Биогаз: производство, состав и применение.

Биогаз: возобновляемый источник энергии из органических отходов (сельхоз, бытовые, пищевые). Производство, состав, применение в топливе и отоплении.

26 мин чтения

100%

Источник: Biogas — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Газы, образующиеся при разложении органических веществ

Биогаз – это газообразный возобновляемый источник энергии, производимый из сырья, такого как сельскохозяйственные отходы, навоз, коммунальные отходы, растительный материал, сточные воды, зеленые отходы, очистные воды и пищевые отходы. Биогаз образуется в процессе анаэробного сбраживания с помощью анаэробных организмов или метаногенов внутри анаэробного реактора, биореактора или биодигестера. Газовый состав состоит главным образом из метана и углекислого газа, и может содержать небольшое количество сероводорода (H2S), влаги и силоксанов. Метан может быть сожжен или окислен кислородом. Этот выброс энергии позволяет использовать биогаз в качестве топлива; его можно использовать в топливных элементах и для отопления, например, для приготовления пищи. Он также может использоваться в газовом двигателе для преобразования энергии газа в электричество и тепло. После удаления углекислого газа и сероводорода его можно сжать таким же образом, как природный газ, и использовать для питания автомобилей. Например, в Соединенном Королевстве биогаз, по оценкам, способен заменить около 17% автомобильного топлива. В некоторых регионах мира он имеет право на получение субсидий в области возобновляемой энергетики. Биогаз можно очистить и привести в соответствие со стандартами природного газа, в результате чего получается биометан. Биогаз считается возобновляемым ресурсом, поскольку его цикл производства и использования является непрерывным и не приводит к выбросу чистого углекислого газа. С точки зрения углеродного баланса, количество углекислого газа, поглощаемого из атмосферы при росте первичного биоресурса, равно количеству углекислого газа, выделяемого при его последующем преобразовании в энергию.

Производство

Биогаз образуется микроорганизмами, такими как метаногены и сульфатредуцирующие бактерии, в процессе анаэробного дыхания. Под биогазом могут подразумевать газ, образующийся как естественным, так и промышленным путем.

Естественный

В почве метан образуется в анаэробных условиях метаногенами, но преимущественно поглощается в аэробных зонах метанотрофами. Выбросы метана происходят, когда баланс смещается в пользу метаногенов. Основным естественным источником метана являются водно-болотные почвы. К другим источникам относятся океаны, лесные почвы, термиты и дикие жвачные животные.

Биогазовые установки

Биогазовая установка – это название, часто используемое для анаэробного реактора, перерабатывающего сельскохозяйственные отходы или энергетические культуры. Она может быть получена с использованием анаэробных реакторов (герметичных резервуаров различной конструкции). В качестве сырья для этих установок могут использоваться энергетические культуры, такие как кукурузный силос, или биоразлагаемые отходы, включая осадок сточных вод и пищевые отходы. В процессе микроорганизмы преобразуют отходы биомассы в биогаз (в основном метан и углекислый газ) и дигестат. Более высокие объемы биогаза могут быть получены при совместной переработке сточных вод с другими отходами молочной, сахарной или пивоваренной промышленности. Например, при смешивании 90% сточных вод пивоварни с 10% сыворотки, производство биогаза увеличилось в 2,5 раза по сравнению с биогазом, производимым только из сточных вод пивоварни. Производство биогаза из специально выращенной кукурузы было признано неустойчивым и вредным из-за высокой концентрации, интенсивности и эрозионного воздействия этих плантаций на почву.

Основные процессы

Существует два ключевых процесса: мезофильное и термофильное сбраживание, зависящие от температуры. В ходе экспериментальных работ в Университете Аляски Фэрбенкс 1000-литровый метантенк, использующий психофилы, выделенные из "ила из замерзшего озера на Аляске", производил 200–300 литров метана в день, что составляет примерно 20–30% от объема, производимого метантенками в более теплых климатических условиях.

Опасности

Загрязнение воздуха, образующееся при использовании биогаза, аналогично загрязнению от природного газа, поскольку при сжигании метана (основного компонента биогаза) в качестве источника энергии образуется углекислый газ – парниковый газ (как показано в этом уравнении: + 2 → + 2). Содержание токсичного сероводорода представляет собой дополнительный риск и приводило к серьезным авариям. Утечки несгоревшего метана также представляют риск, так как метан является мощным парниковым газом. На объекте может происходить утечка до 2% метана. Биогаз может быть взрывоопасным при смешивании в соотношении одна часть биогаза к 8–20 частям воздуха. При проведении работ по техническому обслуживанию в пустом биогазовом реакторе необходимо соблюдать особые меры предосторожности. Важно, чтобы в системе биогаза никогда не возникало отрицательного давления, так как это может привести к взрыву. Отрицательное давление газа может возникнуть при чрезмерном удалении или утечке газа; поэтому биогаз не следует использовать при давлении ниже одного миллиметра водяного столба, измеряемого манометром. Необходимо регулярно проверять систему биогаза на наличие запаха. При обнаружении запаха биогаза в любом месте следует немедленно открыть окна и двери. В случае пожара необходимо перекрыть подачу газа на запорном клапане системы биогаза.

