатических воздействий, таких как повышение уровня моря и экстремальная жара.

    В то же время сами порты являются крупным источником выбросов парниковых газов и локального загрязнения воздуха. Порты Лос-Анджелеса и Лонг-Бич , которые вместе обрабатывают 40 процентов контейнеров, поступающих в Соединенные Штаты, производят 100 тонн смога каждый день, что превышает ежедневные выбросы шести миллионов автомобилей в регионе Южной Калифорнии.Эти выбросы и загрязняющие вещества не только влияют на климат, но также наносят вред здоровью и окружающей среде припортовых населенных пунктов, многие из которых уже перегружены многочисленными источниками загрязнения. Чтобы способствовать достижению экологической справедливости, необходимо предпринять усилия по сокращению выбросов и загрязняющих веществ из портов.

    В этом выпуске кратко описаны способы, с помощью которых порты могут смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним, на примере портов США, которые уже столкнулись с этими проблемами и используют возможность стать чище и устойчивее.

     

    Текущее состояние выбросов в портах


    В 2019 году три крупнейших порта США — порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси — выбросили более 2,5 млн тонн эквивалента углекислого газа (CO2e). Эта оценка включает выбросы от океанских судов в порту, портовых судов, погрузочно-разгрузочного оборудования, локомотивов и транспортных средств большой грузоподъемности. Другие загрязняющие вещества, выбрасываемые в результате портовых операций, включают твердые частицы (PM), оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), окись углерода (CO) и углеводороды (HC), которые вредны для здоровья человека.

    В последние годы был достигнут прогресс в сокращении выбросов в некоторых портах. Например, усилия по обеспечению устойчивости, такие как переход на виды топлива, которые производят меньше выбросов серы, поставка вырабатываемой на суше электроэнергии судам, пришвартованным в порту (известная как береговое электроснабжение), снижение скорости судов и инвестиции в энергоэффективность, способствовали сокращению выбросов в порту . Лос-Анджелес . Аналогичным образом, в порту Балтимора грузооборот увеличился на 10 процентов в период с 2012 по 2016 год, но общий объем выбросов снизился на 19 процентов, в основном за счет модернизации погрузочно-разгрузочного контейнеры) и оперативные изменения.

    Однако многое еще предстоит сделать для сокращения выбросов парниковых газов в портах и ​​защиты населенных пунктов, расположенных вблизи портов. Сообщества, расположенные рядом с портом, часто представляют собой цветные сообщества или сообщества с низким доходом, и они сталкиваются с более высоким уровнем загрязнения воздуха из портов. Эти сообщества часто перегружены многочисленными источниками загрязнения, от портов до автострад и заводов, что негативно сказывается на их здоровье и может вызвать проблемы с дыханием, рак и преждевременную смерть. Дети, пожилые люди, работники на открытом воздухе и другие чувствительные группы населения особенно уязвимы к этому загрязнению.Многие стратегии, обсуждаемые в этом кратком обзоре, по смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему в портах также принесут пользу сообществам за счет снижения загрязнения, шума и трафика.

     

    Смягчение последствий изменения климата


    Электрификация

    Электрификация предполагает замену двигателей, работающих на ископаемом топливе, таком как бензин или дизельное топливо, на двигатели, работающие на электричестве. В идеале в качестве источника электроэнергии можно использовать возобновляемые источники энергии, что приведет к еще меньшему выбросу парниковых газов.Электрификация портовой техники, такой как грузовые автомобили, краны, вилочные погрузчики и тракторы, снижает загрязнение воздуха и шум, что может помочь смягчить климатический кризис и обеспечить экологическую справедливость для населенных пунктов, расположенных вблизи порта. Электродвигатели также проще и дешевле в обслуживании и заправке. Например, электрические краны сокращают выбросы углекислого газа на 60–80 процентов, а затраты на ремонт на 30 процентов ниже по сравнению с дизельными кранами.

    Порт Саванны предпринял шаги по электрификации.Порт электрифицировал 104 рефрижераторных контейнерных стеллажа, что позволит ежегодно экономить более 5,5 млн галлонов дизельного топлива и сократить выбросы на эквивалент удаления с дороги 12 000 автомобилей. В 2018 году терминал получил разрешение на строительство дополнительных 15 электрических рефрижераторных контейнерных стеллажей, что позволит ежегодно экономить дополнительно 795 000 галлонов дизельного топлива. Кроме того, многие портовые причальные краны — краны, используемые для разгрузки грузов с судов — также были электрифицированы, что в сочетании с электрификацией стеллажей для рефрижераторных контейнеров позволяет избежать использования 7.5 миллионов галлонов дизельного топлива в год.

    Администрация порта Джорджии, в которую входит порт Саванны, также электрифицировала свои козловые краны на резиновых колесах (RTG) — краны, которые перемещают морские контейнеры по порту. Электрические козловые краны потребляют на 95 процентов меньше дизельного топлива, чем стандартные модели, и используют дизельное топливо только для передвижения по порту. Каждый год электрические РИТЭГи в порту устраняют потребность в 700 000 галлонов дизельного топлива, что эквивалентно снятию с дорог 1550 пассажирских транспортных средств, и экономит администрации порта Джорджии 2 доллара.2 миллиона затрат на топливо.
     

    Береговое электроснабжение

    Суда в порту, известные как суда у причала, часто являются крупнейшим источником выбросов парниковых газов в портах. Береговые энергетические установки Электрические соединения, доступные для судов, стоящих у причала, которые позволяют отключать их двигатели, когда они находятся в порту , могут снизить загрязнение воздуха от пришвартованных судов до 98 процентов. Береговое питание одного контейнеровоза в течение одного дня снижает загрязнение окружающей среды на целых 33 000 автомобилей в день.Благодаря своей инициативе по береговому электроснабжению, программе «Альтернативная морская энергетика», порт Лос-Анджелеса установил 79 устройств берегового электроснабжения, больше, чем любой другой порт в мире.

    В 2007 году в Калифорнии был принят регламент «Океанские суда у причала », направленный на сокращение выбросов в портах. С 2014 года постановление помогло калифорнийским портам добиться 80-процентного сокращения выбросов от стоящих у причала судов, требуя, чтобы некоторые суда использовали береговое питание или выключали двигатели в порту. В 2020 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) утвердил положение о мерах контроля для морских судов у причала , которое расширяет правило 2007 года и требует, чтобы все суда, заходящие в порты Калифорнии, использовали береговую энергию или другие одобренные CARB технологии контроля выбросов. . По оценкам CARB, новое правило предотвратит 237 преждевременных смертей, 75 посещений больниц и 122 обращения в отделение неотложной помощи, сэкономив более 2,3 миллиарда долларов на расходах на здравоохранение. По оценкам CARB, после того, как новое правило будет полностью реализовано, риск развития рака в районах, расположенных вблизи портов Лос-Анджелеса, Лонг-Бич и Ричмонда, снизится на 55 процентов.
     

    Программы замены грузовиков

    В трех крупнейших портах США — портах Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, Нью-Йорка и Нью-Джерси — в 2019 году большегрузные автомобили произвели выбросы, эквивалентные более чем одному миллиону тонн углекислого газа. По всей стране , большегрузные транспортные средства в портах являются значительным источником выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, таких как твердые частицы и оксиды азота, которые способствуют климатическому кризису и влияют на здоровье населения, проживающего вблизи порта.Чтобы уменьшить эти выбросы, некоторые порты внедрили программы замены грузовиков, заменив старые тягачи моделями с более чистым горением и более эффективными двигателями.

    Программа поощрения замены экологически чистых грузовиков в порту Нового Орлеана (Clean TRIP) началась в 2016 г. и позволила заменить 58 дизельных дрелейных грузовиков на автомобили с более чистым горением, что привело к сокращению выбросов мелких твердых частиц на 96 %. (PM2.5) выбросы. Новые грузовики были куплены за счет средств Департамента качества окружающей среды штата Луизиана и Агентства по охране окружающей среды (EPA). Точно так же инициатива порта Саванны по чистым грузовикам, финансируемая за счет гранта Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA), заменила 30 старых, менее эффективных грузовиков. Замена грузовиков предотвратит выброс в атмосферу 1200 тонн оксидов азота, 56 тонн твердых частиц 2,5, 62 тонн углеводородов и 409 тонн окиси углерода.

