Міністерство освіти і науки України

Департамент науки і освіти Харківської облдержадміністрації

Харківське територіальне відділення МАН України

 Відділення:екологія та аграрні науки

                                                                       Секція: охорона довкілля та

                                                                       раціональне природокористування

ПЕРСПЕКТИВНІСТЬ БІОГАЗОВИХ СПОРУД

ДЛЯ СІЛЬСЬКОЇ МІСЦЕВОСТІ

                                                         Роботу виконала:
Нестеренко Яна Олександрівна,        учениця 9 класу                            Мечебилівської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів Барвінківської районної ради                                Харківської області

Науковий керівник:                         Фроленко Ніна Іванівна,                          вчитель хімії та біології                                                   Мечебилівської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів

Барвінківської районної ради         Харківської області,                        спеціаліст І категорії

Харків - 2016

   Перспективність біогазових споруд для сільської місцевості

Харківське територіальне відділення МАН України

Нестеренко Яна  Олександрівна, учениця 9 класу Мечебилівської ЗОШ I-III ст. Барвінківської районної ради Харківської області.

Науковий керівник:Фроленко Ніна Іванівна, вчитель біології Мечебилівської ЗОШ I-III ст . Барвінківської районної ради Харківської області, спеціаліст І категорії.

     У сучасних умовах підвищення рівня енергетичної безпеки України розглядається через можливість використання потенціалу ринку альтернативних видів палива з біомаси. Найбільш ефективним способом перетворення відходів у стабільний дохід є виробництво електричної та теплової енергії з біогазу.   

     Метою наукової роботи є дослідження історії видобутку біогазу, основних способів утилізації відходів тваринництва та перспективи їх використання задля отримання економічно вигідних та екологічно чистих енергоресурсів, проведення розрахунків для  опалення Мечебилівської ЗОШ І-ІІІ ст. біогазом.

     У процесі дослідження автором вирішені такі завдання: зроблено оцінку біогазового потенціалу відходів тваринництва, доведено, що біогазові споруди є ефективними з точки зору екологічної безпеки, досліджено принцип роботи біогазової установки, доведено ефективність застосування екологічно чистих біодобрив та їх переваги в порівнянні з іншими органічними добривами, зроблено розрахунки для заміни опалення школи вугіллям на опалення біогазом. На основі обчислень, автором з'ясовано, що переведення школи на опалення біогазом є економічно вигідним. Цифри вказують: у 2014 році за опалювальний сезон школою було витрачено 82 тони вугілля, а це близько 164 тисяч гривень, тоді як біогаз дозволить значно скоротити бюджетні витрати.

     Дані розрахунків та аналіз таблиць дозволяють автору стверджувати, що біогазові споруди для сільської місцевості є необхідними, так як їх впровадження певною мірою вирішить як економічні, так і екологічні проблеми нашої місцевості.

Проти публікації тез не заперечую.

Науковий керівник                                                                      Н.І.Фроленко

27.11.2015    Директор школи                                                    А.І.Гома

ЗМІСТ

ВСТУП

    Актуальність обраної автором теми "Перспективність біогазових споруд для сільської місцевості" полягає в тому, що сьогодні  проблеми зміни клімату на Землі  і прогнозований дефіцит органічних видів палива стимулюють розвиток альтернативних джерел енергії. Експерти, які досліджують ринок енергетики, прогнозують, що до 2030 року потреба в електроенергії подвоїться. Сучасна енергетика вже не може базуватись тільки на традиційних джерелах енергії, запаси яких є вкрай обмеженими. Головними причинами такої уваги до нетрадиційних джерел енергії є очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світову спільноту. Тому необхідно знайти нові масштабні, легко відновлювальні, екологічні і дешеві джерела енергії.

     Негативні фактори розвитку традиційної енергетики в Україні виявляються особливо гостро й збільшуються дисбалансом у розвитку енергетичного комплексу, тому використання поновлювальних джерел енергії набуває особливої значимості. Необхідність і можливість розвитку даного напрямку енергетики обумовлені наступними причинами: дефіцитом традиційних для України паливно - енергетичних ресурсів, сприятливими кліматично-метеорологічними умовами для використання основних видів поновлювальних джерел енергії, наявністю промислової бази, придатної для виробництва практично всіх видів обладнання  для нетрадиційної енергетики.