Сброс газа

Газ, образующийся на полигонах, производится из влажных органических отходов, разлагающихся в анаэробных условиях, подобно биогазу. Отходы покрываются и механически сжимаются весом нанесенного сверху материала. Этот материал препятствует доступу кислорода, что способствует развитию анаэробных микроорганизмов. Биогаз накапливается и медленно высвобождается в атмосферу, если полигон не оборудован системой улавливания газа. Выброс газа с полигона без контроля может быть опасен, поскольку он становится взрывоопасным при выходе из полигона и смешивании с кислородом. Нижний предел взрываемости составляет 5% метана, а верхний – 15% метана. Метан, содержащийся в биогазе, в 28 раз сильнее воздействует на парниковый эффект, чем углекислый газ. Следовательно, неконтролируемый выброс газа с полигона в атмосферу может существенно усугублять последствия глобального потепления. Кроме того, летучие органические соединения (ЛОС) в газе с полигона способствуют образованию фотохимического смога.

Технические

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – это показатель количества кислорода, необходимого аэробным микроорганизмам для разложения органического вещества в образце материала, используемого в биогазовой установке, а также БПК сточных вод позволяет рассчитать суточную выработку энергии биогазовой установкой. Другим понятием, связанным с биогазовыми установками, является степень загрязненности сточных вод, которая показывает количество органического материала на единицу объема источника биогаза. Типичные единицы измерения этого показателя – мг БПК/литр. Например, степень загрязненности сточных вод может варьироваться от 800 до 1200 мг БПК/литр в Панаме. Из 1 кг выведенных из эксплуатации кухонных биоотходов можно получить 0,45 м³ биогаза. Стоимость сбора биологических отходов из домохозяйств составляет приблизительно 70 евро за тонну.

Состав

+ Типичный состав биогаза Составная формула Процентный объем Метан 50–80 Диоксид углерода 15–50 Азот 0–10 Водород 0–1 Сульфид водорода H2S 0–0,5 Кислород 0–2,5 Источник: www.kolumbus.fi, 2007

Состав биогаза варьируется в зависимости от состава субстрата, а также от условий внутри анаэробного реактора (температура, pH и концентрация субстрата). Газ, образующийся на полигонах, обычно содержит около 50% метана. Передовые технологии переработки отходов могут производить биогаз с содержанием метана 55–75%, которое для реакторов с жидкой фазой может быть увеличено до 80–90% с использованием методов очистки газа непосредственно в реакторе. Биогаз, как продукт, содержит водяной пар. Объемная доля водяного пара зависит от температуры биогаза; коррекция измеренного объема газа с учетом содержания водяного пара и теплового расширения легко выполняется с помощью простых математических расчетов, позволяющих получить стандартизированный объем сухого биогаза. Для 1000 кг (влажного веса) сырья, поступающего в типичный биореактор, содержание общего сухого вещества может составлять 30% от влажного веса, а содержание летучего сухого вещества – 90% от общего сухого вещества. Белки составляют 20% летучего сухого вещества, углеводы – 70% летучего сухого вещества, а жиры – 10% летучего сухого вещества.

Соединения серы

В биогазе наиболее распространенным загрязнителем является сероводород (H2S), но могут присутствовать и другие соединения, содержащие серу, такие как тиолы. Если сероводород остается в потоке биогаза, он вызывает коррозию, а при сжигании образует диоксид серы и серную кислоту – также коррозионные и опасные для окружающей среды вещества.

Преимущества биогаза, полученного из навоза

Высокие уровни метана образуются при хранении навоза в анаэробных условиях. Во время хранения и после внесения навоза на землю также образуется оксид азота как побочный продукт процесса денитрификации. Окись азота (N2O) в 320 раз сильнее воздействует на парниковый эффект, чем углекислый газ, а метан – в 25 раз сильнее, чем углекислый газ. Перерабатывая коровьи отходы в метановый биогаз посредством анаэробного сбраживания, миллионы голов крупного рогатого скота в Соединенных Штатах могли бы производить 100 миллиардов киловатт-часов электроэнергии, чего хватило бы для обеспечения электроэнергией миллионов домов по всей стране. Одна корова может производить достаточно навоза за один день, чтобы генерировать 3 киловатт-часа электроэнергии. Более того, перерабатывая навоз крупного рогатого скота в метановый биогаз вместо его разложения, можно было бы сократить выбросы парниковых газов на 99 миллионов метрических тонн, или на 4%.

Приложения

Биогаз может использоваться для производства электроэнергии на очистных сооружениях, в газопоршневом двигателе когенерационной установки, где отработанное тепло двигателя удобно используется для обогрева реактора (метантенка); приготовления пищи; отопления помещений; нагрева воды; и технологического нагрева. При компрессии он может заменить сжатый природный газ для использования в транспортных средствах, где он может служить топливом для двигателей внутреннего сгорания или топливных элементов, и является гораздо более эффективным средством снижения выбросов углекислого газа, чем его обычное использование в когенерационных установках на месте.

Модернизация биогаза

Сырой биогаз, образующийся в процессе анаэробного сбраживания, содержит примерно 60% метана и 39% других газов, а также следы H2S: он непригоден для использования в механизмах. Уже одна коррозионная активность H2S достаточна для разрушения оборудования. Метан в биогазе можно концентрировать с помощью установки по обогащению биогаза до стандартов, соответствующих ископаемому природному газу, который также проходит очистку и превращается в биометан. При наличии возможности, производитель биогаза может использовать существующие газораспределительные сети. Газ должен быть очень чистым и иметь соответствующий состав, чтобы соответствовать требованиям к качеству для транспортировки по трубопроводам и быть принятым газораспределительной сетью. Необходимо удалять углекислый газ, воду, сероводород и твердые частицы, если они присутствуют. Кроме того, все шире применяется технология мембранного разделения для обогащения биогаза, и уже есть несколько работающих установок в Европе и США. Наиболее распространенным методом является водяная абсорбция, при которой газ под высоким давлением подается в колонну, где углекислый газ и другие примеси удаляются путем промывки водой, стекающей против потока газа. Такая установка может обеспечить содержание метана до 98%, при этом производители гарантируют потери метана в системе не более 2%. На работу установки по обогащению биогаза требуется примерно от 3% до 6% от общей выработки энергии в виде газа.

