Instalação de biogás para casa particular: recomendações para a montagem de um sistema caseiro

O proprietário prudente sonha com recursos energéticos baratos, eliminação eficiente de resíduos e obtenção de fertilizantes. Uma instalação de biogás caseira faça você mesmo é uma forma econômica de tornar esse sonho realidade.

Montar esse equipamento por conta própria custará um valor razoável, e o gás produzido será uma boa ajuda nas tarefas domésticas: pode ser usado para cozinhar, aquecer a casa e outras necessidades.

Vamos tentar entender as particularidades de funcionamento desse equipamento, suas vantagens e desvantagens, e também se é possível construir uma instalação de biogás por conta própria e se ela será eficiente.

Particularidades da produção de biogás

O biogás é produzido pela fermentação de um substrato biológico. Ele é decomposto por bactérias hidrolíticas, acidogênicas e metanogênicas. A mistura de gases produzida pelas bactérias torna-se combustível, pois contém uma grande porcentagem de metano.

Em suas propriedades, ela praticamente não difere do gás natural usado para necessidades industriais e domésticas.

Se desejar, cada proprietário de casa pode comprar uma instalação de biogás de fabricação industrial, mas é caro, e o investimento se paga em 7 a 10 anos. Portanto, vale a pena fazer um esforço e construir um biorreator com as próprias mãos.

O biogás é um combustível ecologicamente limpo, e a tecnologia de sua obtenção não causa impactos significativos ao meio ambiente. Além disso, como matéria-prima para o biogás, são utilizados resíduos de atividades biológicas que precisam de eliminação.

Eles são colocados em um biorreator, onde ocorre o processamento:

• durante algum tempo, a biomassa é exposta à ação de bactérias. O período de fermentação depende do volume da matéria-prima;
• como resultado da atividade das bactérias anaeróbicas, é liberada uma mistura combustível de gases, que inclui metano (60%), dióxido de carbono (35%) e alguns outros gases (5%). Durante a fermentação, também é liberado em pequenas quantidades o sulfeto de hidrogênio potencialmente perigoso. Ele é tóxico, portanto é extremamente indesejável que as pessoas sejam expostas a ele;
• a mistura de gases do biorreator é purificada e enviada para o gasômetro, onde é armazenada até o momento do uso pretendido;
• o gás do gasômetro pode ser usado exatamente da mesma forma que o gás natural. Ele é direcionado para aparelhos domésticos – fogões a gás, caldeiras de aquecimento, etc.;
• a biomassa decomposta deve ser removida regularmente do fermentador. Isso representa trabalho adicional, mas o esforço compensa. Após a fermentação, a matéria-prima se transforma em um fertilizante de alta qualidade, utilizado em campos e hortas.

Uma instalação de biogás é vantajosa para o proprietário de uma casa particular apenas se ele tiver acesso constante a resíduos de fazendas pecuárias. Em média, de 1 m³ de substrato é possível obter 70-80 m³ de biogás, mas a produção de gás não é uniforme e depende de muitos fatores, incluindo a temperatura da biomassa. Isso dificulta os cálculos.

As instalações de biogás são ideais para propriedades rurais. Os resíduos da atividade vital dos animais podem gerar gás suficiente para o aquecimento completo de residências e construções agrícolas.

Para que o processo de obtenção de gás seja estável e contínuo, é melhor construir várias instalações de biogás e carregar o substrato nos fermentadores em momentos diferentes. Essas instalações operam em paralelo, e a matéria-prima é carregada nelas sequencialmente.

Isso garante a produção constante de gás, permitindo que ele seja fornecido de forma contínua aos aparelhos domésticos.

Idealmente, o biorreator deve ser aquecido. Cada 10 graus de calor dobram a produção de gás. Embora a instalação do aquecimento exija investimentos, isso se paga pela maior eficiência da estrutura.

Caseiro equipamento de biogás, montado a partir de materiais improvisados, sai muito mais barato do que instalações de produção industrial. Sua eficiência é menor, mas corresponde plenamente aos recursos investidos. Se houver acesso a esterco e vontade de dedicar esforço próprio para montar e manter a estrutura, isso é muito vantajoso.

Vantagens e desvantagens do sistema

As instalações de biogás têm muitas vantagens, mas também bastantes desvantagens, portanto, antes de iniciar o projeto e a construção, deve-se pesar tudo:

• Descarte de resíduos. Graças à instalação de biogás, é possível obter o máximo benefício do lixo do qual ainda teria que se livrar. Esse descarte é menos perigoso para o meio ambiente do que enterrar os resíduos.
• Renovabilidade da matéria-prima. A biomassa não é carvão nem gás natural, cuja extração esgota as reservas de recursos. Na agricultura, a matéria-prima aparece constantemente.
• Quantidade relativamente pequena de CO2. Durante a obtenção do gás, o meio ambiente não é poluído, mas durante seu uso, uma pequena quantidade de dióxido de carbono é liberada na atmosfera. Não é perigoso e não pode alterar criticamente a ecologia, pois é absorvido pelas plantas durante o crescimento.
• Modesta emissão de enxofre. Durante a queima do biogás, uma pequena quantidade de enxofre é liberada na atmosfera. Este é um fenômeno negativo, mas sua magnitude é conhecida em comparação: na queima de gás natural, a poluição ambiental por óxidos de enxofre é muito maior.
• Operação estável. A produção de biogás é mais estável do que a operação de painéis solares ou turbinas eólicas. Se a energia solar e eólica não pode ser controlada, as instalações de biogás dependem da atividade humana.
• É possível usar várias instalações. O gás sempre envolve riscos. Para reduzir os danos potenciais em caso de acidente, é possível distribuir várias instalações de biogás pelo terreno. Se o sistema for projetado e montado corretamente com vários fermentadores, ele funcionará de forma mais estável do que um único grande biorreator.
• Benefícios para a agricultura. Para obter biomassa, são plantados alguns tipos de plantas. Podem ser escolhidas aquelas que melhoram o estado do solo. Por exemplo, o sorgo reduz a erosão do solo e melhora sua qualidade.

O biogás também tem desvantagens. Embora seja um combustível relativamente limpo, ainda polui a atmosfera. Também podem surgir problemas com o fornecimento de biomassa vegetal.

Proprietários irresponsáveis de instalações frequentemente a preparam de forma a esgotar o solo e perturbar o equilíbrio ecológico.

Cálculo da rentabilidade da instalação

Como matéria-prima para a produção de biogás, geralmente se utiliza esterco bovino. Uma vaca adulta pode fornecer o suficiente para produzir 1,5 m³ de combustível; um porco – 0,2 m³; uma galinha ou coelho (dependendo do peso corporal) – 0,01-0,02 m³. Para entender se isso é muito ou pouco, podemos comparar com tipos de recursos mais familiares.

1 m³ de biogás fornece a mesma quantidade de energia térmica que:

• lenha – 3,5 kg;
• carvão – 1-2 kg;
• eletricidade – 9-10 kWh.

Se soubermos o peso aproximado dos resíduos agrícolas que estarão disponíveis nos próximos anos e a quantidade de energia necessária, podemos calcular a rentabilidade da usina de biogás.

Uma das principais desvantagens da produção de biogás é o odor. A possibilidade de usar pequenas pilhas de compostagem é uma grande vantagem, mas será necessário tolerar os inconvenientes e controlar cuidadosamente o processo para não provocar a propagação de microrganismos patogênicos.

Para a carga no biorreator, prepara-se um substrato que inclui vários componentes nas seguintes proporções:

• esterco (de preferência bovino ou suíno) – 1,5 t;
• resíduos orgânicos (podem ser folhas decompostas ou outros componentes de origem vegetal) – 3,5 t;
• água aquecida a 35 graus (a quantidade de água morna é calculada de modo que sua massa represente 65-75% do total de matéria orgânica).

O cálculo do substrato foi feito para uma carga de seis meses, considerando um consumo moderado de gás. Após aproximadamente 10-15 dias, o processo de fermentação dará os primeiros resultados: o gás aparecerá em pequenas quantidades e começará a encher o reservatório. Após 30 dias, pode-se esperar uma produção completa de combustível.

O equipamento para produção de biogás ainda não é muito difundido em nosso país. Em grande parte, isso se deve à falta de informação das pessoas sobre as vantagens e características dos sistemas de biogás. Na China e na Índia, muitas pequenas propriedades rurais possuem instalações artesanais para obter combustível limpo adicional.

Se a instalação funcionar corretamente, o volume de biogás aumentará gradualmente até que o substrato se decomponha. A produtividade do sistema depende diretamente da velocidade de fermentação da biomassa, que por sua vez está relacionada à temperatura e umidade do substrato.

Instruções para construção caseira

Se não houver experiência na montagem de sistemas complexos, faz sentido escolher na internet ou desenvolver o projeto mais simples de uma instalação de biogás para uma casa particular.

Quanto mais simples o design, mais confiável e durável ele será. Mais tarde, quando você adquirir habilidades de construção e manuseio do sistema, poderá modificar o equipamento ou montar uma instalação adicional.

Em projetos caros de produção industrial, são previstos sistemas de mistura de biomassa, aquecimento automático, purificação de gás, etc. O equipamento doméstico não é tão complexo. É melhor montar uma instalação simples e depois adicionar os elementos que se tornarem necessários.

Ao calcular o volume do fermentador, deve-se basear em 5 m³. Essa instalação permite obter a quantidade de gás necessária para aquecer uma casa particular de 50 m², se for usado um aquecedor a gás ou fogão como fonte de calor.

Este é um valor médio, pois o poder calorífico do biogás geralmente não ultrapassa 6000 kcal/m³.

Para que o processo de fermentação ocorra de forma mais ou menos estável, é necessário alcançar o regime de temperatura correto. Para isso, o biorreator é instalado em um buraco no solo ou é planejado um isolamento térmico confiável. O aquecimento constante do substrato pode ser garantido se um tubo de aquecimento de água for conduzido sob a base do fermentador.

