В статье приводятся данные по изучению возможности исползования смеси биомассы некоторых галофитов (H.strobilaceum (Pall) Bieb, H.belangeriana (Moq) Botsch, H.strobilaceum (Pall) Bieb, H.belangeriana (Moq) Botsch, T. hispida Willd, H.aphyllum, T. hispida Willd, K.caspia, S.microphylla Pall, C.lanata (Pall) Botsch) и отходов животноводства, как источника получения биогаза, а также влияние соотношения в смеси биомассы галофитов и отходов животноводства на скорость образования биогаза.
Ключевые слова: альтернативные источники энергии, галофит, биомасса, отходы животноводства, биогаз.
В настоящее время одной из перспеспективных направлений решения проблемы нехватки знергетического сырья является создание возобновляемых альтернативных иточников энергии. По мере развития человеческого обшества употребляемая энергия на душу населения возросло более 100 раз, каждий 10–15 лет уровень использования энергии растёт в 2 раза.
Известно, что энергетические ресурсы являются одным из основных условий существования человеческой цивилизации. По оценкам специалистов, при нинешнем темпе использования энергии, существующих запасов нефти хватить на 40–50 лет, запасов газа — на 70–75 лет, запасов угля — на 165–170 лет. Исходя из потребности человечества к энергоресурсам, к 2050 годам более 30 % ежегодно употребляемой энергии будет производится за счет возовновлямых источников [5; c. 33–35]. В связи с этим ведется поиск более дещевых и экологически маловредных источников энергии. Одным из которых является получение биогаза из отходов животноводческих ферм. По предварительным расчётам, потенциал животного отхода для получения биогаза состовляет более 8 млрд. м3, и во всех регионах, где достаточно навоза, есть возможность получения от него биогаза [4; c. 110].
По данным специалистов, навоз одного крупнорогатого скота может дасть 4,2 м3 биогаза. Если считать, что энергия 1 м3 биогаза ровна на энергию 0,6–0,7 м3 природного газа, 0,7 л нефти, 0,65 л дизельного топлива, 0,5 л бензина или 1,7 кг дровы, или же от 1 м3 биогаза можно получить до 2 кВт/час. электроэнергию, то значение этой технологии весьма перспективна. Однако, в нашей стране, где навоз использует как основного органического удобрения в сельском хозяйстве (хлопковые или злаковые поля каждий год требуют 40–60 тонн навоза), возможности использования навоза как сирья дла получения биогаза ограничена, что и требуют поиска других альтернативных источников биогаза.
В настояшее время, в развитых и развывающихся странах мира для улучщения обеспеченности населения энергоресурсами, ведется широкие научные исследования по поиску альтернативных и нетрадиционных источников энергии, в частности, использование в качестве сырья для получения разных форм топлива (биоэтанол, биогаз, биодизeл и др.) растительной биомассы. Во многих странах, в частности, Бразилии, Германии, Португалии, Франции, Дании, Италии, России, Китае и других странах Азии, Африки и Латинской Америки, производство энергии за счет биомассы расматривается как одным из приоритетных направлений науки и практики [6; c. 34].
Исходя из выше изложенного, в исследованиях проводили сравнительний анализ состава и скорости образования биогаза, выделяемого из смеси некоторых галофитов (H.strobilaceum (Pall) Bieb, H.belangeriana (Moq) Botsch, T. hispida Willd, H.aphyllum, K.caspia, S.microphylla Pall, C.lanata (Pall) Botsch) и отходов животноводства.
Для выделения биогаза из смеси галофитов и отходов животноводства исползовались методы Ковалева (1998), Куканова и др. (2011), Верма и др. (2007). В качестве метагенного ичточника исползовались ассоциация метагенных микроорганизмов, выделенных из активной болотной гнили Самаркандской области. Исследования проводились в мезофилном режиме, при периодичном режиме добавления субстрата, в 5 литровых лабораторных реакторах [2; c. 46, 3; c. 181, 9; c. 1665]. Изменение давления в реакторе расматривалась как признак выделения газа.
В зависимости от режима технологий, скорость образования из сырья биогаза могут быть различным. По данным некоторых авторов, скорость образования газа в психрофильном режиме составляет 30–40 дней и более, в мезофильном режиме — 12–20 дней, а в термофилном режиме — 5–12 дней [1, с. 48]. Zumar M. A., Bundhoo и др. (2015), используя биомассу некоторых целенаправленно неиспользующихся растений, отмечають, что максималное количество газа образуется на 14–25 день в мезофильном режиме. По данным М.Дебовски (2013), выход биогаза из биомассы водорослей начинается с первых дней процесса, но максималное количество газа наблюдается на 15–30 день [7; с. 598, 10; с. 1090].
Н.Акиншина и др. (2016), используя в своих опытах биомассу галофитов, таких как климакоптера, карелиниа и др., произрастающих в Кизилкуме, отмечают, что в мезофильном режиме наиболшее количество газа образуется на 21–24 день [5; с. 307].