Впрыск биогаза в газовую сеть

Впрыск газа в сеть – это подача биогаза в магистральный газопровод (сеть природного газа). До появления микрокогенерации две трети всей энергии, вырабатываемой биогазовыми установками, терялись (в виде тепла). Используя сеть для транспортировки газа к потребителям, энергия может быть использована для локальной генерации, что снижает потери при передаче энергии. Типичные потери энергии в системах передачи природного газа составляют от 1% до 2%, а в системах передачи электроэнергии – от 5% до 8%. Перед подачей в газовую сеть биогаз проходит процесс очистки, в ходе которого он доводится до качества природного газа. В процессе очистки удаляются примеси, опасные для газовой сети и конечных пользователей.

Биогаз в транспорте

Если биогаз концентрирован и сжат, его можно использовать для транспортировки. Сжатый биогаз широко используется в Швеции, Швейцарии и Германии. В Швеции с 2005 года эксплуатируется поезд на биогазе под названием Biogaståget Amanda (Биогазовый поезд Аманда). Биогаз используется для питания автомобилей. В 1974 году британский документальный фильм под названием «Сладкий как орех» подробно описал процесс производства биогаза из свиного навоза и продемонстрировал, как он использовался для питания специально адаптированного двигателя внутреннего сгорания. По состоянию на 2007 год около 12 000 транспортных средств по всему миру, в основном в Европе, заправлялись биогазом. Другие двигатели внутреннего сгорания, такие как газовые турбины, подходят для преобразования биогаза в электроэнергию и тепло. Дигестат – это оставшееся неорганическое вещество, которое не было преобразовано в биогаз. Его можно использовать в качестве сельскохозяйственного удобрения. Биогаз может использоваться в качестве топлива в системе производства биогаза из сельскохозяйственных отходов и когенерации тепла и электроэнергии на комбинированной теплоэлектростанции (КЭС). В отличие от других видов возобновляемой энергии, таких как ветер и солнце, биогаз можно быстро получить по требованию. Потенциал глобального потепления также может быть значительно снижен при использовании биогаза вместо ископаемого топлива. Однако потенциал подкисления и эвтрофикации, создаваемый биогазом, в 25 и 12 раз выше, соответственно, чем у альтернатив на основе ископаемого топлива. Это воздействие можно уменьшить, используя правильную комбинацию сырья, герметичные хранилища для реакторов и улучшенные методы сбора утечек. В целом, результаты показывают, что использование биогаза может привести к значительному сокращению большинства негативных последствий по сравнению с ископаемым топливом. При внедрении системы необходимо учитывать баланс между экологическим ущербом и выбросами парниковых газов.

Технологический прогресс

В настоящее время такие проекты, как NANOCLEAN, разрабатывают новые способы более эффективного производства биогаза, используя наночастицы оксида железа в процессах переработки органических отходов. Этот процесс способен утроить объём производства биогаза.

Биогаз и санитария

Фекальный шлам является продуктом локальных систем санитарии. После сбора и транспортировки фекальный шлам может быть обработан вместе со сточными водами на традиционной очистной станции, либо обработан отдельно на установке для обработки фекального шлама. Фекальный шлам также может быть совместно перерабатываться с органическими твердыми отходами посредством компостирования или в системе анаэробного сбраживания. Анаэробное сбраживание фекального шлама позволяет получать биогаз. Правильное управление экскрементами и их переработка с целью производства биогаза из фекального шлама способствует снижению негативных последствий ненадлежащего обращения с экскрементами, таких как болезни, передающиеся через воду, и загрязнение воды и окружающей среды. Программа восстановления и повторного использования ресурсов (RRR) является подпрограммой исследовательской программы CGIAR по вопросам воды, земли и экосистем (WLE), посвященной прикладным исследованиям в области безопасного извлечения воды, питательных веществ и энергии из потоков бытовых и агропромышленных отходов. Они полагают, что использование отходов для производства энергии будет финансово выгодным и позволит решить проблемы санитарии, здравоохранения и охраны окружающей среды.

Европейский союз

В Европейском союзе действует законодательство в области управления отходами и полигонами, известное как Директива о полигонах. В странах, таких как Великобритания и Германия, уже приняты законы, обеспечивающие фермерам долгосрочный доход и энергетическую безопасность. ЕС предписывает, чтобы двигатели внутреннего сгорания, работающие на биогазе, имели достаточное давление газа для оптимизации процесса сгорания, а на территории Европейского союза обязательным является использование центробежных вентиляторов ATEX, изготовленных в соответствии с европейской директивой 2014–34/EU (ранее 94/9/EG). Эти центробежные вентиляторы, например, Combimac, Meidinger AG или Witt & Sohn AG, подходят для применения в зонах 1 и 2.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах действует законодательство, регулирующее выбросы свалочного газа, поскольку он содержит летучие органические соединения (ЛОС). Закон о чистом воздухе США и Раздел 40 Кодекса федеральных правил (CFR) обязывают владельцев полигонов твердых бытовых отходов оценивать количество выбрасываемых неметановых органических соединений (НМОС). Если расчетные выбросы НМОС превышают 50 тонн в год, владелец полигона обязан собирать газ и очищать его от содержащихся в нем НМОС. Обычно это достигается путем сжигания. Из-за удаленности полигонов от населенных пунктов, производство электроэнергии из этого газа иногда оказывается экономически нецелесообразным. Существует ряд грантов и кредитов, поддерживающих развитие систем анаэробного сбраживания. Программа "Сельская энергия для Америки" предоставляет кредитное финансирование и гранты на биогазовые установки, как и Программа стимулирования экологического качества, Программа управления охраной природы и Программа кредитования на цели охраны природы.

