Biogasinstallatie voor een particuliere woning: aanbevelingen voor het bouwen van een doe-het-zelf-installatie

De spaarzame huiseigenaar droomt van goedkope energiebronnen, effectieve afvalverwerking en het verkrijgen van meststoffen. Een zelfgebouwde biovergistingsinstallatie voor thuis is een betaalbare manier om die droom te verwezenlijken.

Het zelf assembleren van dergelijke apparatuur kost een redelijk bedrag en het geproduceerde gas is een goede aanvulling in het huishouden: u kunt het gebruiken om te koken, het huis te verwarmen en voor andere doeleinden.

Laten we proberen te begrijpen hoe deze apparatuur werkt, wat de voor- en nadelen zijn. En of het mogelijk is om zelf een biovergistingsinstallatie te bouwen en of deze efficiënt zal zijn.

De productie van biogas

Biogas ontstaat door de fermentatie van een biologisch substraat. Het wordt afgebroken door hydrolytische, zuurvormende en methaanvormende bacteriën. Het door de bacteriën geproduceerde gasmengsel is brandbaar omdat het een hoog percentage methaan bevat.

Qua eigenschappen verschilt het nauwelijks van aardgas, dat voor industriële en huishoudelijke doeleinden wordt gebruikt.

Indien gewenst kan elke huiseigenaar een industrieel vervaardigde biogasinstallatie aanschaffen, maar dit is duur en de investeringen worden in 7-10 jaar terugverdiend. Daarom is het zinvol om zelf inspanningen te leveren en een bioreactor met de hand te maken

Biogas is een milieuvriendelijke brandstof en de technologie voor de productie ervan heeft geen bijzondere invloed op het milieu. Bovendien worden als grondstof voor biogas afvalproducten gebruikt die moeten worden verwijderd.

Zij worden in een bioreactor geplaatst, waar de verwerking plaatsvindt:

• gedurende enige tijd wordt de biomassa blootgesteld aan bacteriën. De fermentatieduur is afhankelijk van het volume van de grondstof;
• als gevolg van de activiteit van anaerobe bacteriën komt een brandbaar gasmengsel vrij, dat methaan (60%), koolstofdioxide (35%) en enkele andere gassen (5%) bevat. Ook komt tijdens de fermentatie in kleine hoeveelheden potentieel gevaarlijk waterstofsulfide vrij. Het is giftig, dus het is uiterst ongewenst dat mensen eraan worden blootgesteld;
• het gasmengsel uit de bioreactor wordt gereinigd en gaat naar de gashouder, waar het wordt opgeslagen tot het moment van gebruik voor het beoogde doel;
• gas uit de gashouder kan precies hetzelfde worden gebruikt als aardgas. Het gaat naar huishoudelijke apparaten – gasfornuizen, verwarmingsketels, enz.;
• de afgebroken biomassa moet regelmatig uit de fermentor worden verwijderd. Dit is extra arbeid, maar de inspanningen worden terugverdiend. Na de fermentatie verandert de grondstof in een hoogwaardige meststof die op de velden en in moestuinen wordt gebruikt.

Een biogasinstallatie is alleen rendabel voor de eigenaar van een privéwoning als hij constante toegang heeft tot afval van veeteeltbedrijven. Gemiddeld kan uit 1 m³ substraat 70-80 m³ biogas worden verkregen, maar de gasproductie verloopt ongelijkmatig en is afhankelijk van vele factoren, waaronder de temperatuur van de biomassa. Dit bemoeilijkt de berekeningen.

Biogasinstallaties zijn ideaal voor landbouwbedrijven. Dierlijke afvalproducten kunnen voldoende gas leveren voor de volledige verwarming van woonruimtes en bijgebouwen

Om het gasproductieproces stabiel en continu te laten verlopen, is het het beste om meerdere biogasinstallaties te bouwen en het substraat met tijdsverschil in de fermentoren te plaatsen. Dergelijke installaties werken parallel en de grondstof wordt opeenvolgend geladen.

Dit garandeert een constante gasproductie, waardoor een continue toevoer naar huishoudelijke apparaten kan worden bereikt.

Idealiter zou de bioreactor moeten worden verwarmd. Elke 10 graden warmte verdubbelt de gasproductie. Hoewel het installeren van verwarming investeringen vereist, wordt dit gecompenseerd door een grotere efficiëntie van de constructie.