    Несмотря на то, что эти программы являются шагом на пути к более устойчивому транспорту в портах, электрические грузовики могут помочь еще больше сократить выбросы и загрязнение воздуха. В июле 2021 года порт Окленда начал демонстрационный проект электрических грузовиков и представил 10 электрических грузовиков, пополнив существующий парк порта из 17 электрических грузовиков. Финансирование проекта было обеспечено в рамках калифорнийской программы грузовых перевозок с нулевыми и почти нулевыми выбросами. Порт также инвестировал 1,7 миллиона долларов в строительство 10 электрозарядных станций.
     

    Возобновляемая энергия

    Большие здания и открытые пространства делают порты подходящими кандидатами на использование возобновляемых источников энергии, чаще всего солнечной. Производство возобновляемой энергии в портах может снизить потребность в ископаемом топливе, тем самым уменьшив выбросы и загрязнение воздуха. В порту Сиэтла установлены солнечные панели, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 2,2 тонны, производят 120 000 киловатт-часов энергии и ежегодно экономят более 10 000 долларов на расходах, связанных с энергетикой. Порт Лос-Анджелеса — , в котором уже установлено три мегаватта солнечных батарей , в настоящее время устанавливает дополнительные солнечные панели, которые, как ожидается, обеспечат одну шестую часть общей потребности порта в электроэнергии.В порту Лонг-Бич также установлены солнечные батареи, установленные в 2016 году, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 1000 тонн в год.
     

    Энергоэффективность

    Энергоэффективность также играет ключевую роль в смягчении воздействия портов на климат. Новые постройки в порту Майами сертифицированы как минимум на серебряный уровень Лидерства в энергетическом и экологическом дизайне (LEED), который требует, чтобы здания соответствовали определенным стандартам устойчивости.В 2012 году в порту Майами также установили белый отражающий кровельный материал, который служит технологией пассивного охлаждения зданий. Аналогичным образом, в Port of Savannah были установлены элементы управления освещением и светильники, которые снизили световое загрязнение и потребление энергии на 60 процентов.
     

    Операции

    Порты также могут модифицировать свою работу, чтобы сократить потери энергии. Например, использование барж или железной дороги для перевозки грузов более эффективно, чем использование грузовиков: один галлон топлива может перевезти одну тонну груза на 647 миль на барже, на 477 миль по железной дороге и на 145 миль на грузовике. Процесс выгрузки грузов на наземные виды транспорта также можно сделать более эффективным. Например, порт Цинциннати переместил свои грузовые и железнодорожные погрузочные площадки, чтобы свести к минимуму частоту обработки грузов в порту, а также отдать предпочтение железнодорожным перевозкам, а не грузовым автомобилям.

    Хотя автоперевозки нельзя полностью исключить из портовых операций, их можно сделать более эффективными. В портах Port of Miami и Port of Oakland установлены электронные ворота безопасности, которые открываются быстрее, чем ворота с ручным управлением, чтобы свести к минимуму простои грузовиков и сократить расход топлива, сокращая ненужные выбросы.В 2019 году порт Окленда опубликовал план по дальнейшему сокращению простоев грузовиков за счет реорганизации расположения железных дорог вокруг порта для уменьшения заторов. Это также принесет дополнительную выгоду в виде снижения загрязнения воздуха и шума для тех, кто живет и работает рядом с портом.

     

    Адаптация к изменению климата


    Влияние климата все больше влияет на деятельность портов. В результате порты должны учитывать свою краткосрочную и долгосрочную уязвимость к изменению климата при планировании на будущее.Во многих случаях потребуется инфраструктура для защиты портов от наводнений и повышения уровня моря.


     

    Серая инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Береговая линия и защита от наводнений бывают двух видов: серая инфраструктура и природные решения. Серая инфраструктура — это жесткая, созданная людьми инфраструктура, тогда как природные решения включают зеленую и природную инфраструктуру (как обсуждается в разделе ниже).Многие порты используют серую инфраструктуру, в том числе гасители волн, такие как переборки и дамбы, для борьбы с повышением уровня моря, наводнениями и усилением воздействия волн из-за экстремальных погодных условий. В своем Плане адаптации к изменению климата и устойчивости прибрежных районов , порт Лонг-Бич определяет несколько стратегий адаптации к изменению климата, ориентированных на серую инфраструктуру, включая установку бетонных барьерных стен для защиты от наводнений.

    Некоторые твердые конструкции могут быть построены с использованием специальных строительных материалов, улучшающих среду обитания.В 2021 году порт Сан-Диего запустил трехлетний пилотный проект с экоинженерной компанией ECOncrete по развитию береговой линии и эрозионной инфраструктуры, которые обеспечат ценность среды обитания. Порт надеется, что экологически чувствительные бетонные решения ECOncrete приведут к стабилизации береговой линии, предотвращению прибрежных наводнений и улучшению среды обитания.
     

    Природная инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Исследования показали, что природная инфраструктура, такая как водно-болотные угодья, рифы, живые береговые линии (подход к борьбе с эрозией береговой линии с использованием природных материалов, таких как растения, камни и песок), прибрежные дюны и мангровые заросли, могут быть столь же эффективными, и часто более эффективны, чем серая инфраструктура, для защиты портов от климатических воздействий. Природные решения также обеспечивают дополнительные преимущества смягчения последствий изменения климата, поддержки биоразнообразия растений и животных и улучшения качества воды, а также позволяют избежать использования углеродоемких материалов, таких как бетон, цемент и сталь.

    Порт Майами восстановил 40 акров мангровых зарослей в государственном парке Олета-Ривер, посадил деревья в порту и переместил кораллы в специально отведенную зону обитания кораллов на территории порта, что повышает устойчивость порта к изменению климата и поддерживает среду обитания диких животных.В отчете № об оценке уязвимости к повышению уровня моря в 2019 году и обеспечении устойчивости прибрежных районов порта Сан-Диего рассматривались живые береговые линии и живые волнорезы как подходы к защите береговых линий от эрозии и уменьшению воздействия волн. Помимо волнорезов, зеленая и природная инфраструктура, такая как затопляемые парки, биозалежи и дождевые сады, может предотвратить повреждение зданий от наводнений в экстремальных погодных условиях, а также обеспечить среду обитания для растений и животных. Например, в порту Портленда были установлены дождевые сады и болота с растительностью в качестве зеленой инфраструктуры для управления ливневыми стоками.
     

    Ливневая вода

    Эффективное управление ливневыми стоками имеет решающее значение для защиты портов от более частых и сильных штормов и экстремальных погодных явлений, вызванных изменением климата. Ливневые стоки могут собирать загрязняющие вещества с мощеных поверхностей в портах и ​​влиять на качество воды, оставляя их в океане или других водоемах без очистки. Используя грант Transportation Investment Generator Economic Recovery (TIGER), в порту Балтимора была установлена ​​бетонная система управления ливневыми стоками для удержания большого количества воды во время сильных дождей.Грант TIGER также позволил поднять некоторые важные активы порта, повысив его устойчивость к повышению уровня моря.

    Другие порты использовали природные решения для очистки ливневых вод. Порт Сиэтла использует раковины устриц в водосборных бассейнах для ливневых вод, чтобы увеличить количество растворенного кальция и магния в воде и удалить медь. Администрация порта Джорджии создала девять акров водно-болотных угодий, которые ежегодно очищают 100 миллионов галлонов ливневых вод и обеспечивают среду обитания для растений и животных.Сокращение количества загрязнителей воды, связанных с портами, также может улучшить состояние окружающих водных экосистем. Порт Сан-Диего обнаружил, что краска корпуса выделяет медь в водные пути, что влияет на морскую экосистему порта. Благодаря программам перекраски и очистки порт уменьшил содержание меди в воде на 45 процентов.
     