Соединенные Штаты

Благодаря многочисленным преимуществам биогаза, он становится все более популярным источником энергии и его использование расширяется в Соединенных Штатах. В 2003 году в США было потреблено энергии, полученной из "газа с полигонов", что составило около 0,6% от общего потребления природного газа в стране. В США тестируется метановый биогаз, получаемый из коровьего навоза. Согласно исследованию 2008 года, опубликованному в журнале Science and Children, метанового биогаза из коровьего навоза хватило бы для производства 100 миллиардов киловатт-часов, достаточных для обеспечения электроэнергией миллионов домов по всей Америке. Кроме того, было доказано, что биогаз на основе метана позволяет сократить выбросы парниковых газов на 99 миллионов метрических тонн, что составляет около 4% от общего объема выбросов парниковых газов в Соединенных Штатах. По данным Американского совета по биогазу, в 2021 году количество ферм с установками для переработки биомассы увеличилось на 21%. В штате Вермонт биогаз, производимый на молочных фермах, включен в программу CVPS Cow Power. Изначально программа была предложена Центральной корпорацией общественного обслуживания Вермонта в качестве добровольного тарифа, а после недавнего слияния с Green Mountain Power теперь называется GMP Cow Power. Клиенты могут выбрать оплату с надбавкой по счету за электроэнергию, которая напрямую перечисляется фермам, участвующим в программе. В Шелдоне, штат Вермонт, Green Mountain Dairy предоставляет возобновляемую энергию в рамках программы Cow Power. Это началось, когда братья, владельцы фермы, Билл и Брайан Роуэлл, решили решить проблемы, связанные с управлением навозом на молочных фермах, включая запах навоза и доступность питательных веществ для выращивания кормов для животных. Они установили анаэробный дигестер для переработки отходов жизнедеятельности коров и доильного оборудования от 950 голов скота, чтобы производить возобновляемую энергию, подстилку вместо опилок и удобрение, полезное для растений. Энергетические и экологические характеристики продукции продаются в рамках программы GMP Cow Power. В среднем система, управляемая Роуэллами, производит достаточно электроэнергии для обеспечения 300-350 других домов. Мощность генератора составляет около 300 киловатт. В Херефорде, штат Техас, коровьи навоз используется для питания электростанции, производящей этанол. Переход на биогаз на основе метана позволил электростанции, производящей этанол, экономить 1000 баррелей нефти в день. В целом, электростанция снизила транспортные расходы и создаст новые рабочие места на будущих электростанциях, работающих на биогазе. В Окли, штат Канзас, завод по производству этанола, который считается одним из крупнейших биогазовых комплексов в Северной Америке, использует интегрированную систему утилизации навоза (IMUS) для производства тепла для своих котлов, используя навоз, муниципальные органические отходы и отходы производства этанола. При полной загрузке ожидается, что завод заменит 90% ископаемого топлива, используемого в процессе производства этанола и метанола. В Калифорнии компания Southern California Gas Company выступает за добавление биогаза в существующие газопроводы. Однако представители штата Калифорния считают, что биогаз "более эффективно использовать в секторах экономики, электрификация которых затруднена, таких как авиация, тяжелая промышленность и междугородние грузоперевозки".

With the many benefits of biogas, it is starting to become a popular source of energy and is starting to be used in the United States more. In 2003, the United States consumed of energy from "landfill gas", about 0.6% of the total U. S. natural gas consumption. Methane biogas derived from cow manure is being tested in the U. S. According to a 2008 study, collected by the Science and Children magazine, methane biogas from cow manure would be sufficient to produce 100 billion kilowatt hours enough to power millions of homes across America. Furthermore, methane biogas has been tested to prove that it can reduce 99 million metric tons of greenhouse gas emissions or about 4% of the greenhouse gases produced by the United States. The number of farm based digesters increased by 21% in 2021 according to the American Biogas Council. In Vermont biogas generated on dairy farms was included in the CVPS Cow Power program. The program was originally offered by Central Vermont Public Service Corporation as a voluntary tariff and now with a recent merger with Green Mountain Power is now the GMP Cow Power Program. Customers can elect to pay a premium on their electric bill, and that premium is passed directly to the farms in the program. In Sheldon, Vermont, Green Mountain Dairy has provided renewable energy as part of the Cow Power program. It started when the brothers who own the farm, Bill and Brian Rowell, wanted to address some of the manure management challenges faced by dairy farms, including manure odor, and nutrient availability for the crops they need to grow to feed the animals. They installed an anaerobic digester to process the cow and milking center waste from their 950 cows to produce renewable energy, a bedding to replace sawdust, and a plant friendly fertilizer. The energy and environmental attributes are sold to the GMP Cow Power program. On average, the system run by the Rowells produces enough electricity to power 300 to 350 other homes. The generator capacity is about 300 kilowatts. In Hereford, Texas, cow manure is being used to power an ethanol power plant. By switching to methane biogas, the ethanol power plant has saved 1000 barrels of oil a day. Over all, the power plant has reduced transportation costs and will be opening many more jobs for future power plants that will rely on biogas. In Oakley, Kansas, an ethanol plant considered to be one of the largest biogas facilities in North America is using integrated manure utilization system (IMUS) to produce heat for its boilers by utilizing feedlot manure, municipal organics and ethanol plant waste. At full capacity the plant is expected to replace 90% of the fossil fuel used in the manufacturing process of ethanol and methanol. In California, the Southern California Gas Company has advocated for mixing biogas into existing natural gas pipelines. However, California state officials have taken the position that biogas is "better used in hard to electrify sectors of the economy like aviation, heavy industry and long haul trucking."