Samengesteld uit alledaagse materialen, is zelfgemaakte biogasapparatuur veel goedkoper dan industriële installaties. De efficiëntie is lager, maar past bij de investering. Als er toegang is tot mest en de bereidheid om eigen inspanningen te leveren voor montage en onderhoud, is dit zeer voordelig.

Voor- en nadelen van het systeem

Biogasinstallaties hebben veel voordelen, maar ook talrijke nadelen, dus voordat u begint met ontwerpen en bouwen, moet u alles afwegen:

• Afvalverwerking. Dankzij een biogasinstallatie kunt u maximaal profijt halen uit afval waar u toch al vanaf zou moeten. Deze verwerking is minder schadelijk voor het milieu dan het begraven van afval.
• Hernieuwbaarheid van grondstoffen. Biomassa is geen steenkool of aardgas, waarvan de winning de voorraden uitput. Bij landbouw ontstaan grondstoffen voortdurend.
• Relatief kleine hoeveelheid CO2. Bij de productie van gas wordt het milieu niet vervuild, maar bij het gebruik ervan komt een geringe hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer terecht. Deze is niet gevaarlijk en kan de ecologie niet kritisch veranderen, omdat het wordt geabsorbeerd door planten tijdens de groei.
• Gematigde zwavelemissie. Bij verbranding van biogas komt een kleine hoeveelheid zwavel in de atmosfeer terecht. Dit is een negatief fenomeen, maar de omvang ervan wordt pas duidelijk in vergelijking: bij verbranding van aardgas is de milieuvervuiling door zwaveloxiden veel groter.
• Stabiele werking. De productie van biogas is stabieler dan die van zonnepanelen of windturbines. Als de energie van zon en wind niet te beheersen is, dan zijn biogasinstallaties afhankelijk van menselijke activiteit.
• Meerdere installaties kunnen worden gebruikt. Gas brengt altijd risico's met zich mee. Om de potentiële schade in geval van een ongeval te verminderen, kunt u meerdere biogasinstallaties over het terrein verspreiden. Als u een systeem van meerdere fermentoren correct ontwerpt en monteert, zal het stabieler werken dan één grote bioreactor.
• Voordelen voor de landbouw. Voor de productie van biomassa worden sommige plantensoorten gekweekt. U kunt soorten kiezen die de bodemgesteldheid verbeteren. Bijvoorbeeld sorghum vermindert bodemerosie en verbetert de kwaliteit ervan.

Biogas heeft ook nadelen. Hoewel het een relatief schone brandstof is, vervuilt het toch de atmosfeer. Ook kunnen er problemen ontstaan met de aanvoer van plantaardige biomassa.

Onverantwoordelijke eigenaren van installaties oogsten het vaak op een manier die de grond uitput en het ecologisch evenwicht verstoort.

Rendabiliteitsberekening van de installatie

Als grondstof voor de productie van biogas wordt meestal koeienmest gebruikt. Een volwassen koe kan zoveel mest produceren dat het 1,5 m³ brandstof oplevert; een varken – 0,2 m³; een kip of konijn (afhankelijk van het lichaamsgewicht) – 0,01-0,02 m³. Om te begrijpen of dit veel of weinig is, kunt u het vergelijken met meer vertrouwde soorten hulpbronnen.

1 m³ biogas levert dezelfde hoeveelheid thermische energie als:

• brandhout – 3,5 kg;
• steenkool – 1-2 kg;
• elektriciteit – 9-10 kWh.

Als u het geschatte gewicht van de landbouwafval kent dat in de komende jaren beschikbaar zal zijn, en de benodigde hoeveelheid energie, kunt u de rentabiliteit van de biogasinstallatie berekenen.

Een van de grootste nadelen van biogasproductie is de geur. De mogelijkheid om kleine composthopen te gebruiken is een groot pluspunt, maar u zult ongemakken moeten verdragen en het proces nauwlettend moeten controleren om de verspreiding van ziekteverwekkende micro-organismen niet te veroorzaken.

Voor het vullen van de bioreactor wordt een substraat bereid dat uit meerdere componenten in de volgende verhoudingen bestaat:

• Mest (bij voorkeur koeien- of varkensmest) – 1,5 t;
• Organisch afval (dit kunnen vergane bladeren of andere componenten van plantaardige oorsprong zijn) – 3,5 t;
• Verwarmd water tot 35 graden (de hoeveelheid warm water wordt zodanig berekend dat het gewicht 65-75% van de totale hoeveelheid organisch materiaal bedraagt).