    Дноуглубительные работы

    В некоторых случаях для повышения устойчивости к климатическим воздействиям можно использовать вынутый грунт. По данным Инженерного корпуса армии США, который обслуживает водные пути в Соединенных Штатах, растет спрос на дноуглубительные работы и дноуглубительные материалы для восстановления берегов и обслуживания каналов.

    Основные каналы в Чесапикском заливе и Порт Балтимора поддерживаются на глубине 50 футов, что требует от Администрации порта Мэриленда и Инженерного корпуса армии вывозить около 5 миллионов кубических ярдов дноуглубительного материала каждый год. Порты все чаще используют этот добытый грунт для полезных целей (например, для применения в воде, например, для питания пляжей) и инновационного повторного использования (например, для наземных применений, таких как очистка старых месторождений). Например, администрация порта Мэриленда использует дноуглубительные материалы для восстановления ранее подвергшегося эрозии острова Тополь в Чесапикском заливе, что помогло восстановить среду обитания диких животных и обеспечить защиту береговой линии.Однако дноуглубительные работы и использование дноуглубительных материалов могут иметь негативные последствия для экосистемы, которые необходимо контролировать. Дноуглубительные работы могут привести к осаждению морских трав и кораллов, увеличению мутности и нарушению жизни рыб и других водных организмов. Например, дноуглубительные работы в порту Майами привели к массовой гибели кораллов, когда близлежащие рифы были покрыты отложениями.

     

    Портовые ресурсы планирования и политики


    Порты, которые принимают меры по сокращению выбросов парниковых газов, адаптации к климатическим воздействиям и решению проблем качества окружающей среды, разработали методы и ресурсы для выполнения этой работы.Внешние организации также разработали программы для поддержки устойчивого развития в портах.
     

    Планы адаптации и инвентаризация выбросов

    Некоторые порты США разрабатывают планы смягчения последствий изменения климата, обеспечения устойчивости и адаптации или обновляют существующие. Например, в 2019 году порт Сан-Диего выпустил Отчет об оценке уязвимости к повышению уровня моря и устойчивости прибрежных районов для оценки воздействия на климат. Port of Seattle является частью альянса под названием Washington Maritime Blue, целью которого является ускорение «голубой» экономики и обеспечение устойчивости морской отрасли штата Вашингтон.

    Некоторые порты в США создают, а затем обновляют кадастры выбросов. По данным Агентства по охране окружающей среды, 13 портов США составляют кадастры выбросов парниковых газов, и семь из них установили цели по сокращению выбросов. Порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси подготовили самые последние и последовательные кадастры выбросов.
     

    Федеральные ресурсы для устойчивого развития портов

    Инициатива EPA Ports работает с U.S. порты и местные сообщества для улучшения экологических показателей. Программа предоставляет технические ресурсы, такие как руководства по созданию кадастров выбросов портов, а также наборы инструментов и ресурсы для развития сотрудничества между сообществом и портами. Инициатива портов в настоящее время реализует пилотные проекты в четырех портах для оказания технической помощи для сотрудничества сообщества.

    Кроме того, EPA Ports Initiative предоставляет список нескольких федеральных, государственных, местных и частных возможностей финансирования портов и припортовых населенных пунктов для сокращения выбросов и улучшения состояния окружающей среды. Возможности федерального финансирования для обеспечения устойчивости портов включают программу финансирования EPA Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA) и программу дискреционных грантов Министерства транспорта по восстановлению американской инфраструктуры с учетом устойчивости и справедливости (RAISE) (ранее известная как TIGER или BUILD). По данным EPA, 26 портов получили федеральные гранты DERA на сокращение выбросов.
     

    Международные программы устойчивого развития портов

    Существует множество международных программ, призванных помочь портам достичь своих целей в области устойчивого развития и привлечь их к ответственности.Программа Green Marine — это добровольная экологическая сертификация для морской промышленности Северной Америки, основанная на 14 показателях эффективности, которые оценивают загрязнение воздуха, воды и земли. Другая программа, Всемирная программа устойчивого развития портов, руководствуется 17 целями устойчивого развития Организации Объединенных Наций и направлена ​​на повышение устойчивости портов во всем мире.

     

    Для получения дополнительной информации о портах см. брифинг EESI «Порты на пути к смягчению последствий и обеспечению устойчивости» .

     

    Авторы: Саванна Бертран и Бриджит Уильямс

    Автор: Кэтрин Кнейпер

    Редактор: Анна МакГинн

    Графика: Эмма Джонсон

     

    Для сносок, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого краткого изложения.

    Краткий обзор выпуска

    | Смягчение последствий изменения климата и адаптация в портах США (2022 г.) | Белые книги

    Поскольку 90 процентов товаров в мире перевозится морским транспортом, сбои в работе портов могут отразиться на глобальной экономике и цепочках поставок.В результате порты должны повысить свою устойчивость к изменению климата — одной из самых серьезных угроз для операций. В своем плане по адаптации к климату и обеспечению устойчивости прибрежных районов порт порта Лонг-Бич отмечает, что «изменение климата и сильные штормы уже влияют на побережье Южной Калифорнии. Уровень моря будет продолжать повышаться, а частота и сила экстремальных штормов, вероятно, увеличатся. Порт и его арендаторы столкнутся со штормовыми явлениями, которые в большей степени могут повлиять на работу порта.«Порт Лонг-Бич не одинок — все порты будут все чаще подвергаться воздействию сильных штормов и других климатических воздействий, таких как повышение уровня моря и экстремальная жара.

    В то же время сами порты являются крупным источником выбросов парниковых газов и локального загрязнения воздуха. Порты Лос-Анджелеса и Лонг-Бич , которые вместе обрабатывают 40 процентов контейнеров, поступающих в Соединенные Штаты, производят 100 тонн смога каждый день, что превышает ежедневные выбросы шести миллионов автомобилей в регионе Южной Калифорнии. Эти выбросы и загрязняющие вещества не только влияют на климат, но также наносят вред здоровью и окружающей среде припортовых населенных пунктов, многие из которых уже перегружены многочисленными источниками загрязнения. Чтобы способствовать достижению экологической справедливости, необходимо предпринять усилия по сокращению выбросов и загрязняющих веществ из портов.

    В этом выпуске кратко описаны способы, с помощью которых порты могут смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним, на примере портов США, которые уже столкнулись с этими проблемами и используют возможность стать чище и устойчивее.

     

    Текущее состояние выбросов в портах


    В 2019 году три крупнейших порта США — порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси — выбросили более 2,5 млн тонн эквивалента углекислого газа (CO2e). Эта оценка включает выбросы от океанских судов в порту, портовых судов, погрузочно-разгрузочного оборудования, локомотивов и транспортных средств большой грузоподъемности. Другие загрязняющие вещества, выбрасываемые в результате портовых операций, включают твердые частицы (PM), оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), окись углерода (CO) и углеводороды (HC), которые вредны для здоровья человека.

    В последние годы был достигнут прогресс в сокращении выбросов в некоторых портах. Например, усилия по обеспечению устойчивости, такие как переход на виды топлива, которые производят меньше выбросов серы, поставка вырабатываемой на суше электроэнергии судам, пришвартованным в порту (известная как береговое электроснабжение), снижение скорости судов и инвестиции в энергоэффективность, способствовали сокращению выбросов в порту . Лос-Анджелес . Аналогичным образом, в порту Балтимора грузооборот увеличился на 10 процентов в период с 2012 по 2016 год, но общий объем выбросов снизился на 19 процентов, в основном за счет модернизации погрузочно-разгрузочного контейнеры) и оперативные изменения.