Европа

Уровень развития в Европе сильно различается. В то время как такие страны, как Германия, Австрия, Швеция и Италия, достаточно продвинуты в использовании биогаза, в остальной части континента, особенно в Восточной Европе, существует огромный нереализованный потенциал для этого возобновляемого источника энергии. MT Energie – немецкая компания, специализирующаяся на технологиях биогаза и работающая в сфере возобновляемых источников энергии. Различные нормативно-правовые базы, образовательные программы и доступность технологий – одни из главных причин этого неиспользованного потенциала. Еще одной проблемой для дальнейшего развития биогаза является негативное общественное мнение. В феврале 2009 года в Брюсселе была основана Европейская ассоциация биогаза (EBA) как некоммерческая организация для продвижения устойчивого производства и использования биогаза в Европе. Стратегия EBA определяет три приоритета: утверждение биогаза как важной части энергетического баланса Европы, стимулирование раздельного сбора бытовых отходов для увеличения газового потенциала и поддержка производства биометана в качестве моторного топлива. По состоянию на июль 2013 года в EBA насчитывалось 60 членов из 24 европейских стран.

Великобритания

По состоянию на сентябрь 2013 года в Великобритании насчитывалось около 130 биогазовых установок, не использующих сточные воды. Большинство из них расположены на фермах, а некоторые более крупные объекты находятся за пределами ферм и перерабатывают пищевые и бытовые отходы. 5 октября 2010 года биогаз впервые был подан в газовую сеть Великобритании. Сточные воды из более чем 30 000 домов в Оксфордшире поступают на очистные сооружения в Дидкоте, где они подвергаются анаэробному сбраживанию для производства биогаза, который затем очищается и используется для обеспечения газом примерно 200 домов. В 2015 году компания Green Energy Ecotricity объявила о планах строительства трех установок для подачи биогаза в сеть.

Италия

В Италии индустрия биогаза впервые начала развиваться в 2008 году благодаря введению выгодных тарифов на подключение к сети. Позднее они были заменены премиями за подключение к сети, и предпочтение было отдано побочным продуктам и сельскохозяйственным отходам, что привело к стагнации производства биогаза и получаемого тепла и электроэнергии с 2012 года. По состоянию на сентябрь 2018 года в Италии насчитывается более 200 биогазовых установок с производством около 1,2 ГВт.