De berekening van het substraat is uitgevoerd voor één lading voor een half jaar, uitgaande van een matig gasverbruik. Na ongeveer 10-15 dagen zal het fermentatieproces de eerste resultaten geven: er zal gas in kleine hoeveelheden verschijnen en het reservoir beginnen te vullen. Na 30 dagen kunt u een volledige brandstofproductie verwachten.

Uitrusting voor de productie van biogas is nog niet bijzonder wijdverspreid in ons land. Dit hangt grotendeels samen met het gebrek aan informatie bij mensen over de voordelen en kenmerken van biogassystemen. In China en India zijn veel kleine boerderijen uitgerust met zelfgemaakte installaties om extra schone brandstof te verkrijgen.

Als de installatie correct werkt, zal het volume biogas geleidelijk toenemen totdat het substraat is vergaan. De opbrengst van de constructie hangt rechtstreeks af van de snelheid van de vergisting van de biomassa, die op zijn beurt verband houdt met de temperatuur en vochtigheid van het substraat.

Handleiding voor zelfbouw

Als u geen ervaring heeft met het monteren van complexe systemen, is het zinvol om online de eenvoudigste tekening van een biogasinstallatie voor een particulier huis te zoeken of te ontwikkelen.

Hoe eenvoudiger de constructie, hoe betrouwbaarder en duurzamer deze is. Later, wanneer u vaardigheden heeft ontwikkeld in het bouwen en omgaan met het systeem, kunt u de apparatuur aanpassen of een extra installatie monteren.

In dure industriële constructies zijn systemen voor het mengen van biomassa, automatische verwarming, gaszuivering enz. voorzien. Huishoudelijke apparatuur is niet zo complex. Het is beter om een eenvoudige installatie te bouwen en later elementen toe te voegen die nodig blijken.

Bij het berekenen van het volume van de vergister moet u uitgaan van 5 m³. Een dergelijke installatie levert de hoeveelheid gas die nodig is om een particulier huis van 50 m² te verwarmen, als een gasketel of kachel als warmtebron wordt gebruikt.

Dit is een gemiddelde waarde, aangezien de calorische waarde van biogas meestal niet hoger is dan 6000 kcal/m³.

Om het fermentatieproces min of meer stabiel te laten verlopen, moet u de juiste temperatuurinstelling bereiken. Daarom wordt de bioreactor in een kuil in de grond geplaatst of wordt er vooraf een betrouwbare thermische isolatie voorzien. Constante verwarming van het substraat kan worden gegarandeerd door een waterverwarmingsbuis onder de basis van de vergister te leggen.

De bouw van een biogasinstallatie kan in verschillende fasen worden verdeeld.

Stap 1 – de kuil voor de bioreactor voorbereiden

Praktisch de gehele biogasinstallatie bevindt zich onder de grond, dus veel hangt af van hoe de kuil is gegraven en afgewerkt. Er zijn verschillende opties om de wanden te verstevigen en de kuil af te dichten – plastic, beton, polymeerringen.

De optimale oplossing is het kopen van kant-en-klare polymeerringen met een blinde bodem. Ze zijn duurder dan geïmproviseerde materialen, maar extra afdichting is niet nodig. Polymeren zijn gevoelig voor mechanische belasting, maar zijn bestand tegen vocht en chemisch agressieve stoffen. Ze kunnen niet worden gerepareerd, maar kunnen indien nodig gemakkelijk worden vervangen.

De intensiteit van de gisting van het substraat en de gasproductie zijn afhankelijk van de voorbereiding van de wanden en de bodem van de bioreactor, daarom wordt de put zorgvuldig versterkt, geïsoleerd en afgedicht. Dit is de meest complexe en arbeidsintensieve fase van de werkzaamheden.

Stap 2 – de gasafvoer aanleggen

Aanschaf en montage van speciale roerders voor biogasinstallaties is een dure aangelegenheid. Het systeem kan worden goedkoper gemaakt door een gasdrainage aan te leggen. Deze bestaat uit verticaal geplaatste polymeer rioolbuizen waarin veel gaten zijn geboord.