    Однако многое еще предстоит сделать для сокращения выбросов парниковых газов в портах и ​​защиты населенных пунктов, расположенных вблизи портов. Сообщества, расположенные рядом с портом, часто представляют собой цветные сообщества или сообщества с низким доходом, и они сталкиваются с более высоким уровнем загрязнения воздуха из портов. Эти сообщества часто перегружены многочисленными источниками загрязнения, от портов до автострад и заводов, что негативно сказывается на их здоровье и может вызвать проблемы с дыханием, рак и преждевременную смерть. Дети, пожилые люди, работники на открытом воздухе и другие чувствительные группы населения особенно уязвимы к этому загрязнению.Многие стратегии, обсуждаемые в этом кратком обзоре, по смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему в портах также принесут пользу сообществам за счет снижения загрязнения, шума и трафика.

     

    Смягчение последствий изменения климата


    Электрификация

    Электрификация предполагает замену двигателей, работающих на ископаемом топливе, таком как бензин или дизельное топливо, на двигатели, работающие на электричестве. В идеале в качестве источника электроэнергии можно использовать возобновляемые источники энергии, что приведет к еще меньшему выбросу парниковых газов.Электрификация портовой техники, такой как грузовые автомобили, краны, вилочные погрузчики и тракторы, снижает загрязнение воздуха и шум, что может помочь смягчить климатический кризис и обеспечить экологическую справедливость для населенных пунктов, расположенных вблизи порта. Электродвигатели также проще и дешевле в обслуживании и заправке. Например, электрические краны сокращают выбросы углекислого газа на 60–80 процентов, а затраты на ремонт на 30 процентов ниже по сравнению с дизельными кранами.

    Порт Саванны предпринял шаги по электрификации.Порт электрифицировал 104 рефрижераторных контейнерных стеллажа, что позволит ежегодно экономить более 5,5 млн галлонов дизельного топлива и сократить выбросы на эквивалент удаления с дороги 12 000 автомобилей. В 2018 году терминал получил разрешение на строительство дополнительных 15 электрических рефрижераторных контейнерных стеллажей, что позволит ежегодно экономить дополнительно 795 000 галлонов дизельного топлива. Кроме того, многие портовые причальные краны — краны, используемые для разгрузки грузов с судов — также были электрифицированы, что в сочетании с электрификацией стеллажей для рефрижераторных контейнеров позволяет избежать использования 7.5 миллионов галлонов дизельного топлива в год.

    Администрация порта Джорджии, в которую входит порт Саванны, также электрифицировала свои козловые краны на резиновых колесах (RTG) — краны, которые перемещают морские контейнеры по порту. Электрические козловые краны потребляют на 95 процентов меньше дизельного топлива, чем стандартные модели, и используют дизельное топливо только для передвижения по порту. Каждый год электрические РИТЭГи в порту устраняют потребность в 700 000 галлонов дизельного топлива, что эквивалентно снятию с дорог 1550 пассажирских транспортных средств, и экономит администрации порта Джорджии 2 доллара.2 миллиона затрат на топливо.
     

    Береговое электроснабжение

    Суда в порту, известные как суда у причала, часто являются крупнейшим источником выбросов парниковых газов в портах. Береговые энергетические установки Электрические соединения, доступные для судов, стоящих у причала, которые позволяют отключать их двигатели, когда они находятся в порту , могут снизить загрязнение воздуха от пришвартованных судов до 98 процентов. Береговое питание одного контейнеровоза в течение одного дня снижает загрязнение окружающей среды на целых 33 000 автомобилей в день.Благодаря своей инициативе по береговому электроснабжению, программе «Альтернативная морская энергетика», порт Лос-Анджелеса установил 79 устройств берегового электроснабжения, больше, чем любой другой порт в мире.

    В 2007 году в Калифорнии был принят регламент «Океанские суда у причала », направленный на сокращение выбросов в портах. С 2014 года постановление помогло калифорнийским портам добиться 80-процентного сокращения выбросов от стоящих у причала судов, требуя, чтобы некоторые суда использовали береговое питание или выключали двигатели в порту. В 2020 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) утвердил положение о мерах контроля для морских судов у причала , которое расширяет правило 2007 года и требует, чтобы все суда, заходящие в порты Калифорнии, использовали береговую энергию или другие одобренные CARB технологии контроля выбросов. . По оценкам CARB, новое правило предотвратит 237 преждевременных смертей, 75 посещений больниц и 122 обращения в отделение неотложной помощи, сэкономив более 2,3 миллиарда долларов на расходах на здравоохранение. По оценкам CARB, после того, как новое правило будет полностью реализовано, риск развития рака в районах, расположенных вблизи портов Лос-Анджелеса, Лонг-Бич и Ричмонда, снизится на 55 процентов.
     

    Программы замены грузовиков

    В трех крупнейших портах США — портах Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, Нью-Йорка и Нью-Джерси — в 2019 году большегрузные автомобили произвели выбросы, эквивалентные более чем одному миллиону тонн углекислого газа. По всей стране , большегрузные транспортные средства в портах являются значительным источником выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, таких как твердые частицы и оксиды азота, которые способствуют климатическому кризису и влияют на здоровье населения, проживающего вблизи порта.Чтобы уменьшить эти выбросы, некоторые порты внедрили программы замены грузовиков, заменив старые тягачи моделями с более чистым горением и более эффективными двигателями.

    Программа поощрения замены экологически чистых грузовиков в порту Нового Орлеана (Clean TRIP) началась в 2016 г. и позволила заменить 58 дизельных дрелейных грузовиков на автомобили с более чистым горением, что привело к сокращению выбросов мелких твердых частиц на 96 %. (PM2.5) выбросы. Новые грузовики были куплены за счет средств Департамента качества окружающей среды штата Луизиана и Агентства по охране окружающей среды (EPA). Точно так же инициатива порта Саванны по чистым грузовикам, финансируемая за счет гранта Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA), заменила 30 старых, менее эффективных грузовиков. Замена грузовиков предотвратит выброс в атмосферу 1200 тонн оксидов азота, 56 тонн твердых частиц 2,5, 62 тонн углеводородов и 409 тонн окиси углерода.

    Несмотря на то, что эти программы являются шагом на пути к более устойчивому транспорту в портах, электрические грузовики могут помочь еще больше сократить выбросы и загрязнение воздуха. В июле 2021 года порт Окленда начал демонстрационный проект электрических грузовиков и представил 10 электрических грузовиков, пополнив существующий парк порта из 17 электрических грузовиков. Финансирование проекта было обеспечено в рамках калифорнийской программы грузовых перевозок с нулевыми и почти нулевыми выбросами. Порт также инвестировал 1,7 миллиона долларов в строительство 10 электрозарядных станций.
     

    Возобновляемая энергия

    Большие здания и открытые пространства делают порты подходящими кандидатами на использование возобновляемых источников энергии, чаще всего солнечной. Производство возобновляемой энергии в портах может снизить потребность в ископаемом топливе, тем самым уменьшив выбросы и загрязнение воздуха. В порту Сиэтла установлены солнечные панели, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 2,2 тонны, производят 120 000 киловатт-часов энергии и ежегодно экономят более 10 000 долларов на расходах, связанных с энергетикой. Порт Лос-Анджелеса — , в котором уже установлено три мегаватта солнечных батарей , в настоящее время устанавливает дополнительные солнечные панели, которые, как ожидается, обеспечат одну шестую часть общей потребности порта в электроэнергии.В порту Лонг-Бич также установлены солнечные батареи, установленные в 2016 году, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 1000 тонн в год.
     

    Энергоэффективность

    Энергоэффективность также играет ключевую роль в смягчении воздействия портов на климат. Новые постройки в порту Майами сертифицированы как минимум на серебряный уровень Лидерства в энергетическом и экологическом дизайне (LEED), который требует, чтобы здания соответствовали определенным стандартам устойчивости.В 2012 году в порту Майами также установили белый отражающий кровельный материал, который служит технологией пассивного охлаждения зданий. Аналогичным образом, в Port of Savannah были установлены элементы управления освещением и светильники, которые снизили световое загрязнение и потребление энергии на 60 процентов.
     