Германия

Германия является крупнейшим в Европе производителем биогаза и лидером рынка в области технологий биогаза. В 2010 году в стране работало 5905 биогазовых установок: основными регионами являются Нижняя Саксония, Бавария и восточные федеральные земли. Большинство этих установок используются в качестве электростанций. Как правило, биогазовые установки напрямую подключены к когенерационной установке (ТЭЦ), которая производит электроэнергию путем сжигания биометана. Полученная электроэнергия затем поступает в общую энергосеть. В 2010 году общая установленная электрическая мощность этих электростанций составила 2291 МВт. В Германии биогаз в основном получают путем совместной ферментации энергетических культур (обозначаемых как "NawaRo" – сокращение от *nachwachsende Rohstoffe*, что в переводе с немецкого означает "возобновляемые ресурсы") в смеси с навозом. Основной культурой является кукуруза. Для производства биогаза также используются органические отходы, а также промышленные и сельскохозяйственные отходы, такие как отходы пищевой промышленности. В этом отношении производство биогаза в Германии существенно отличается от Великобритании, где наиболее распространен биогаз, получаемый на полигонах твердых бытовых отходов. В 2000 году Закон о поставках электроэнергии был заменен Законом о возобновляемых источниках энергии (EEG). Этот закон гарантировал фиксированную компенсацию за произведенную электроэнергию в течение 20 лет. Размер компенсации, около 8 центов за кВтч, предоставил фермерам возможность стать поставщиками энергии и получить дополнительный источник дохода. В 2007 году правительство Германии подтвердило свое намерение продолжать инвестировать усилия и оказывать поддержку в улучшении поставок возобновляемой энергии для решения растущих климатических проблем и увеличения цен на нефть в рамках "Интегрированной программы по климату и энергетике". Эта устойчивая тенденция к продвижению возобновляемых источников энергии создает ряд проблем в управлении и организации поставок возобновляемой энергии, что также оказывает влияние на производство биогаза. Первой заметной проблемой является значительная площадь, занимаемая энергетическими культурами для производства биогаза. В 2011 году энергетические культуры для производства биогаза занимали площадь около 800 000 га в Германии. Этот высокий спрос на сельскохозяйственные земли создает новую конкуренцию с пищевой промышленностью, которой ранее не существовало. Кроме того, в основном в сельских регионах были созданы новые отрасли и рынки, что привело к появлению новых участников с различным экономическим, политическим и общественным опытом. Их влияние и действия должны регулироваться для получения всех преимуществ, которые предлагает этот новый источник энергии. В конечном итоге, биогаз будет продолжать играть важную роль в обеспечении Германии возобновляемой энергией при условии эффективного управления. В зависимости от размера и местоположения, типичная биогазовая установка с фиксированным куполом из кирпича может быть установлена во дворе сельской семьи с инвестициями от 300 до 500 долларов США в странах Азии и до 1400 долларов США в африканском контексте. Высококачественная биогазовая установка требует минимальных затрат на техническое обслуживание и может производить газ в течение как минимум 15–20 лет без серьезных проблем и необходимости дополнительных инвестиций. Для пользователя биогаз обеспечивает чистую энергию для приготовления пищи, снижает загрязнение воздуха в помещении и сокращает время, затрачиваемое на традиционный сбор биомассы, особенно для женщин и детей. Жижа – это чистое органическое удобрение, которое потенциально может повысить продуктивность сельского хозяйства. Энергия является важной частью современного общества и может служить одним из важнейших показателей социально-экономического развития. Несмотря на прогресс в технологиях, около трех миллиардов человек, в основном в сельских районах развивающихся стран, по-прежнему удовлетворяют свои потребности в энергии для приготовления пищи традиционными способами, сжигая биомассу, такую как дрова, остатки сельскохозяйственных культур и навоз животных, в примитивных традиционных печах. Домашняя технология производства биогаза является проверенной и хорошо зарекомендовавшей себя технологией во многих частях мира, особенно в Азии. Несколько стран этого региона, таких как Китай и Индия, запустили масштабные программы по производству биогаза для бытовых нужд. Нидерландская организация развития SNV поддерживает национальные программы по производству биогаза для бытовых нужд, направленные на создание коммерчески жизнеспособных секторов производства биогаза для бытовых нужд, в которых местные компании занимаются маркетингом, установкой и обслуживанием биогазовых установок для домохозяйств. В Азии SNV работает в Непале, Вьетнаме, Бангладеш, Бутане, Камбодже, Пакистане и Индонезии, а в Африке – в Руанде, Сенегале, Буркина-Фасо, Эфиопии, Танзании, Уганде, Кении, Бенине и Камеруне. В Южной Африке производится и продается предварительно собранная система биогаза. Одной из ключевых особенностей является то, что для установки требуется меньше квалификации и она происходит быстрее, поскольку резервуар-дигестер изготовлен из готового пластика.

Germany is Europe's biggest biogas producer and the market leader in biogas technology. In 2010 there were 5,905 biogas plants operating throughout the country: Lower Saxony, Bavaria, and the eastern federal states are the main regions. Most of these plants are employed as power plants. Usually the biogas plants are directly connected with a CHP which produces electric power by burning the bio methane. The electrical power is then fed into the public power grid. In 2010, the total installed electrical capacity of these power plants was 2,291 MW. Biogas in Germany is primarily extracted by the co fermentation of energy crops (called 'NawaRo', an abbreviation of nachwachsende Rohstoffe, German for renewable resources) mixed with manure. The main crop used is corn. Organic waste and industrial and agricultural residues such as waste from the food industry are also used for biogas generation. In this respect, biogas production in Germany differs significantly from the UK, where biogas generated from landfill sites is most common. In 2000 the Electricity Feed in Act was replaced by the Renewable Energy Sources Act (EEG). This law even guaranteed a fixed compensation for the produced electric power over 20 years. The amount of around 8¢/kWh gave farmers the opportunity to become energy suppliers and gain a further source of income. In 2007 the German government stressed its intention to invest further effort and support in improving the renewable energy supply to provide an answer on growing climate challenges and increasing oil prices by the 'Integrated Climate and Energy Programme'. This continual trend of renewable energy promotion induces a number of challenges facing the management and organisation of renewable energy supply that has also several impacts on the biogas production. The first challenge to be noticed is the high area consuming of the biogas electric power supply. In 2011 energy crops for biogas production consumed an area of circa 800,000 ha in Germany. This high demand of agricultural areas generates new competitions with the food industries that did not exist hitherto. Moreover, new industries and markets were created in predominately rural regions entailing different new players with an economic, political and civil background. Their influence and acting has to be governed to gain all advantages this new source of energy is offering. Finally biogas will furthermore play an important role in the German renewable energy supply if good governance is focused. Depending on size and location, a typical brick made fixed dome biogas plant can be installed at the yard of a rural household with the investment between US$300 to $500 in Asian countries and up to $1400 in the African context. A high quality biogas plant needs minimum maintenance costs and can produce gas for at least 15–20 years without major problems and re investments. For the user, biogas provides clean cooking energy, reduces indoor air pollution, and reduces the time needed for traditional biomass collection, especially for women and children. The slurry is a clean organic fertilizer that potentially increases agricultural productivity. Energy is an important part of modern society and can serve as one of the most important indicators of socio economic development. As much as there have been advancements in technology, even so, some three billion people, primarily in the rural areas of developing countries, continue to access their energy needs for cooking through traditional means by burning biomass resources like firewood, crop residues and animal dung in crude traditional stoves. Domestic biogas technology is a proven and established technology in many parts of the world, especially Asia. Several countries in this region have embarked on large scale programmes on domestic biogas, such as China and India. The Netherlands Development Organisation, SNV, supports national programmes on domestic biogas that aim to establish commercial viable domestic biogas sectors in which local companies market, install and service biogas plants for households. In Asia, SNV is working in Nepal, Vietnam, Bangladesh, Bhutan, Cambodia, Pakistan and Indonesia, and in Africa; Rwanda, Senegal, Burkina Faso, Ethiopia, Tanzania, Uganda, Kenya, Benin and Cameroon. In South Africa a prebuilt Biogas system is manufactured and sold. One key feature is that installation requires less skill and is quicker to install as the digester tank is premade plastic.