Как показали наши исследования, использование смеси биомассы галофитов и отходов животноводства как сырья, максималное количество образования биогаза наблюдается более ранние сроки (рис. 1.)
Так, в реакторе, где использовали только биомассу галофитов, образование газа началась 9–16 день метаногенеза, а интенсивное образование наблюдается на 22–24 день. С этого мемента наблюдалься стабилизация давления в реакторе, что показывает замедление процесса газообразования. При использование в виде сырья смеси биомассы галофитов и отходов животноводства наблюдается ускорение процесса газообразования. Так, при соотношении в смеси 80 % биомасса галофитов: 20 % отходы животноводства, начало образования газа наблюдается на 7–13 день метаногенеза, а интенсивное образование газа-на 20–23 день. А в варианте, где соотношение биомассы галофитов и отходов животноводства составлает 60 % биомасса:40 отходы животных, начало газообразование наблюдается 6–13 ден метаногенеза, пик интенсивности оброзования газа на 20–22 день. Наилучшим вариантом по скорости образования биогаза оказался смесь, где соотношение биомассы галофитов и отходов животноводства составляет 40 % биомасса галофитов: 60 % отходы животноводства. В этом случае образование газа начинается уже 6–11 дни метаногенеза, а самое интенсивное выделение газа наблюдается на19–21 день метаногенеза. В варианте, где соотношение в смеси составляла 20 % биомасса галофитов: 80 % отходы животноводства, скорость образования биогаза была 1,3 раза выше, в сравнении с вариантом, где в качестве сырья использована только биомасса галофитов.
Рис. 1. Скорость образования биогаза из смеси биомассы галофитов и отходов животноводства (n=4). (Здесь: I — смешанная биомасса галофитов (сарсазан, соляноколосник, гребенщик, черный саксаул и другие галофиты в ровных количествах); II — 80 % биомасса галофитов: 20 % отходы животноводства; III — 60 % биомасса галофитов: 40 % отходы животноводства; IV — 40 % биомасса галофитов: 60 % отходы животноводства; V — 20 % биомасса галофитов: 80 % отходы животноводства; VI — отходы животноводства)
Когда в качестве сырья использовали одходов животноводства в отдельности, наблюдалось более раннее начало газообразования, то есть на 4–9 дни метаногенеза, а интенсивное образовани газа на 18–20 день. Хотя, спользование отходов животноводства в отдельности как сырья для получения биогаза более эффективна, использование смеси биомассы галофитов и отходов животноводства наиболее приемлема в условиях нашей Республике, где большая часть отходов животноводства используют как органическое удобрение.
Таким образом, использование в качестве сырья смесь биомассы галофитов и отходов животноводства для получения биогаза, позволяет ускорить процесс газообразования в сравнении с сырем, в состав которого входить только бииомасса галофитов. Наилушем вариантом соотношения в смеси биомассы галофитов и отходов животноводства является 2/5 часть биомасса галофитов: 3/5 часть отходы животноводства, который обеспечивает ускоренное образование метана и эффективность технологии.
Литература:
1. Биогаз — теория и практика / Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. — М.: Колос, 1982. — 148 с.
2. Ковалёв А. А. Эффективность произдводство биогаза на животноводческих фермах // Техника в сельском хозяйстве журнал. — 2001. — № 3. С. 44–52.
3. Ташпулатов Ж. Ж., Куканова С. И., Зайнитдинова Л. И., Бахтиерова М. С., Арипов Т. Ф. Отработанная биомасса высщих водных растений как источник получения биотоплива // Вестник КазНУ. — 2011. -№ 2(48). C. 180–182.
4. Aberkulov M., Djasimov F. Chorvachilikda biotexnologiya. O‘quv qo‘llanma. — T.: O‘zbekiston Milliy Ensiklopediyasi, 2009. — 135 b.
5. Akinshina N., Azizov A., Karasyova T., Klose E. On the issue of halophytes as energy plants in saline environment // Biomass and Bioenergy. — 2016. — V.91. — P. 306–311.
6. Davranov Q. D. Energiya muammolari va biotexnologiya // O‘zbekiston Milliy Universiteti xabarlari. -2015. — № 3/2. — 31–39 b.
7. Debowski M., Zielinski M., Grala A., Dudek M. Algae biomass as an alternative substrate in biogas production technologies—Review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2013. — V.27. — P. 596–604.
8. Verma V. K., Y. P. Singh, J.P. N. Rai. Biogas production from plant biomass used for phytoremediation of industrial wastes // Bioresource Technology. — 2007. — P.1664–1669.
9. Zumar M. A. Bundhoo, Sumayya Mauthoor, Romeela Mohee. Potential of biogas production from biomass and waste materials in the Small Island Developing State of Mauritius // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2016. — V.56. — P. 1087–1100.