    Операции

    Порты также могут модифицировать свою работу, чтобы сократить потери энергии. Например, использование барж или железной дороги для перевозки грузов более эффективно, чем использование грузовиков: один галлон топлива может перевезти одну тонну груза на 647 миль на барже, на 477 миль по железной дороге и на 145 миль на грузовике. Процесс выгрузки грузов на наземные виды транспорта также можно сделать более эффективным. Например, порт Цинциннати переместил свои грузовые и железнодорожные погрузочные площадки, чтобы свести к минимуму частоту обработки грузов в порту, а также отдать предпочтение железнодорожным перевозкам, а не грузовым автомобилям.

    Хотя автоперевозки нельзя полностью исключить из портовых операций, их можно сделать более эффективными. В портах Port of Miami и Port of Oakland установлены электронные ворота безопасности, которые открываются быстрее, чем ворота с ручным управлением, чтобы свести к минимуму простои грузовиков и сократить расход топлива, сокращая ненужные выбросы.В 2019 году порт Окленда опубликовал план по дальнейшему сокращению простоев грузовиков за счет реорганизации расположения железных дорог вокруг порта для уменьшения заторов. Это также принесет дополнительную выгоду в виде снижения загрязнения воздуха и шума для тех, кто живет и работает рядом с портом.

     

    Адаптация к изменению климата


    Влияние климата все больше влияет на деятельность портов. В результате порты должны учитывать свою краткосрочную и долгосрочную уязвимость к изменению климата при планировании на будущее.Во многих случаях потребуется инфраструктура для защиты портов от наводнений и повышения уровня моря.


     

    Серая инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Береговая линия и защита от наводнений бывают двух видов: серая инфраструктура и природные решения. Серая инфраструктура — это жесткая, созданная людьми инфраструктура, тогда как природные решения включают зеленую и природную инфраструктуру (как обсуждается в разделе ниже).Многие порты используют серую инфраструктуру, в том числе гасители волн, такие как переборки и дамбы, для борьбы с повышением уровня моря, наводнениями и усилением воздействия волн из-за экстремальных погодных условий. В своем Плане адаптации к изменению климата и устойчивости прибрежных районов , порт Лонг-Бич определяет несколько стратегий адаптации к изменению климата, ориентированных на серую инфраструктуру, включая установку бетонных барьерных стен для защиты от наводнений.

    Некоторые твердые конструкции могут быть построены с использованием специальных строительных материалов, улучшающих среду обитания.В 2021 году порт Сан-Диего запустил трехлетний пилотный проект с экоинженерной компанией ECOncrete по развитию береговой линии и эрозионной инфраструктуры, которые обеспечат ценность среды обитания. Порт надеется, что экологически чувствительные бетонные решения ECOncrete приведут к стабилизации береговой линии, предотвращению прибрежных наводнений и улучшению среды обитания.
     

    Природная инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Исследования показали, что природная инфраструктура, такая как водно-болотные угодья, рифы, живые береговые линии (подход к борьбе с эрозией береговой линии с использованием природных материалов, таких как растения, камни и песок), прибрежные дюны и мангровые заросли, могут быть столь же эффективными, и часто более эффективны, чем серая инфраструктура, для защиты портов от климатических воздействий. Природные решения также обеспечивают дополнительные преимущества смягчения последствий изменения климата, поддержки биоразнообразия растений и животных и улучшения качества воды, а также позволяют избежать использования углеродоемких материалов, таких как бетон, цемент и сталь.

    Порт Майами восстановил 40 акров мангровых зарослей в государственном парке Олета-Ривер, посадил деревья в порту и переместил кораллы в специально отведенную зону обитания кораллов на территории порта, что повышает устойчивость порта к изменению климата и поддерживает среду обитания диких животных.В отчете № об оценке уязвимости к повышению уровня моря в 2019 году и обеспечении устойчивости прибрежных районов порта Сан-Диего рассматривались живые береговые линии и живые волнорезы как подходы к защите береговых линий от эрозии и уменьшению воздействия волн. Помимо волнорезов, зеленая и природная инфраструктура, такая как затопляемые парки, биозалежи и дождевые сады, может предотвратить повреждение зданий от наводнений в экстремальных погодных условиях, а также обеспечить среду обитания для растений и животных. Например, в порту Портленда были установлены дождевые сады и болота с растительностью в качестве зеленой инфраструктуры для управления ливневыми стоками.
     

    Ливневая вода

    Эффективное управление ливневыми стоками имеет решающее значение для защиты портов от более частых и сильных штормов и экстремальных погодных явлений, вызванных изменением климата. Ливневые стоки могут собирать загрязняющие вещества с мощеных поверхностей в портах и ​​влиять на качество воды, оставляя их в океане или других водоемах без очистки. Используя грант Transportation Investment Generator Economic Recovery (TIGER), в порту Балтимора была установлена ​​бетонная система управления ливневыми стоками для удержания большого количества воды во время сильных дождей.Грант TIGER также позволил поднять некоторые важные активы порта, повысив его устойчивость к повышению уровня моря.

    Другие порты использовали природные решения для очистки ливневых вод. Порт Сиэтла использует раковины устриц в водосборных бассейнах для ливневых вод, чтобы увеличить количество растворенного кальция и магния в воде и удалить медь. Администрация порта Джорджии создала девять акров водно-болотных угодий, которые ежегодно очищают 100 миллионов галлонов ливневых вод и обеспечивают среду обитания для растений и животных.Сокращение количества загрязнителей воды, связанных с портами, также может улучшить состояние окружающих водных экосистем. Порт Сан-Диего обнаружил, что краска корпуса выделяет медь в водные пути, что влияет на морскую экосистему порта. Благодаря программам перекраски и очистки порт уменьшил содержание меди в воде на 45 процентов.
     

    Дноуглубительные работы

    В некоторых случаях для повышения устойчивости к климатическим воздействиям можно использовать вынутый грунт. По данным Инженерного корпуса армии США, который обслуживает водные пути в Соединенных Штатах, растет спрос на дноуглубительные работы и дноуглубительные материалы для восстановления берегов и обслуживания каналов.

    Основные каналы в Чесапикском заливе и Порт Балтимора поддерживаются на глубине 50 футов, что требует от Администрации порта Мэриленда и Инженерного корпуса армии вывозить около 5 миллионов кубических ярдов дноуглубительного материала каждый год. Порты все чаще используют этот добытый грунт для полезных целей (например, для применения в воде, например, для питания пляжей) и инновационного повторного использования (например, для наземных применений, таких как очистка старых месторождений). Например, администрация порта Мэриленда использует дноуглубительные материалы для восстановления ранее подвергшегося эрозии острова Тополь в Чесапикском заливе, что помогло восстановить среду обитания диких животных и обеспечить защиту береговой линии.Однако дноуглубительные работы и использование дноуглубительных материалов могут иметь негативные последствия для экосистемы, которые необходимо контролировать. Дноуглубительные работы могут привести к осаждению морских трав и кораллов, увеличению мутности и нарушению жизни рыб и других водных организмов. Например, дноуглубительные работы в порту Майами привели к массовой гибели кораллов, когда близлежащие рифы были покрыты отложениями.

     

    Портовые ресурсы планирования и политики


    Порты, которые принимают меры по сокращению выбросов парниковых газов, адаптации к климатическим воздействиям и решению проблем качества окружающей среды, разработали методы и ресурсы для выполнения этой работы.Внешние организации также разработали программы для поддержки устойчивого развития в портах.
     

    Планы адаптации и инвентаризация выбросов

    Некоторые порты США разрабатывают планы смягчения последствий изменения климата, обеспечения устойчивости и адаптации или обновляют существующие. Например, в 2019 году порт Сан-Диего выпустил Отчет об оценке уязвимости к повышению уровня моря и устойчивости прибрежных районов для оценки воздействия на климат. Port of Seattle является частью альянса под названием Washington Maritime Blue, целью которого является ускорение «голубой» экономики и обеспечение устойчивости морской отрасли штата Вашингтон.