A construção de uma instalação de biogás pode ser dividida em várias etapas.

Etapa 1 – preparação do poço para o biorreator

Praticamente toda a instalação de biogás fica subterrânea, portanto, muito depende de como o buraco foi cavado e acabado. Existem várias opções para reforçar as paredes e vedar o buraco – plástico, concreto, anéis de polímero.

A solução ideal é a compra de anéis poliméricos prontos com fundo cego. Eles custarão mais caro do que materiais improvisados, mas não será necessária vedação adicional. Os polímeros são sensíveis a cargas mecânicas, mas não temem umidade e substâncias quimicamente agressivas. Eles não são reparáveis, mas, se necessário, podem ser facilmente substituídos.

A intensidade da fermentação do substrato e a produção de gás dependem da preparação das paredes e do fundo do biorreator, por isso a fossa é cuidadosamente reforçada, isolada e vedada. Esta é a etapa mais complexa e trabalhosa.

Etapa 2 – instalação da drenagem de gás

A compra e instalação de agitadores especiais para instalações de biogás é um luxo caro. O sistema pode ser barateado instalando uma drenagem de gás. Consiste em tubos de esgoto poliméricos instalados verticalmente, com múltiplos orifícios perfurados.

Ao calcular o comprimento dos tubos de drenagem, você deve considerar a profundidade planejada de enchimento do biorreator. As partes superiores dos tubos devem estar acima desse nível.

Para a drenagem de gás, você pode escolher tubos metálicos ou poliméricos. Os primeiros são mais resistentes, e os segundos são mais estáveis a ataques químicos. É melhor optar pelos polímeros, pois o metal enferruja e apodrece rapidamente.

No biorreator pronto, você pode carregar o substrato imediatamente. Ele é coberto com uma película para que o gás liberado durante a fermentação fique sob leve pressão. Quando a cúpula estiver pronta, isso garantirá o fornecimento normal de biometano pelo tubo de saída.

Etapa 3 – montagem da cúpula e dos tubos

A etapa final da montagem da instalação de biogás mais simples é a montagem da parte superior em cúpula. No ponto mais alto da cúpula, instala-se um tubo de saída de gás e o estende até o gasômetro, que é indispensável.

O tanque do biorreator é fechado com uma tampa hermética. Para evitar a mistura de biometano com ar, instala-se um selo hidráulico. Ele também serve para purificar o gás. Deve-se prever uma válvula de alívio que será acionada se a pressão no fermentador estiver muito alta.

Para mais detalhes sobre como fazer biogás a partir de esterco, leia neste material.

O espaço livre do biorreator, de certa forma, funciona como um armazenamento de gás, no entanto, isso não é suficiente para a operação segura da instalação. O gás deve ser consumido constantemente, caso contrário, pode ocorrer uma explosão devido ao excesso de pressão sob a cúpula.

Formas de aquecer o biorreator

Os microrganismos que processam o substrato estão constantemente presentes na biomassa, no entanto, para sua reprodução intensiva, é necessária uma temperatura de 38 graus ou mais.

Para aquecimento no período frio, você pode usar uma serpentina conectada ao sistema de aquecimento da casa ou aquecedores elétricos. O primeiro método é mais econômico, por isso é usado com mais frequência.

Você não precisa enterrar a usina de biogás no solo; existem outras opções de montagem. Um exemplo de funcionamento de um sistema montado a partir de barris é mostrado no vídeo abaixo.

A maneira mais simples é instalar o aquecimento por baixo, colocando um tubo do sistema de aquecimento, mas a eficiência desse trocador de calor é relativamente baixa. É melhor instalar um aquecimento externo, idealmente a vapor, para que a biomassa não superaqueça.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Embora não haja nada de complicado na montagem e instalação do equipamento de biogás, você precisa ser extremamente cuidadoso com os detalhes. Erros são inaceitáveis, pois podem levar a explosões e destruições. Oferecemos videoinstruções que ajudarão a entender o funcionamento das usinas, montá-las corretamente e complementá-las com dispositivos úteis para um uso mais conveniente do biogás.

O vídeo mostra como uma usina de biogás padrão é estruturada e funciona:

Exemplo de uma usina de biogás caseira. Vídeo tutorial sobre como montar o sistema você mesmo:

Vídeo instruções para montar uma usina de biogás a partir de um barril:

Descrição do processo de fabricação de agitadores para o substrato:

Descrição detalhada do funcionamento de um reservatório de gás caseiro:

Por mais simples que seja a usina de biogás escolhida para uma casa particular, não vale a pena economizar nela. Se possível, é melhor comprar um biorreator desmontável de produção industrial.

Se não for possível, fabrique com materiais de qualidade e resistentes: polímeros, concreto ou aço inoxidável. Isso permitirá criar um sistema de abastecimento de gás verdadeiramente confiável e seguro para a casa.

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