Қазіргі кезде энергияның маңызды көзі болып мұнай мен газ болып табылады. Газды шығуына байланысты табиғи, жолай, генераторлы, жасанды, шахта метаны, биогаз және т.б. Табиғи газ газды және газконденсатының өзіндік жинақталу орнынын жасайды. Жолай газ мұнайда 1 тонна мұнайға 100-200 м3 көлемде еріген түрде болады. Жасанды газ әр түрлі технологиялық процестерде жасалады, мысалы металлургияда. Биогаз органикалық заттардың микробиологиялық синтез нәтижесінде жасалады.
Жолай газ бен табиғи газ азот қоспасы бар метан қатарынан, екі валентті көміртек окидінен, күкіртсутектен және кейбір басқа газдардан тұрады. Газ ең экономиялық жанармай түрі және электростанцияларда, қара металлургияда, коммунальды-тұрмыс қажеттерін қанағаттандыруда, химиялық өндірісте, пластмасса алуда және т.б. қолданылады.
Мүнай мен газдың шығу тарихы жайындағы сұрақ көптеген талас туғызады. Мұнай мен газдың неорганикалық шығу тарихын жақтаушылар жердің терең қабаттарында көміртегі мен сутегінің жоғарғы температуралары әсерінен көмірсутек радикалдарын түзеді. Олар жердің жоғарғы қабаттарына көтеріледі, сутекпен қосылады және мұнай және газдың түрлі көмірсутектік қосылыстарын түзеді. Бұл қосылыстар Жердің структуралық қақпандарында жинақталады.
Мұнай мен газдың органикалық шығу тарихы теориясын жақтаушылар мұнай менига әр түрлі теңіз түбінде басқа да тұнба қжыныстарымен бірге жинақталатын жануарлар мен өсімдіктер қалдықтарынан түзеледі деп есептейді. Жер қыртысында шамамен 2*1016 тонна өлі, бастысы қарапайым ағзалар бар, ал олар жердің тарихында соңғы жарты миллиард жылда жиақталған (4,5 млрд жыл ішінде).
Бұл өсімдік және жануар қалдықтары микроағзалардың әсерінен болатын түрленуге ұшырайды. Кейбір бактериялар органикалық заттардан азот, оттегі, күкірт, фосфор секілді заттарды алады, сол арқылы мұнай мен газ молекулаларының комбинацияларынтүзейтін көміртек пен сутек құрамын көбейтеді. Басқа бактериялар өздері метан газын түзе алады. Мұндай процестер табиғи өршіткіштер әсерінен жоғарғы температурада (30-160 оС), қысымда (25-60 МПа) және бірнеше миллион жыл бойы болады.
Қазіргі заманның даму деңгейі энергияға қатысты көп шығындарға әкеледі, соның ішінде қарқынды түрде азайып келе жатқан мұнай мен газдың шығынына әкеледі. Сондықтан балама энергия көзін ойлап табу қазіргі маңызды ғылыми тапсырма.
Алдымен адам өміріндегі және ауылшаруашылық жануарларының қалдықтарынан алынатын энергия процестерін қарастырайық.
Адам өмірінің өндірістері (қалдықтары) қаланың канализация жүйелері арқылы жойылады және қатты қалдық ретінде қоқысқа шығарылады.
Киевта канализация ағындарын жинақтап және арнайы ауа келіп тұратын тұрақ–аэротенкаларда өңделеді. Осы уақытта органикалық қосылыстардың қышқылдану жүреді, ал олар түбіне салынады және далалыққа тыңайтқыш ретінде шығарылады. Тазартылған су даланы суарға және өзендерге құюға пайдаланады.
Канализация ағындарының кейбір бөлігі үлкен көлемді герметикалық ыдысқа ұқсайтын метантенкаларға беріледі. Метантенкаларда ауа берілмеген кезде арнайы өсірілген микроағзалар (бактериялар) белгілі бір температура жағдайларында органикалық заттарды метан мен көміртек диоксидіен бөле отырып қайта өңдейді. Алынған биогаз отын ретінде қолданылады.