    Некоторые порты в США создают, а затем обновляют кадастры выбросов. По данным Агентства по охране окружающей среды, 13 портов США составляют кадастры выбросов парниковых газов, и семь из них установили цели по сокращению выбросов. Порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси подготовили самые последние и последовательные кадастры выбросов.
     

    Федеральные ресурсы для устойчивого развития портов

    Инициатива EPA Ports работает с U.S. порты и местные сообщества для улучшения экологических показателей. Программа предоставляет технические ресурсы, такие как руководства по созданию кадастров выбросов портов, а также наборы инструментов и ресурсы для развития сотрудничества между сообществом и портами. Инициатива портов в настоящее время реализует пилотные проекты в четырех портах для оказания технической помощи для сотрудничества сообщества.

    Кроме того, EPA Ports Initiative предоставляет список нескольких федеральных, государственных, местных и частных возможностей финансирования портов и припортовых населенных пунктов для сокращения выбросов и улучшения состояния окружающей среды. Возможности федерального финансирования для обеспечения устойчивости портов включают программу финансирования EPA Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA) и программу дискреционных грантов Министерства транспорта по восстановлению американской инфраструктуры с учетом устойчивости и справедливости (RAISE) (ранее известная как TIGER или BUILD). По данным EPA, 26 портов получили федеральные гранты DERA на сокращение выбросов.
     

    Международные программы устойчивого развития портов

    Существует множество международных программ, призванных помочь портам достичь своих целей в области устойчивого развития и привлечь их к ответственности.Программа Green Marine — это добровольная экологическая сертификация для морской промышленности Северной Америки, основанная на 14 показателях эффективности, которые оценивают загрязнение воздуха, воды и земли. Другая программа, Всемирная программа устойчивого развития портов, руководствуется 17 целями устойчивого развития Организации Объединенных Наций и направлена ​​на повышение устойчивости портов во всем мире.

     

    Для получения дополнительной информации о портах см. брифинг EESI «Порты на пути к смягчению последствий и обеспечению устойчивости» .

     

    Авторы: Саванна Бертран и Бриджит Уильямс

    Автор: Кэтрин Кнейпер

    Редактор: Анна МакГинн

    Графика: Эмма Джонсон

     

    Для сносок, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого краткого изложения.

    Краткий обзор выпуска

    | Смягчение последствий изменения климата и адаптация в портах США (2022 г.) | Белые книги

    Поскольку 90 процентов товаров в мире перевозится морским транспортом, сбои в работе портов могут отразиться на глобальной экономике и цепочках поставок.В результате порты должны повысить свою устойчивость к изменению климата — одной из самых серьезных угроз для операций. В своем плане по адаптации к климату и обеспечению устойчивости прибрежных районов порт порта Лонг-Бич отмечает, что «изменение климата и сильные штормы уже влияют на побережье Южной Калифорнии. Уровень моря будет продолжать повышаться, а частота и сила экстремальных штормов, вероятно, увеличатся. Порт и его арендаторы столкнутся со штормовыми явлениями, которые в большей степени могут повлиять на работу порта.«Порт Лонг-Бич не одинок — все порты будут все чаще подвергаться воздействию сильных штормов и других климатических воздействий, таких как повышение уровня моря и экстремальная жара.

    В то же время сами порты являются крупным источником выбросов парниковых газов и локального загрязнения воздуха. Порты Лос-Анджелеса и Лонг-Бич , которые вместе обрабатывают 40 процентов контейнеров, поступающих в Соединенные Штаты, производят 100 тонн смога каждый день, что превышает ежедневные выбросы шести миллионов автомобилей в регионе Южной Калифорнии. Эти выбросы и загрязняющие вещества не только влияют на климат, но также наносят вред здоровью и окружающей среде припортовых населенных пунктов, многие из которых уже перегружены многочисленными источниками загрязнения. Чтобы способствовать достижению экологической справедливости, необходимо предпринять усилия по сокращению выбросов и загрязняющих веществ из портов.

    В этом выпуске кратко описаны способы, с помощью которых порты могут смягчить последствия изменения климата и адаптироваться к ним, на примере портов США, которые уже столкнулись с этими проблемами и используют возможность стать чище и устойчивее.

     

    Текущее состояние выбросов в портах


    В 2019 году три крупнейших порта США — порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси — выбросили более 2,5 млн тонн эквивалента углекислого газа (CO2e). Эта оценка включает выбросы от океанских судов в порту, портовых судов, погрузочно-разгрузочного оборудования, локомотивов и транспортных средств большой грузоподъемности. Другие загрязняющие вещества, выбрасываемые в результате портовых операций, включают твердые частицы (PM), оксиды азота (NOx), оксиды серы (SOx), окись углерода (CO) и углеводороды (HC), которые вредны для здоровья человека.

    В последние годы был достигнут прогресс в сокращении выбросов в некоторых портах. Например, усилия по обеспечению устойчивости, такие как переход на виды топлива, которые производят меньше выбросов серы, поставка вырабатываемой на суше электроэнергии судам, пришвартованным в порту (известная как береговое электроснабжение), снижение скорости судов и инвестиции в энергоэффективность, способствовали сокращению выбросов в порту . Лос-Анджелес . Аналогичным образом, в порту Балтимора грузооборот увеличился на 10 процентов в период с 2012 по 2016 год, но общий объем выбросов снизился на 19 процентов, в основном за счет модернизации погрузочно-разгрузочного контейнеры) и оперативные изменения.

    Однако многое еще предстоит сделать для сокращения выбросов парниковых газов в портах и ​​защиты населенных пунктов, расположенных вблизи портов. Сообщества, расположенные рядом с портом, часто представляют собой цветные сообщества или сообщества с низким доходом, и они сталкиваются с более высоким уровнем загрязнения воздуха из портов. Эти сообщества часто перегружены многочисленными источниками загрязнения, от портов до автострад и заводов, что негативно сказывается на их здоровье и может вызвать проблемы с дыханием, рак и преждевременную смерть. Дети, пожилые люди, работники на открытом воздухе и другие чувствительные группы населения особенно уязвимы к этому загрязнению.Многие стратегии, обсуждаемые в этом кратком обзоре, по смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему в портах также принесут пользу сообществам за счет снижения загрязнения, шума и трафика.

     

    Смягчение последствий изменения климата


    Электрификация

    Электрификация предполагает замену двигателей, работающих на ископаемом топливе, таком как бензин или дизельное топливо, на двигатели, работающие на электричестве. В идеале в качестве источника электроэнергии можно использовать возобновляемые источники энергии, что приведет к еще меньшему выбросу парниковых газов.Электрификация портовой техники, такой как грузовые автомобили, краны, вилочные погрузчики и тракторы, снижает загрязнение воздуха и шум, что может помочь смягчить климатический кризис и обеспечить экологическую справедливость для населенных пунктов, расположенных вблизи порта. Электродвигатели также проще и дешевле в обслуживании и заправке. Например, электрические краны сокращают выбросы углекислого газа на 60–80 процентов, а затраты на ремонт на 30 процентов ниже по сравнению с дизельными кранами.

    Порт Саванны предпринял шаги по электрификации.Порт электрифицировал 104 рефрижераторных контейнерных стеллажа, что позволит ежегодно экономить более 5,5 млн галлонов дизельного топлива и сократить выбросы на эквивалент удаления с дороги 12 000 автомобилей. В 2018 году терминал получил разрешение на строительство дополнительных 15 электрических рефрижераторных контейнерных стеллажей, что позволит ежегодно экономить дополнительно 795 000 галлонов дизельного топлива. Кроме того, многие портовые причальные краны — краны, используемые для разгрузки грузов с судов — также были электрифицированы, что в сочетании с электрификацией стеллажей для рефрижераторных контейнеров позволяет избежать использования 7.5 миллионов галлонов дизельного топлива в год.

