El biogás es un gas inflamable producido por la digestión anaeróbica de la materia orgánica por parte de microorganismos. Debido a que este gas se descubrió por primera vez en pantanos, se le llamó biogás. El biogás es una mezcla de varios gases, que generalmente contiene entre un 50 y un 70% de metano, y el resto es dióxido de carbono y una pequeña cantidad de nitrógeno, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno. Sus propiedades son similares al gas natural. Si el aire contiene entre un 8,6 y un 20,8 % (en volumen) de biogás, se formará una mezcla de gases explosiva. Además de quemarse directamente para cocinar, secar productos agrícolas y secundarios, calefacción, iluminación y soldadura con gas, el biogás también se puede utilizar como combustible para motores de combustión interna y para la producción de materias primas químicas como metanol, formalina y carbono. tetracloruro. El líquido de alimentación y los sedimentos descargados después de la fermentación por el dispositivo de biogás son ricos en nutrientes y pueden usarse como fertilizante y alimento.
El biogás es cierta materia orgánica (como paja, malezas, hojas, excrementos humanos y animales y otros desechos) que se aísla del aire (como el uso de una piscina de biogás) bajo ciertas condiciones de temperatura, humedad. , y acidez, y se produce mediante la acción de microorganismos Gas inflamable producido por (fermentación). El biogás es una mezcla de gases que contiene entre un 60 y un 70% de metano y también contiene dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y monóxido de carbono. Contiene una pequeña cantidad de sulfuro de hidrógeno, por lo que tiene un ligero olor. La fermentación es un cambio bioquímico complejo que involucra muchos microorganismos. La reacción se divide aproximadamente en dos etapas: (1) Los microorganismos degradan azúcares, grasas y proteínas de sustancias orgánicas complejas en sustancias simples, como ácidos grasos inferiores, alcoholes, aldehídos, dióxido de carbono, amoníaco, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno. (2) Algunas sustancias simples se convierten en metano por la acción de las bacterias metaneras.
Para producir biogás con normalidad se deben crear buenas condiciones para que los microorganismos sobrevivan y se reproduzcan. Los digestores de biogás deben cumplir una variedad de condiciones. En primer lugar, se debe sellar la piscina de biogás. La fermentación de materia orgánica en biogás es el resultado de las actividades de una variedad de bacterias anaeróbicas, creando así un ambiente anóxico para las actividades de las bacterias anaeróbicas. Al construir un digestor de biogás, se debe prestar atención a aislar el aire y hacerlo hermético y estanco. En segundo lugar, el digestor de biogás debe mantenerse entre 20 y 40°C, porque la tasa de producción de gas suele ser máxima a esta temperatura. En tercer lugar, el digestor de biogás debe tener suficientes nutrientes. Para sobrevivir y reproducirse, los microorganismos deben absorber nutrientes de materiales fermentados. Entre las materias primas de fermentación de los digestores de biogás, el estiércol humano y animal puede proporcionar nitrógeno, y la celulosa, como la paja de los cultivos, puede proporcionar carbono. En cuarto lugar, las materias primas de fermentación deben contener una cantidad adecuada de agua. Generalmente, se requiere que las materias primas de fermentación de los digestores de biogás contengan aproximadamente un 80% de agua. Quinto, el valor del pH de los digestores de biogás generalmente se controla entre 7 y 8,5.
El biogás fue descubierto en un pantano en 1776 por el físico italiano A. Volta. En 1916, el ruso B.P. Omelyansky aisló la primera cepa de metanógenos (pero no una cepa pura). Se han aislado casi 20 cepas de bacterias metano en el mundo. China aisló con éxito la metanosarcina por primera vez en 1980.