Индия

Биогаз в Индии традиционно основывается на молочном навозе в качестве сырья, и эти установки "гобар" функционируют уже длительное время, особенно в сельской Индии. За последние 2–3 десятилетия исследовательские организации, ориентированные на обеспечение энергетической безопасности сельских районов, усовершенствовали конструкцию систем, что привело к появлению новых, эффективных и недорогих моделей, таких как модель Deenabandhu. Модель Deenabandhu – это новая, популярная в Индии модель производства биогаза. (Deenabandhu означает «друг беспомощных».) Обычно емкость установки составляет от 2 до 3 кубических метров. Она строится из кирпича или смеси железобетона. В Индии кирпичная модель стоит немного дороже, чем железобетонная; однако Министерство новых и возобновляемых источников энергии Индии предоставляет определенную субсидию на каждую построенную модель. Биогаз, который в основном состоит из метана/природного газа, также может экономически эффективно использоваться для производства богатых белком кормов для крупного рогатого скота, птицы и рыбы в деревнях путем культивирования бактерий Methylococcus capsulatus, требующих небольшого количества земли и воды. Углекислый газ, образующийся в качестве побочного продукта на этих установках, может быть использован для более дешевого производства водорослевого масла или спирулины из водорослевых культур, особенно в тропических странах, таких как Индия, что в будущем может отодвинуть сырую нефть на второй план. Правительство Индии реализует множество программ по продуктивному использованию сельскохозяйственных отходов или биомассы в сельских районах для повышения уровня сельской экономики и создания новых рабочих мест. Эти установки преобразуют несъедобную биомассу или отходы съедобной биомассы в продукцию высокой добавленной стоимости, не загрязняя воду и не вызывая выбросов парниковых газов (ПГ). Сжиженный нефтяной газ (СНГ) является ключевым источником топлива для приготовления пищи в городской Индии, и его цены растут вместе с мировыми ценами на топливо. Кроме того, значительные субсидии, предоставляемые последовательными правительствами для продвижения СНГ в качестве топлива для приготовления пищи, стали финансовым бременем, что вновь привлекло внимание к биогазу как альтернативному топливу для приготовления пищи в городских условиях. Это привело к разработке сборных реакторов для модульной установки, в отличие от конструкций из железобетона и цемента, строительство которых занимает больше времени. Возросший интерес к технологическим процессам, таким как модель Biourja, повысил статус средних и крупных анаэробных реакторов в Индии как потенциальной альтернативы СНГ в качестве основного топлива для приготовления пищи. В Индии, Непале, Пакистане и Бангладеш биогаз, получаемый в результате анаэробного сбраживания навоза на небольших установках, называется гобар-газом. По оценкам, такие установки существуют в более чем 2 миллионах домохозяйств в Индии, 50 000 в Бангладеш и тысячах в Пакистане, особенно в Северном Пенджабе, благодаря процветающему поголовью скота. Реактор представляет собой герметичную круглую яму из бетона с трубопроводным подключением. Навоз направляется в яму, обычно непосредственно из скотного двора. Яма заполняется необходимым количеством сточных вод. Газовая труба соединяется с кухонной плитой через регулирующие клапаны. Сжигание этого биогаза практически не имеет запаха и дыма. Благодаря простоте внедрения и использования дешевого сырья в деревнях, это один из наиболее экологически безопасных источников энергии для удовлетворения сельских потребностей. Одним из таких систем является Sintex Digester. Некоторые конструкции используют вермикультуру для дальнейшего улучшения осадка, производимого биогазовой установкой, для использования в качестве компоста. В Пакистане Сеть программ поддержки сельских районов реализует Пакистанскую программу внутреннего биогаза, в рамках которой было установлено 5360 биогазовых установок и обучено более 200 каменщиков данной технологии, а также ставится цель развития сектора биогаза в Пакистане. В Непале правительство предоставляет субсидии на строительство биогазовых установок в домах.