Қатты тұрмыс қалдықтары қала сыртына шынайы айыстарда немесе арнайы дайындалған бірнеше гектар территория алатын алаңдарда (полигондарда)жинақталады. Қоұыс алаңын жапқан кезде оының шекарасын топырақпен себеді, арнайы пленкамен жауып, жағымсыз иіс шықпайы үшін адамға жақын жерлерді арнайы азды топырақпен себеді. 5 жылдан соң қоқыс қабаттарында микроағзалар пайда болып, олар қарқынды түрде биогаз бөле бастайды. Сол себепті полигон үстінде ұңғымалар қоқыс қабатының тереңдігіндей қазып, факелде жағу үшін газды коллекторларға жинайды. Биогаздың бөлінуі 25 жылға созылуы мүмкін.
Жоғарыда айтылған метанның алыну процестерін жаңа технология мен микробиология процестері аймағындағы білімдерімізді пайдаланып тездетуге болады.
Метантенкаларда болатын процестерді нақтырақ қарастырайық.
Метантенканың құрамындағы заттарды анаэробты өңдеуді органикалық материалдарды биохимиялық езу мен ауаның болмауы жолымен жасайды. Ғалымдардың айтуы бойынша, органиканың езілуі төрт кезеңнен тұрады және әр кезеңінде арнайы бактерия жұмыс жасайды. Бірінші топ органиканың еруі мен гидролизі үшін жауап береді. Екіншісі – еріген заттарға әсер етеді, оларды қарапайым органикалық заттарға айналдырады. Үшінші – сірке, май, пропион, валериан және т.б. қышқылдарды түзе отырып, бұзылуды жалғастырады. Және соңғы, төртінші топ алдыңғы бактериялар көмегімен алынған құнарлы орта арқылы метан, көмңрқышқыл газын, сутегі және басқа газдарды түзетін өздік метаногендік бактериялардан тұрады. Көрсетілген микробиологиялық процестердің жылдамдығы мен нәтижелігі көптеген факторларға байланысты: температура 30-35 немесе 52-57 оС, қышқылдылығы (рН 6,6-7,6), қуат беру жылдамдығынан, орын ауыстыру деңгейінен және т.б. Сондықтан үлкен метантенкалар арнайы жылыту жүйесімен, орынауыстыру, рН басқарумен, ашытылған өнімнің жылуының рекуперациясымен жабдықталады, ал метантенканың өзі жылусақтағышпен қапталады. Метантенканың жылу деңгейін сақтау үшін қоршаған ортаға байланысты бөлінетін биогаздың 20-50%-ы шығындалады.
Метантенкаға шикі зат ретінде малшаруашылығы мен құс шаруашылығының қалдықтары мен ауылшаруашылығының (қамыс, ботва), спирт өндірісініңқалдықтары және т.б. қолданылады.
Мамандардың есептеуі бойынша, Украинада жыл сайын 120 млн тоннадан аса қатты органикалық қалдықтар шығады, оның әр тоннасы 300-800 м3 биогаз бөле алады. Қалдықтың барлығын қайта өңдегенде 36-75 млрд. м3 биогаз немесе оны метанмен есептегенде жылына 70 млрд. м3 метан бөледі. Қазіргі уақытта Украинада табиғи газға деген қажеттілік 70 млрд м3 болғанда, бары 20 млрд м3 газ өндіреді. Қоқыстың потенциалының жартысын пайдаланудың өзі газды сатып алудағы шығындарды азайтуға, экологиялық проблемаларды шешуге және жоғарысапалы тыңайтқыштарды алуға мүмкіндік берер еді. Кейбір авторлардың мәліметі бойынша биогаздың бағасы органикалық қоқыстардың биоконверсиясының табысының 20%-ын құрайды, ал қалған 75 %-ы жоғарысапалы тығайтқышты пайдаланудан, қоршаған ортаны қорғаудан жіне т.б. түскен табысты құрайды. Биоконверсия нәтижесінде алынған арамшөпдәндері мен гельменттері жоқ тыңайтқышқа фосфор, калий және т.б. минералдар тыңайтқыштың қолданылу мәдениетіне байланысты салынады. Мұндай жағдайда тыңайтқыштың шығыны 60 тонна өңделмеген күбір орнына 1-5 тонна қолданылады.
Тәулігіне жануарды тұрақты күтімде үстаған кезде күбірден келесі мөлшерде биогаз алуға болады: ірі қара мал – 1,5; шошқа – 0,2; тауық, қоян – 0,015 м3.