     У зв'язку з різким загостренням енергетичної кризи в Україні, а також погіршенням економічної обстановки, все більш актуальним стає вирішення питань залучення в народне господарство нетрадиційних джерел енергії, одним із яких є біогаз. Основними джерелами біогазу в сільській місцевості є відходи сільськогосподарського виробництва як рослинницької галузі (солома зернових культур, цукрові буряки, стебла соняшнику), так і тваринницької продукції – гній. Впровадження біогазу має цілий ряд обґрунтованих і підтверджених світовою практикою переваг, а саме – відновлюване джерело енергії.

     Мета роботи – дослідити історію видобутку біогазу, основні способи утилізації відходів тваринництва та перспективи їх використання задля отримання екологічно чистих енергоресурсів. Зробити розрахунки для опалення Мечебилівської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів біогазом як екологічно чистим джерелом енергії.

     Відповідно до поставленої мети, визначені наступні завдання:

·        Зробити оцінку біогазового потенціалу відходів тваринництва.

·        Довести, що біогазові споруди є ефективними з точки зору екологічної безпеки.

·        Дослідити принцип роботи біогазової установки.

·        Довести ефективність застосування екологічно чистих біодобрив та їх переваги в порівнянні з іншими органічними добривами.

·        Спланувати подальші дії для зміни опалення школи вугіллям на опалення біогазом.

     Предметом дослідження є біогаз, його властивості та способи застосування (на прикладі системи опалення Мечебилівської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів (Додаток Г) та свинокомплексу АФ «Лан» (Додаток Ґ).

      Методи дослідження: аналіз, синтез, узагальнення, порівняння.

     Треба зазначити, що біогаз може використовуватися, як і звичайний природний газ, для обігріву приміщень, вироблення електроенергії. Виробництво біогазу з гною тварин у сільському господарстві дозволяє запобігти забрудненню атмосфери та вирішити ряд економічних питань.

     Отже, наукова новизна даного дослідження полягає  в узагальненні наукових знань з даної проблеми, обґрунтуванні перспективності біогазу у місцевості, де проживає автор роботи.

     Практичне значення. Дана робота може використовуватись на уроках екології, географії, у позакласних заходах. Робота була обговорена на шкільному засіданні МАН та на засіданні екологічного гуртка (Додаток Є).

РОЗДІЛ I

ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ ПЕРСПЕКТИВНОСТІ БІОГАЗУ

ЯК АЛЬТЕРНАТИВНОГО ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

     Сьогодні в Україні одним із основних напрямів розвитку енергетичного сектору є відновлювана енергетика та енергозбереження. Не дивлячись на достатньо високий потенціал відновлюваних джерел енергії і ряду успішно реалізованих проектів в цьому напрямку, в країні існує ряд політичних і фінансових бар'єрів. Головною проблемою гальмування розвитку відновлювальних джерел енергії є питання ціноутворення на різні види газу, традиційна залежність від енергетичного бізнесу. З кожним роком в державі з'являється все більше нових підприємств, що виробляють устаткування для відновлюваної енергетики, велика частина якого до сьогодні експортується за кордон, не знаходячи попиту в Україні.

     У сучасних умовах підвищення рівня енергетичної безпеки України розглядається через можливість використання потенціалу ринку альтернативних видів палива з біомаси. Найбільш ефективним способом перетворення відходів у стабільний дохід є виробництво електричної та теплової енергії з біогазу. Економічно доцільний потенціал біомаси в Україні становить близько 30 млн. т/рік. За рахунок його використання реально замістити близько 6 млрд. м³ природного газу в рік вже до 2020 року. Зараз в Україні для виробництва енергії використовується до 1 млн.т. біомаси в рік (близько 0,5% загального енергоспоживання). Продовжує зростання цін на природний газ на внутрішньому ринку України. У бюджеті 2015року закладено найвищу за всі минулі роки ціну природного газу [ 8].