    Администрация порта Джорджии, в которую входит порт Саванны, также электрифицировала свои козловые краны на резиновых колесах (RTG) — краны, которые перемещают морские контейнеры по порту. Электрические козловые краны потребляют на 95 процентов меньше дизельного топлива, чем стандартные модели, и используют дизельное топливо только для передвижения по порту. Каждый год электрические РИТЭГи в порту устраняют потребность в 700 000 галлонов дизельного топлива, что эквивалентно снятию с дорог 1550 пассажирских транспортных средств, и экономит администрации порта Джорджии 2 доллара.2 миллиона затрат на топливо.
     

    Береговое электроснабжение

    Суда в порту, известные как суда у причала, часто являются крупнейшим источником выбросов парниковых газов в портах. Береговые энергетические установки Электрические соединения, доступные для судов, стоящих у причала, которые позволяют отключать их двигатели, когда они находятся в порту , могут снизить загрязнение воздуха от пришвартованных судов до 98 процентов. Береговое питание одного контейнеровоза в течение одного дня снижает загрязнение окружающей среды на целых 33 000 автомобилей в день.Благодаря своей инициативе по береговому электроснабжению, программе «Альтернативная морская энергетика», порт Лос-Анджелеса установил 79 устройств берегового электроснабжения, больше, чем любой другой порт в мире.

    В 2007 году в Калифорнии был принят регламент «Океанские суда у причала », направленный на сокращение выбросов в портах. С 2014 года постановление помогло калифорнийским портам добиться 80-процентного сокращения выбросов от стоящих у причала судов, требуя, чтобы некоторые суда использовали береговое питание или выключали двигатели в порту. В 2020 году Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) утвердил положение о мерах контроля для морских судов у причала , которое расширяет правило 2007 года и требует, чтобы все суда, заходящие в порты Калифорнии, использовали береговую энергию или другие одобренные CARB технологии контроля выбросов. . По оценкам CARB, новое правило предотвратит 237 преждевременных смертей, 75 посещений больниц и 122 обращения в отделение неотложной помощи, сэкономив более 2,3 миллиарда долларов на расходах на здравоохранение. По оценкам CARB, после того, как новое правило будет полностью реализовано, риск развития рака в районах, расположенных вблизи портов Лос-Анджелеса, Лонг-Бич и Ричмонда, снизится на 55 процентов.
     

    Программы замены грузовиков

    В трех крупнейших портах США — портах Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, Нью-Йорка и Нью-Джерси — в 2019 году большегрузные автомобили произвели выбросы, эквивалентные более чем одному миллиону тонн углекислого газа. По всей стране , большегрузные транспортные средства в портах являются значительным источником выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, таких как твердые частицы и оксиды азота, которые способствуют климатическому кризису и влияют на здоровье населения, проживающего вблизи порта.Чтобы уменьшить эти выбросы, некоторые порты внедрили программы замены грузовиков, заменив старые тягачи моделями с более чистым горением и более эффективными двигателями.

    Программа поощрения замены экологически чистых грузовиков в порту Нового Орлеана (Clean TRIP) началась в 2016 г. и позволила заменить 58 дизельных дрелейных грузовиков на автомобили с более чистым горением, что привело к сокращению выбросов мелких твердых частиц на 96 %. (PM2.5) выбросы. Новые грузовики были куплены за счет средств Департамента качества окружающей среды штата Луизиана и Агентства по охране окружающей среды (EPA). Точно так же инициатива порта Саванны по чистым грузовикам, финансируемая за счет гранта Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA), заменила 30 старых, менее эффективных грузовиков. Замена грузовиков предотвратит выброс в атмосферу 1200 тонн оксидов азота, 56 тонн твердых частиц 2,5, 62 тонн углеводородов и 409 тонн окиси углерода.

    Несмотря на то, что эти программы являются шагом на пути к более устойчивому транспорту в портах, электрические грузовики могут помочь еще больше сократить выбросы и загрязнение воздуха. В июле 2021 года порт Окленда начал демонстрационный проект электрических грузовиков и представил 10 электрических грузовиков, пополнив существующий парк порта из 17 электрических грузовиков. Финансирование проекта было обеспечено в рамках калифорнийской программы грузовых перевозок с нулевыми и почти нулевыми выбросами. Порт также инвестировал 1,7 миллиона долларов в строительство 10 электрозарядных станций.
     

    Возобновляемая энергия

    Большие здания и открытые пространства делают порты подходящими кандидатами на использование возобновляемых источников энергии, чаще всего солнечной. Производство возобновляемой энергии в портах может снизить потребность в ископаемом топливе, тем самым уменьшив выбросы и загрязнение воздуха. В порту Сиэтла установлены солнечные панели, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 2,2 тонны, производят 120 000 киловатт-часов энергии и ежегодно экономят более 10 000 долларов на расходах, связанных с энергетикой. Порт Лос-Анджелеса — , в котором уже установлено три мегаватта солнечных батарей , в настоящее время устанавливает дополнительные солнечные панели, которые, как ожидается, обеспечат одну шестую часть общей потребности порта в электроэнергии.В порту Лонг-Бич также установлены солнечные батареи, установленные в 2016 году, которые сокращают выбросы углекислого газа более чем на 1000 тонн в год.
     

    Энергоэффективность

    Энергоэффективность также играет ключевую роль в смягчении воздействия портов на климат. Новые постройки в порту Майами сертифицированы как минимум на серебряный уровень Лидерства в энергетическом и экологическом дизайне (LEED), который требует, чтобы здания соответствовали определенным стандартам устойчивости.В 2012 году в порту Майами также установили белый отражающий кровельный материал, который служит технологией пассивного охлаждения зданий. Аналогичным образом, в Port of Savannah были установлены элементы управления освещением и светильники, которые снизили световое загрязнение и потребление энергии на 60 процентов.
     

    Операции

    Порты также могут модифицировать свою работу, чтобы сократить потери энергии. Например, использование барж или железной дороги для перевозки грузов более эффективно, чем использование грузовиков: один галлон топлива может перевезти одну тонну груза на 647 миль на барже, на 477 миль по железной дороге и на 145 миль на грузовике. Процесс выгрузки грузов на наземные виды транспорта также можно сделать более эффективным. Например, порт Цинциннати переместил свои грузовые и железнодорожные погрузочные площадки, чтобы свести к минимуму частоту обработки грузов в порту, а также отдать предпочтение железнодорожным перевозкам, а не грузовым автомобилям.

    Хотя автоперевозки нельзя полностью исключить из портовых операций, их можно сделать более эффективными. В портах Port of Miami и Port of Oakland установлены электронные ворота безопасности, которые открываются быстрее, чем ворота с ручным управлением, чтобы свести к минимуму простои грузовиков и сократить расход топлива, сокращая ненужные выбросы.В 2019 году порт Окленда опубликовал план по дальнейшему сокращению простоев грузовиков за счет реорганизации расположения железных дорог вокруг порта для уменьшения заторов. Это также принесет дополнительную выгоду в виде снижения загрязнения воздуха и шума для тех, кто живет и работает рядом с портом.

     

    Адаптация к изменению климата


    Влияние климата все больше влияет на деятельность портов. В результате порты должны учитывать свою краткосрочную и долгосрочную уязвимость к изменению климата при планировании на будущее.Во многих случаях потребуется инфраструктура для защиты портов от наводнений и повышения уровня моря.


     

    Серая инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Береговая линия и защита от наводнений бывают двух видов: серая инфраструктура и природные решения. Серая инфраструктура — это жесткая, созданная людьми инфраструктура, тогда как природные решения включают зеленую и природную инфраструктуру (как обсуждается в разделе ниже).Многие порты используют серую инфраструктуру, в том числе гасители волн, такие как переборки и дамбы, для борьбы с повышением уровня моря, наводнениями и усилением воздействия волн из-за экстремальных погодных условий. В своем Плане адаптации к изменению климата и устойчивости прибрежных районов , порт Лонг-Бич определяет несколько стратегий адаптации к изменению климата, ориентированных на серую инфраструктуру, включая установку бетонных барьерных стен для защиты от наводнений.