Ертеректе орындалған ғылыми-техникалық, конструкторлы-технологиялық жұмыс пен бөлек агрегаттар өндірістік қолданылуының тәжірибесі негізінде практикада жүзеге асыру үшін биоэнергетикалық кешен жасалды, ол өз ішіне биологиялық өңдеудің жаңа технологиясы, яғни, құс фбрикаларының, ірі қара мал және шошқа күбірін метан арқылы ашытып, жоғары сапалы органикалық тыңайтқыш пен биогаз алуда қолданылады.
Метан көмегімен ашытудың жаға технологиясы азотпен қанықтыру және байланыстыру үшін өнімдерді қосымша өңдеуден өткізуге мүмкіндік береді, бұның нәтижесінде тыңайтқыштың сапасы мен топырақ өнімділігін арттырады. Соған байланысты шаруашылықтың қымбат минералды тыңайтқыштар сатып алуға деген шығындары азаяды. Баспаларда кейбір кездерде ет пен сүт өндірісіне қарағанда, жоғары сапалы органикалық тыңайтқыштарды өндірген артық делінеді.
Метантенкада өндірілетін биогаз құрамында 65-85 % күкіртті байланысы бар метан болады. Технологиямен мынадай процесстер алдын алынған, компримирование, салқындату және биогазды тазалау. Товарлы биогаз жобаланып жатыран электроэнергия шығарылымы бар газодизельді электроагрегаттарда отын ретінде қолданылады, ал биогаздың қалғаны басқа тұтынушыларға беріледі немесе су жылытуда қолданылады. энергокещеннің технологиялық қажетіне қозғалтқыштардан өңделген жылуы және қозғалтқышты салқындату жүйесінің жылуыпайдаланылады.
Орындалған есептеулер малшаруашылық комплексінде 12000ірі бас малдан 65 куб.м биогаз/сағ алуға болатынын көрсетті. Одан сағатына 140кВт энергия өндіріліп, жылыту қондырғысына жылу және де басқа тұтынушыларға 3 м3/сағат су берілді. Бағалау бойынша шаруаға барлық қажеттіліктерін өтеп сонымен қоса үштен бір бөлігін басқа да шаруаға жіберуге болатынын көрсетеді.
Берілген биоэнергетикалық модуль келесі тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді:
— Жеке шарулықты электроэнергиямен қамту;
— түптің көбеюі (15-25 %-ға);
— жоғары сапалы экологиялық таза тыңайтқыштың экспорты;
— қоршаған ортаны қорғау;
— фермалардың санитарлы – гигиеналық жағдайын камтамасы ету;
Биогазды қондырғыларды қолдану тиімділігі биогазды энерготасушы ретінде өзгерту әдісімен анықталады. Биогазды қолдануды келесі бағыттар бойынша белгілеуге болады:
• суды ысыту және тұтынушылар мен технологияларға тарату үшін жағу;
• биогазды нормативті-техникалық документация бойынша дайындап, газ реттегіш жүйемен тұтынушыларға тарату( табиғи газбен араластыру);
• тазарту, кептіру, газды балонды көліктерді, тракторларды және де басқа ауылшаруашылық көліктерді биогазбен толтыру және сығу, ;
• электроэнергияны өндіру;
• биомассаны алу және т.б..
Биогазды пайдалану бағыты әр шаруашылық үшін әр түрлі. Қазіргі таңда негізгі сұрақ шаруашылықты электроэнергиямен қамту болып табылады.
4 м3/сағ осындай көлемде жылулық айналмалы суды 30-дан 70оС дейін ысытуға мүмкіндік береді, бұл технологиялық мақсатта метантенканы 3 м3/сағ ысытуға, ал 1 м3/сағ басқа тұтынушыларға арналған. Көрсетілген санақ әр мауысымға арналады, себебі қысқы мезгілде жылуды метантекке көп деңгейде берілу керектігі.
Нақты электроэнергиямен жылудың қатынасы тұтынушылардың қажеттіліктерімен реттеледі.
Қорытынды
Дәстүрлі емес энергия –динамикалық дамушы, өте жақсы ойластырылған технология, потенциалы жоғарылап энергетикалық нарықтың кілті болып, бір мемлекеттің экологиялық тазалығы бүкіл дүние жүзіне үлкен көмек беретіні сөзсіз. Сондықтан экологиялық таза технологияларды дамытуға бәрі де ынталы. Қазақстан қысқа мерзімде осы шараның қатысушысы болуға міндетті және ол қолынан келеді!
Қолданылған әдебиеттер тізімі