     У результаті природний газ буде на внутрішньому ринку неухильно дорожчати, що підвищує економічну привабливість виробництва біогазу.

      1.1.Науковці про виробництво біогазу

     Проблемам видобутку, дослідження та використання технологій безвідходного виробництва біогазу присвячені праці таких вітчизняних та зарубіжних вчених, як Хомяков В.І., Гелетуха Г.Г., Желєзна Т.А., Мельничук Д., Карл Тетцлав, у яких вони досліджують як теоретичні аспекти, так і практичні напрямки застосування та  виробництва. Було встановлено, що за останні роки значно зросла зацікавленість до процесів виробництва біогазу, це виявляється не тільки у зростаючій кількості біогазових споруд,  що будуються, але і в тих, будівництво яких планується. Для фермерських господарств біогазові технології набувають все більшого значення. Використовуючи біогаз на своєму підприємстві можна не тільки зекономити кошти, а і в багатьох випадках можна також отримати додатковий прибуток на «сільськогосподарській електроенергії». В той же час все вагомішими стають «побічні продукти» біогазової технології, в першу чергу мається на увазі зменшення емісії неприємних запахів від рідких та твердих відходів продуктів життєдіяльності тварин, запобігання втрат поживних речовин, економлячи тим самим на мінеральних добривах, зменшення агресивного впливу на рослини при використанні навозу після біогазової споруди на полях.

     Вченими доведено, що біогаз утворюється внаслідок розкладання органічних відходів бактеріями. Різні групи бактерій розкладають органічні субстрати, що складаються переважно із води, білка, жиру, вуглеводів та мінеральних речовин на їх первинні складові – вуглекислий газ, мінерали та воду. Як продукт обміну речовин при цьому утворюється суміш газів, яка отримала назву – біогаз. Горючий метан складає до 85% і є основним компонентом біогазу, а отже і енергозберігаючим компонентом [14]. Такий природній процес розкладання можливий лише в анаеробних умовах, тобто при відсутності проникнення кисню. Цей процес розкладання називають також гниттям, його можна спостерігати на болотах, озерах, трясовинах. Якщо в такому середовищі присутній кисень, то органіку розкладають інші бактерії, в такому разі процес називається компостуванням. Енергія, що вивільняється внаслідок анаеробного процесу, не втрачається, як тепло при компостуванні, внаслідок життєдіяльності метанових бактерій вона перетворюється на молекули метану. Взагалі із будь-якої органіки в умовах відсутності кисню можна добути біогаз. Газ метан, що міститься в біогазовій суміші, має енергетичну цінність від 10 кВт на м³ і є також газом, як і природний газ. Якщо суміш газів перетворюють в електричний струм з допомогою генератора, то при його ефективності з 10 кВт утворюється 3,5 кВт електричного струму, котрий можна подавати до мережі. Енергія, отримана із біогазу, належить до відновлювальної, оскільки виникає із органічного відновлювального субстрату.

     Багато вчених вважають, що розвиток біоенергетики є дуже актуальним питанням для нашої держави. Вона має значний потенціал, доступний для одержання енергії - близько 24 млн.т/рік біомаси та торфу- близько 0,6 млн.т/рік[1].

Більшість науковців, які зацікавлені темою використання  біогазу, приходять до висновку, що використання традиційного палива поступово має заміщуватись  відновлювальними енергоресурсами.

     Автор згоден з науковцями, що в сучасних умовах використання потенціалу альтернативних джерел енергії є одним із чинників сталого розвитку суспільства, а також продовольчої, енергетичної та екологічної безпеки держави.