Bij het berekenen van de lengte van de drainbuizen moet men uitgaan van de geplande vullingsdiepte van de bioreactor. De bovenste delen van de buizen moeten boven dit niveau uitkomen.

Voor gasdrainage kunnen metalen of polymere buizen worden gekozen. De eerste zijn sterker, de tweede zijn beter bestand tegen chemische invloeden. Het is beter om de voorkeur te geven aan polymeren, omdat metaal snel zal roesten en rotten.

In de kant-en-klare bioreactor kan het substraat direct worden geladen. Het wordt afgedekt met folie, zodat het gas dat vrijkomt tijdens de fermentatie onder lichte druk staat. Wanneer de koepel klaar is, zorgt dit voor een normale toevoer van biomethaan via de afvoerbuis.

Stap 3 – installatie van de koepel en leidingen

De laatste stap bij de montage van de eenvoudigste biogasinstallatie is het plaatsen van het koepelvormige bovenstuk. Op het hoogste punt van de koepel wordt een gasafvoerbuis geïnstalleerd en doorgeleid naar de gasopslag, die onmisbaar is.

De bioreactor wordt afgesloten met een dicht deksel. Om vermenging van biomethaan met lucht te voorkomen, wordt een waterslot geïnstalleerd. Het dient ook voor gasreiniging. Er moet een ontlastklep worden voorzien die wordt geactiveerd als de druk in de fermentor te hoog wordt.

Meer details over hoe u biogas uit mest maakt, leest u in dit artikel.

De vrije ruimte van de bioreactor fungeert in zekere zin als gasopslag, maar dit is niet voldoende voor een veilige werking van de installatie. Het gas moet continu worden verbruikt, anders is een explosie door overdruk onder de koepel mogelijk.

Manieren om de bioreactor te verwarmen

Micro-organismen die het substraat verwerken, zijn altijd in de biomassa aanwezig, maar voor hun intensieve vermenigvuldiging is een temperatuur van 38 graden of hoger nodig.

Voor verwarming in de koude periode kunt u een spiraal gebruiken die is aangesloten op het verwarmingssysteem van het huis, of elektrische verwarmingselementen. De eerste methode is economisch voordeliger, dus wordt deze vaker gebruikt.

Een biogasinstallatie hoeft niet in de grond te worden ingegraven; er zijn ook andere inrichtingsopties. Een voorbeeld van een systeem dat uit vaten is samengesteld, wordt getoond in de onderstaande video.

De eenvoudigste manier is om verwarming van onderaf aan te brengen door een leiding van het verwarmingssysteem te leggen, maar de efficiëntie van een dergelijke warmtewisselaar is relatief laag. Het is beter om externe verwarming aan te brengen, idealiter met stoom, zodat de biomassa niet oververhit raakt.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoewel er niets ingewikkelds is aan de montage en inrichting van biogasapparatuur, moet u uiterst aandachtig zijn voor details. Fouten zijn niet toegestaan, omdat deze tot explosies en vernietiging kunnen leiden. Wij bieden video-instructies die u helpen de werking van de installaties te begrijpen, ze correct te monteren en aan te vullen met nuttige hulpmiddelen voor een gemakkelijker gebruik van biogas.

In de video wordt uitgelegd hoe een standaard biogasinstallatie is opgebouwd en werkt:

Voorbeeld van een zelfgemaakte biogasinstallatie. Videoles over het zelf inrichten van het systeem:

Video-instructie voor de montage van een biogasinstallatie uit een vat:

Beschrijving van het fabricageproces van roerders voor het substraat:

Gedetailleerde beschrijving van de werking van een zelfgemaakte gasopslag:

Hoe eenvoudig de biogasinstallatie voor een particulier huis ook is, u moet er niet op bezuinigen. Als het mogelijk is, kunt u beter een demontabele bioreactor van industriële productie kopen.

Zo niet, maak het dan van kwalitatieve en duurzame materialen: polymeren, beton of roestvrij staal. Dit maakt het mogelijk om een echt betrouwbaar en veilig gasvoorzieningssysteem voor het huis te creëren.

Heeft u vragen over het onderwerp van het artikel, heeft u onvolkomenheden gevonden of heeft u waardevolle informatie die u met onze lezers kunt delen? Laat dan alstublieft uw reacties achter, stel vragen en deel uw ervaringen.