Biogas in India has been traditionally based on dairy manure as feed stock and these "gobar" gas plants have been in operation for a long period of time, especially in rural India. In the last 2–3 decades, research organisations with a focus on rural energy security have enhanced the design of the systems resulting in newer efficient low cost designs such as the Deenabandhu model. The Deenabandhu Model is a new biogas production model popular in India. (Deenabandhu means "friend of the helpless".) The unit usually has a capacity of 2 to 3 cubic metres. It is constructed using bricks or by a ferrocement mixture. In India, the brick model costs slightly more than the ferrocement model; however, India's Ministry of New and Renewable Energy offers some subsidy per model constructed. Biogas which is mainly methane/natural gas can also be used for generating protein rich cattle, poultry and fish feed in villages economically by cultivating Methylococcus capsulatus bacteria culture with tiny land and water foot print. The carbon dioxide gas produced as by product from these plants can be put to use in cheaper production of algae oil or spirulina from algaculture particularly in tropical countries like India which can displace the prime position of crude oil in near future. Union government of India is implementing many schemes to utilise productively the agro waste or biomass in rural areas to uplift rural economy and job potential. With these plants, the non edible biomass or waste of edible biomass is converted in to high value products without any water pollution or green house gas (GHG) emissions. LPG (Liquefied Petroleum Gas) is a key source of cooking fuel in urban India and its prices have been increasing along with the global fuel prices. Also the heavy subsidies provided by the successive governments in promoting LPG as a domestic cooking fuel has become a financial burden renewing the focus on biogas as a cooking fuel alternative in urban establishments. This has led to the development of prefabricated digester for modular deployments as compared to RCC and cement structures which take a longer duration to construct. Renewed focus on process technology like the Biourja process model has enhanced the stature of medium and large scale anaerobic digester in India as a potential alternative to LPG as primary cooking fuel. In India, Nepal, Pakistan and Bangladesh biogas produced from the anaerobic digestion of manure in small scale digestion facilities is called gobar gas; it is estimated that such facilities exist in over 2 million households in India, 50,000 in Bangladesh and thousands in Pakistan, particularly North Punjab, due to the thriving population of livestock. The digester is an airtight circular pit made of concrete with a pipe connection. The manure is directed to the pit, usually straight from the cattle shed. The pit is filled with a required quantity of wastewater. The gas pipe is connected to the kitchen fireplace through control valves. The combustion of this biogas has very little odour or smoke. Owing to simplicity in implementation and use of cheap raw materials in villages, it is one of the most environmentally sound energy sources for rural needs. One type of these system is the Sintex Digester. Some designs use vermiculture to further enhance the slurry produced by the biogas plant for use as compost. In Pakistan, the Rural Support Programmes Network is running the Pakistan Domestic Biogas Programme which has installed 5,360 biogas plants and has trained in excess of 200 masons on the technology and aims to develop the Biogas Sector in Pakistan. In Nepal, the government provides subsidies to build biogas plant at home.

Китай

По состоянию на 2023 год Китай является одновременно крупнейшим в мире производителем и крупнейшим потребителем бытового биогаза. Китайцы экспериментируют с применением биогаза с 1958 года. Около 1970 года в Китае было установлено 6 миллионов установок для переработки биомассы с целью повышения эффективности сельского хозяйства. За последние несколько лет технологии демонстрируют высокие темпы роста. Это, по-видимому, одни из первых разработок в области получения биогаза из сельскохозяйственных отходов. Развитие биогазового строительства в сельской местности Китая демонстрирует устойчивую тенденцию к росту. Экспоненциальный рост потребности в энергии, обусловленный быстрым экономическим развитием и серьезной проблемой смога в Китае, привело к тому, что биогаз стал более экологичным источником энергии для сельских районов. В уезде Цин провинции Хэбэй в настоящее время развивается технология использования соломы сельскохозяйственных культур в качестве основного сырья для производства биогаза. К 2007 году в Китае насчитывалось 26,5 миллионов биогазовых установок с объемом производства 10,5 миллиардов кубических метров биогаза. Годовой объем производства биогаза увеличился до 248 миллиардов кубических метров в 2010 году. Правительство Китая оказывало поддержку и финансирование сельским проектам по производству биогаза. По состоянию на 2023 год более 30 миллионов сельских домохозяйств Китая используют биогазовые установки.

Замбия

В Лусаке, столице Замбии, проживает два миллиона человек, при этом более половины населения проживает в периурбанизированных районах. Большинство населения использует выгребные туалеты, производя около 22 680 тонн фекальных стоков в год. Управление этими стоками осуществляется ненадлежащим образом: более 60% образующихся фекальных стоков остаются в жилой среде, что негативно сказывается как на окружающей среде, так и на здоровье населения. Несмотря на то, что исследования и внедрение биогазовых технологий начались еще в 1980-х годах, Замбия отстает от других стран Африки к югу от Сахары в области внедрения и использования биогаза. Для обеспечения энергией для приготовления пищи и освещения необходимы навоз сельскохозяйственных животных и растительные остатки. Препятствиями для развития биогазовой отрасли являются недостаточное финансирование, отсутствие политики, нормативно-правовой базы и стратегий в области биогаза, неблагоприятная инвестиционная политика, недостаток квалифицированных специалистов, низкая осведомленность о преимуществах биогазовых технологий среди руководства, финансовых учреждений и местного населения, сопротивление изменениям, обусловленное культурными традициями, высокие затраты на установку и обслуживание биогазовых установок, недостаточные объемы исследований и разработок, неэффективное управление и отсутствие мониторинга установленных установок, сложность углеродного рынка, отсутствие стимулов и принципов социальной справедливости. Все это препятствует приобретению и устойчивому развитию отечественного производства биогаза в Замбии.

Общество и культура

В австралийском фильме 1985 года «Безумный Макс за Громовым куполом» пост-апокалиптическое поселение Бартертаун функционирует благодаря центральной биогазовой системе, основанной на свиноферме. Метан используется не только для производства электроэнергии, но и для питания транспортных средств Бартертауна. Роман «Город коров», написанный в начале 1940-х годов, повествует о тяготах города, возведенного на коровьем навозе, и о проблемах, вызванных образовавшимся метановым биогазом. Инженер Картер МакКормик из города, расположенного за пределами этого мегаполиса, отправлен туда, чтобы найти способ использовать этот газ для обеспечения города энергией, а не для его уничтожения. Современное производство биогаза открывает новые возможности для квалифицированной занятости, благодаря развитию новых технологий.