    1.2. Історія  видобутку та використання біогазу

    У ході дослідження було з'ясовано, що інтерес до горючого газу, який утворюється на болотах в теплий сезон року, виник ще у наших далеких предків. Передові культури Індії, Китаю, Персії та Ассирії експериментували з біогазом понад ІІІ тисячоліття тому. Використовувати енергію біогазу почали китайці ще  за сотню років до нашої ери. У ті давні часи в Європі шваби-алемани помітили, що газ, який виділяється на болотах, добре горить, і використовували його в опаленні своїх домівок, підводячи по шкіряних трубах і спалюючи у вогнищах. Шваби вважали біогаз «диханням драконів», які, на їх думку, жили в болотах. Через століття та тисячоліття біогаз пережив друге своє відкриття: в ХУІІ-ХУІІІ століттях відразу два європейських вчених звернули на нього увагу. Відомий хімік свого часу Ян Баптіста ван Гельмонт встановив, що при розкладанні будь-якої біомаси утворюється горючий газ, а прославлений фізик і хімік Алессандро Вольта (Додаток Д) встановив пряму залежність між кількістю біомаси, в якій йдуть процеси розкладання, і кількістю біогазу, що виділяється. У 1804 році англійський хімік Джон Дальтон відкрив формулу метану, а чотирма роками пізніше англієць Гемфрі Деві виявив його в складі болотного газу.

     Перша задокументована біогазова установка була побудована в Бомбеї (Індія) в 1859 році. У 1930 році з розвитком мікробіології були виявлені бактерії, що беруть участь у процесі виробництва біогазу. Найбільша кількість біогазових установок створена і експлуатується в Китаї: 40 мільйонів установок різної потужності, обсяг виробленого метану близько 27млрд. м³ за рік.[ 1]

     Друга світова війна змусила європейців у 40-50 роках ХХ століття шукати альтернативні джерела енергії та підвищила потребу в енергоносіях. Біогазові установки, у яких газ вироблявся з гною, поширилися в Німеччині і Франції, частково в Східній Європі, однак після перемоги країн антигітлерівської коаліції про біогазові установки  забули. Електроенергія, природний газ і нафтопродукти повністю покрили потреби виробництва і населення.

     У 50-60-х роках значний вплив на розвиток досліджень у галузі анаеробної ферментації мало масове будівництво станцій очищення стічних вод. Так, тільки у ФРН в 1951 році працювало 48 заводів з переробки стічних вод, що продукували 26 млн м³ біогазу на рік. Значна увага світової спільноти до процесу анаеробної ферментації органічних відходів, джерела отримання енергетичного ресурсу, виявилася під час нафтових криз у капіталістичних країнах.

    У Радянському Союзі технологія отримання біогазу розглядалася в основному  з академічної точки зору і не вважалася затребуваною. На даний час ставлення до альтернативних джерел енергії різко змінилася – вони стали цікаві, оскільки вартість звичних енергоносіїв зростає з року в рік.

      Г.Вінкельман-Ойе, представник Федерального агентства з охорони навколишнього середовища Німеччини, говорить, що сьогодні дуже багато уваги приділяється проблемам використання біогазу в автомобілебудуванні. Вченим доведено, що у автомобілів, переведених на біогазове паливо,  виявлено ряд переваг: газ не містить шкідливих домішок, що руйнують двигун і каталітичний нейтралізатор, двигун вимагає мінімального регулювання, відсутня детонація при  його роботі, зменшується сумарна токсичність вихлопних газів в 1,5 - 2 рази. Автобуси з двигунами, що працюють на біогазі, активно використовуються в містах Швейцарії. За прогнозами Швейцарської асоціації газової індустрії до 2017 року 10% автотранспорту цієї країни буде працювати на біогазі. Оцінили альтернативний вид енергії і в Білорусі: уряд сусідньої держави доручив своєму науково-практичному центру з механізації сільського господарства Національної академії наук найближчим часом розробити біогазові установки, які могли б діяти в тих областях, де є великі тваринницькі комплекси і ферми [7].

     Екскурс в історію підтверджує ефективність біогазу як альтернативи традиційним видам палива.