    Некоторые твердые конструкции могут быть построены с использованием специальных строительных материалов, улучшающих среду обитания.В 2021 году порт Сан-Диего запустил трехлетний пилотный проект с экоинженерной компанией ECOncrete по развитию береговой линии и эрозионной инфраструктуры, которые обеспечат ценность среды обитания. Порт надеется, что экологически чувствительные бетонные решения ECOncrete приведут к стабилизации береговой линии, предотвращению прибрежных наводнений и улучшению среды обитания.
     

    Природная инфраструктура для береговой линии и защиты от наводнений

    Исследования показали, что природная инфраструктура, такая как водно-болотные угодья, рифы, живые береговые линии (подход к борьбе с эрозией береговой линии с использованием природных материалов, таких как растения, камни и песок), прибрежные дюны и мангровые заросли, могут быть столь же эффективными, и часто более эффективны, чем серая инфраструктура, для защиты портов от климатических воздействий. Природные решения также обеспечивают дополнительные преимущества смягчения последствий изменения климата, поддержки биоразнообразия растений и животных и улучшения качества воды, а также позволяют избежать использования углеродоемких материалов, таких как бетон, цемент и сталь.

    Порт Майами восстановил 40 акров мангровых зарослей в государственном парке Олета-Ривер, посадил деревья в порту и переместил кораллы в специально отведенную зону обитания кораллов на территории порта, что повышает устойчивость порта к изменению климата и поддерживает среду обитания диких животных.В отчете № об оценке уязвимости к повышению уровня моря в 2019 году и обеспечении устойчивости прибрежных районов порта Сан-Диего рассматривались живые береговые линии и живые волнорезы как подходы к защите береговых линий от эрозии и уменьшению воздействия волн. Помимо волнорезов, зеленая и природная инфраструктура, такая как затопляемые парки, биозалежи и дождевые сады, может предотвратить повреждение зданий от наводнений в экстремальных погодных условиях, а также обеспечить среду обитания для растений и животных. Например, в порту Портленда были установлены дождевые сады и болота с растительностью в качестве зеленой инфраструктуры для управления ливневыми стоками.
     

    Ливневая вода

    Эффективное управление ливневыми стоками имеет решающее значение для защиты портов от более частых и сильных штормов и экстремальных погодных явлений, вызванных изменением климата. Ливневые стоки могут собирать загрязняющие вещества с мощеных поверхностей в портах и ​​влиять на качество воды, оставляя их в океане или других водоемах без очистки. Используя грант Transportation Investment Generator Economic Recovery (TIGER), в порту Балтимора была установлена ​​бетонная система управления ливневыми стоками для удержания большого количества воды во время сильных дождей.Грант TIGER также позволил поднять некоторые важные активы порта, повысив его устойчивость к повышению уровня моря.

    Другие порты использовали природные решения для очистки ливневых вод. Порт Сиэтла использует раковины устриц в водосборных бассейнах для ливневых вод, чтобы увеличить количество растворенного кальция и магния в воде и удалить медь. Администрация порта Джорджии создала девять акров водно-болотных угодий, которые ежегодно очищают 100 миллионов галлонов ливневых вод и обеспечивают среду обитания для растений и животных.Сокращение количества загрязнителей воды, связанных с портами, также может улучшить состояние окружающих водных экосистем. Порт Сан-Диего обнаружил, что краска корпуса выделяет медь в водные пути, что влияет на морскую экосистему порта. Благодаря программам перекраски и очистки порт уменьшил содержание меди в воде на 45 процентов.
     

    Дноуглубительные работы

    В некоторых случаях для повышения устойчивости к климатическим воздействиям можно использовать вынутый грунт. По данным Инженерного корпуса армии США, который обслуживает водные пути в Соединенных Штатах, растет спрос на дноуглубительные работы и дноуглубительные материалы для восстановления берегов и обслуживания каналов.

    Основные каналы в Чесапикском заливе и Порт Балтимора поддерживаются на глубине 50 футов, что требует от Администрации порта Мэриленда и Инженерного корпуса армии вывозить около 5 миллионов кубических ярдов дноуглубительного материала каждый год. Порты все чаще используют этот добытый грунт для полезных целей (например, для применения в воде, например, для питания пляжей) и инновационного повторного использования (например, для наземных применений, таких как очистка старых месторождений). Например, администрация порта Мэриленда использует дноуглубительные материалы для восстановления ранее подвергшегося эрозии острова Тополь в Чесапикском заливе, что помогло восстановить среду обитания диких животных и обеспечить защиту береговой линии.Однако дноуглубительные работы и использование дноуглубительных материалов могут иметь негативные последствия для экосистемы, которые необходимо контролировать. Дноуглубительные работы могут привести к осаждению морских трав и кораллов, увеличению мутности и нарушению жизни рыб и других водных организмов. Например, дноуглубительные работы в порту Майами привели к массовой гибели кораллов, когда близлежащие рифы были покрыты отложениями.

     

    Портовые ресурсы планирования и политики


    Порты, которые принимают меры по сокращению выбросов парниковых газов, адаптации к климатическим воздействиям и решению проблем качества окружающей среды, разработали методы и ресурсы для выполнения этой работы.Внешние организации также разработали программы для поддержки устойчивого развития в портах.
     

    Планы адаптации и инвентаризация выбросов

    Некоторые порты США разрабатывают планы смягчения последствий изменения климата, обеспечения устойчивости и адаптации или обновляют существующие. Например, в 2019 году порт Сан-Диего выпустил Отчет об оценке уязвимости к повышению уровня моря и устойчивости прибрежных районов для оценки воздействия на климат. Port of Seattle является частью альянса под названием Washington Maritime Blue, целью которого является ускорение «голубой» экономики и обеспечение устойчивости морской отрасли штата Вашингтон.

    Некоторые порты в США создают, а затем обновляют кадастры выбросов. По данным Агентства по охране окружающей среды, 13 портов США составляют кадастры выбросов парниковых газов, и семь из них установили цели по сокращению выбросов. Порты Лос-Анджелеса, Лонг-Бич, и Нью-Йорка и Нью-Джерси подготовили самые последние и последовательные кадастры выбросов.
     

    Федеральные ресурсы для устойчивого развития портов

    Инициатива EPA Ports работает с U.S. порты и местные сообщества для улучшения экологических показателей. Программа предоставляет технические ресурсы, такие как руководства по созданию кадастров выбросов портов, а также наборы инструментов и ресурсы для развития сотрудничества между сообществом и портами. Инициатива портов в настоящее время реализует пилотные проекты в четырех портах для оказания технической помощи для сотрудничества сообщества.

    Кроме того, EPA Ports Initiative предоставляет список нескольких федеральных, государственных, местных и частных возможностей финансирования портов и припортовых населенных пунктов для сокращения выбросов и улучшения состояния окружающей среды.Возможности федерального финансирования для обеспечения устойчивости портов включают программу финансирования EPA Закона о сокращении выбросов дизельных двигателей (DERA) и программу дискреционных грантов Министерства транспорта по восстановлению американской инфраструктуры с учетом устойчивости и справедливости (RAISE) (ранее известная как TIGER или BUILD). По данным EPA, 26 портов получили федеральные гранты DERA на сокращение выбросов.
     

    Международные программы устойчивого развития портов

    Существует множество международных программ, призванных помочь портам достичь своих целей в области устойчивого развития и привлечь их к ответственности.Программа Green Marine — это добровольная экологическая сертификация для морской промышленности Северной Америки, основанная на 14 показателях эффективности, которые оценивают загрязнение воздуха, воды и земли. Другая программа, Всемирная программа устойчивого развития портов, руководствуется 17 целями устойчивого развития Организации Объединенных Наций и направлена ​​на повышение устойчивости портов во всем мире.

     

    Для получения дополнительной информации о портах см. брифинг EESI «Порты на пути к смягчению последствий и обеспечению устойчивости» .

     

    Авторы: Саванна Бертран и Бриджит Уильямс

    Автор: Кэтрин Кнейпер

    Редактор: Анна МакГинн

    Графика: Эмма Джонсон

     

    Для сносок, пожалуйста, загрузите PDF-версию этого краткого изложения.

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.