El primer generador de biogás (también conocido como purificador automático) del mundo fue mejorado a partir de un simple tanque de sedimentación por el francés L. Mullat en 1860. En Alemania en 1925 y en Estados Unidos en 1926 se construyeron digestores equipados con instalaciones de calefacción y dispositivos de recolección de gas. Estos fueron los prototipos de los modernos dispositivos de generación de biogás de tamaño grande y mediano. Después de la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de fermentación de biogás se desarrolló en algunos países de Europa occidental, pero se vio afectada por la gran afluencia de petróleo barato al mercado. Más tarde, con el surgimiento de la crisis energética mundial, el biogás volvió a atraer la atención de la gente. En 1955, se produjo un nuevo proceso de fermentación de biogás: un proceso de digestión anaeróbica de alta velocidad. Rompe el proceso tradicional y aumenta la producción de gas por unidad de volumen del tanque (es decir, la tasa de producción de gas) de 0,7 a 1,5 metros cúbicos de biogás por día por metro cúbico a temperatura media a 4 a 8 metros cúbicos de biogás, y el tiempo de retención. se aumenta de 15 a 15 metros cúbicos Los días o más se reducen a días o incluso horas. El primer digestor de biogás de China fue construido por Luo Guorui en el área de Chaomei de la provincia de Guangdong a principios de la década de 1920, y posteriormente se estableció la oficina central de China Guorui Gas para promover la tecnología de biogás. En 1985, el número de digestores domésticos de biogás en la China rural alcanzó los 5 millones. En la actualidad, el equipo de prueba productivo del proceso de digestión anaeróbica de alta velocidad de China está en funcionamiento normal en fábricas de azúcar y bodegas.
El biogás es un gas mixto cuyos componentes principales son metano (CH4) y dióxido de carbono (C02).
El metano representa del 60% al 70%, el dióxido de carbono representa del 30% al 40% y hay pequeñas cantidades de hidrógeno, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno y otros gases. Debido a que contiene metano, un gas inflamable, el biogás se puede utilizar como combustible. El biogás es un producto de bacterias que descomponen la materia orgánica en condiciones anaeróbicas. Como materias primas para la generación de biogás se pueden utilizar residuos orgánicos urbanos, lodos de plantas depuradoras, excrementos humanos y animales rurales, paja de cultivos, etc. El proceso de descomposición bacteriana de la materia orgánica se divide aproximadamente en dos etapas: la primera etapa, que convierte materia orgánica compleja de alto peso molecular en materia orgánica de bajo peso molecular, como ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, etc.; la primera etapa Los productos se convierten en metano y dióxido de carbono.
En el proceso anterior, la fermentación y la descomposición son el resultado de la acción sinérgica de una variedad de bacterias. Para que continúe la fermentación del biogás, se deben proporcionar y mantener las condiciones de vida requeridas por diversos microorganismos en la fermentación del biogás. Las bacterias productoras de metano son anaeróbicas y una pequeña cantidad de oxígeno afectará gravemente su crecimiento y reproducción. Esto requiere un digestor cerrado que pueda aislar el oxígeno. La temperatura es un factor importante en el proceso de digestión anaeróbica. Los metanógenos pueden sobrevivir en el rango de temperatura de 0 a 80 °C. Hay varios tipos de bacterias que se adaptan a temperaturas bajas (20 °C) y medias (30 °C). , y temperatura alta (50°C), las temperaturas óptimas de reproducción son alrededor de 15°C, 35°C y 53°C respectivamente. El valor de pH más adecuado para el crecimiento y reproducción de metanógenos es aproximadamente 7,0-7,5. Más allá de este rango, la eficiencia de la digestión anaeróbica disminuirá. Las bacterias responsables de fermentar los desechos durante la digestión anaeróbica también necesitan nitrógeno, fósforo y otros nutrientes. La proporción de materias primas que se introducen en la piscina de biogás generalmente debe basarse en una relación carbono-nitrógeno igual a 20:1 a 25:1. Además, también se debe controlar la concentración de sustancias nocivas que afectan a la fermentación del biogás.
Cómo desarrollar y utilizar biogás en zonas rurales.
1 Para una familia de 4-5 personas, una piscina de biogás de 8 metros cúbicos suele ser suficiente.
2. Suele costar unos 2.000 yuanes. El coste principal es de unos 1.000 yuanes para materiales como cemento, arena y grava, ladrillos y un poco de acero; el salario de un técnico de construcción de piscinas es de más de 300 yuanes y el equipo de biogás, como el de más de 300 yuanes; estufas de biogás, manómetros, tuberías, desulfuradores, etc., etc.; las calificaciones de un excavador de piscinas son de aproximadamente 150 yuanes; el costo de un pequeño trabajador es de menos de 150 yuanes.
3. El biogás es difícil de licuar y llenar. Debido a que el componente principal del biogás es el metano, la temperatura en el punto de licuefacción es demasiado baja y la presión requerida es demasiado alta.