     1.3. Виробництво біогазу в Україні: сучасність та перспективи

     Україна є однією із країн, яка закуповує значну частину енергоресурсів за кордоном, тому актуальним є розвиток виробництва власних джерел енергії, зокрема біогазу, оскільки країна має значний потенціал сільськогосподарської сировини для його виробництва. Видобуток біогазу в аграрних підприємствах України не отримав достатнього розвитку, насамперед, через відсутність чіткої державної політики щодо розвитку біоенергетики, недостатність обсягів бюджетної підтримки виробництва альтернативних видів палива, високу вартість банківського кредитування та дефіцит власних інвестиційних ресурсів для спорудження біогазових установок, уповільнення процесів інтеграції аграрних підприємств, слабку мотивацію щодо застосування біогазових технологій та недостатню поінформованість суб'єктів господарювання в аграрній сфері про перспективи і переваги виробництва та використання біогазу. Проб­леми та стан розвитку біогазового виробництва розглядаються у працях Є. В. Кузьмінського, В. І. Кухаря, Г. М. Калетніка, І. Г. Кирилен­ко, І.С. Бокого, М. В. Гладія, О. М. Ткаченка, М. В. Мельничука[7].

     Для активізації процесів виробництва біогазу в аграрних підприємствах України доцільно розробити державну програму сприяння впровадженню біогазових установок на законодавчому рівні, затвердити систему пільг, дотацій, гарантій для інвесторів, створити нормативну базу для проектування і будівництва біогазових установок, передбачити виділення бюджетних коштів на створення демонстраційних установок з виробництва біогазу.   Портфель проектів «Енергія біомаси» направлений на розвиток біоенергетичної галузі України шляхом впровадження біоенергетичного обладнання та технологій для комунальних та промислових об’єктів генерації тепла та електроенергії. [11]

Таблиця1.1

Національний проект «Енергія біогазу»

     Якщо даний проект буде впроваджено в життя, Україна зможе вирішити значну частину енергетичних проблем.

     Автор роботи дослідив, які переваги має біогаз перед природним газом.

1.      Біогаз виробляється із біологічної сировини, отже, його виробництво і спалювання є частиною природного циклу Карбону, що не приводить до накопичення природного газу в атмосфері і тепличного ефекту. Природний газ добувається з глибини землі, він є частиною атмосфери, отже, при його спалюванні відбувається накопичення вуглекислого газу.

2.      Біогаз – відновлюване джерело енергії, тобто він ніколи не вичерпується. Природного газу і нафти при теперішніх темпах  їх використання за      прогнозами  вистачить не більше ніж на 50 років.

3.      Біогаз виробляється близько до споживача, сировина для його виробництва теж знаходиться недалеко від заводів. Немає необхідності транспортувати газ на великі відстані.

4.      Використовувана сировина для виробництва біогазу дозволяє будувати біогазові установки фактично всюди в районах концентрації сільськогосподарського виробництва та технологічно пов'язаних з ним галузей промисловості.

5.      Універсальність способів енергетичного використання біогазу як для виробника електричної  та теплової енергії за місцем його утворення, так і на будь – якому об'єкті.

6.      Зниження негативного впливу на навколишнє середовище відбувається за рахунок переробки та знешкодження відходів шляхом контрольованого зброджування в біогазових реакторах.  Біогазові технології один з основних і найбільш раціональних шляхів знешкодження органічних відходів. Проекти з виробництва біогазу дозволяють скорочувати викиди парникових газів в атмосферу.

7.      Агротехнічний ефект від застосування збродженої в біогазових реакторах маси на сільськогосподарських полях проявляється в поліпшенні структури ґрунтів, регенерації та підвищенні їх родючості за рахунок внесення поживних речовин органічної природи. Розвиток ринку органічних добрив з переробленої в біогазових реакторах маси в перспективі буде сприяти розвитку ринку екологічно чистої продукції сільського господарства в Україні.

     Оцінюючи економічну ефективність переробки біомаси, необхідно враховувати, що біогазові установки є також обладнанням для переробки гною та інших органічних відходів. Тому економічні витрати на їх створення й експлуатацію потрібно розглядати комплексно. При підрахунку собівартості біогазу необхідно враховувати вартість заходів із утилізації відходів і захисту навколишнього середовища. В такому разі побудова й експлуатація біогазових установок завжди матиме позитивний економічний ефект. Розрахунки вчених свідчать, що, незважаючи на значні капітальні вкладення, термін окупності промислової біогазової установки становить близько трьох років. Обсяги сучасного виробництва біогазу з агропромислової сировини в Україні спеціалісти Національного аграрного університету оцінюють на рівні 1,6 млн тонн умовного палива [6].

     Загострення проблеми забруднення навколишнього середовища органічними відходами тваринницької галузі, а також зростаючий дефіцит енергетичних ресурсів є головними мотивами для України у галузі розвитку будівництва біогазових установок  та ефективного використання біогазу.

     1.4. Переваги біодобрив, отриманих в процесі виробництва біогазу

     Згідно з законодавством України, в органічних господарствах заборонено використання хімічно синтезованих речовин для удобрення сільськогосподарських культур. У класичному розумінні таке сільськогосподарське виробництво передбачає використання замкнених циклів, зокрема таких, які об'єднують сектори рослинництва і тваринництва[9]. Прикладом такої практики  може бути впровадження біогазових установок, що дають змогу ефективно використовувати відходи тваринництва та отримувати біогаз і біодобрива. Останні можна з успіхом використовувати в галузі рослинництва, проте, як і всі інші добрива природного походження, вони мають пройти екологічне оцінювання для попередження можливих негативних впливів на стан агроекосистеми та якість продукції.

     Серед багатьох джерел видобутку біогазу найбільші переваги мають біодобрива. Перероблені в біогазових установках органічні відходи перетворюються на біомасу, яка містить значну кількість поживних речовин і може бути використана в вигляді біодобрива. Важливими органічними речовинами, які містяться в них, є гумінові кислоти (Додаток Е). Вони підвищують опірність рослин до несприятливих умов зовнішнього середовища: посухи, високих і низьких температур, токсичних речовин,  таких як  пестициди, гербіциди, важкі метали та підвищена радіація. Гумінові кислоти сприяють прискоренню розвитку рослин, скороченню вегетаційного періоду, більш ранньому (на 8–10 днів) дозріванню і збільшенню врожайності сільськогосподарських культур. Порівняно з рослинами, обробленими мінеральними добривами, збільшення врожаю складає від 5 до 100%. Так у пшениці спостерігається зростання врожаю на 15-30%, кукурудзі на силос-70-80%, кукурудзі на зерно - 49%,  картоплі -100% [ 9].

     Аналізуючи  переваги біодобрив, автором доведено, що вони перевершують інші органічні добрива такі, як гній, торф за більшістю показників:

1.     Відсутність насіння бур'янів. У гної свиней і великої рогатої худоби, як і в        торфі, зазвичай присутня велика кількість насіння бур'янів. В одній тонні свіжого гною – до 10 тис. насінин бур'янів, які, пройшовши через шлунок тварин, не втрачають здатність до проростання. Це призводить до втрати врожаю.

2.     Відсутність патогенної мікрофлори. Через гній часто поширюються багато збудників небезпечних для тварин і людини хвороб: сибірська виразка, туберкульоз, ящур, сальмонельоз, аскаридоз, кишкові інфекції тощо. Завдяки спеціальній технології використання біогазової установки біодобрива повністю очищені від патогенної мікрофлори.

3.     Відсутність адаптаційного періоду. Перед внесенням у ґрунт, гній вимагає тривалої підготовки (6–12 місяців). Біодобриво починає ефективно працювати відразу.

4.     Стійкість до вимивання з ґрунту. Доктор сільськогосподарських наук Н.А.Макаренко довів, що за сезон з ґрунту вимивається всього 15 % біодобрив. Таким чином, вони «працюватимуть» 5–6 років після внесення.[12]

5.      Збереження азоту. Брак азоту в ґрунті призводить до невисокої врожайності багатьох сільськогосподарських культур. При його нестачі гальмується ріст рослин, послаблюється утворення бічних пагонів. Тривале азотне голодування призводить до гідролізу білків і руйнування хлорофілу. При компостуванні гною втрачається до 50 % азоту [18]. У біодобриві, отриманому  методом бродіння біовідходів, азот зберігається повністю.

Таблиця1.4

Вплив біодобрив на нітрифікаційну здатність чорнозему

     Дослідження впливу біодобрив на нітрифікаційну здатність ґрунту показали, що застосування 10 т/га призводить до її підвищення, проте за подальшого збільшення норми відбувається пригнічення  активності мікроорганізмів, які забезпечують перетворення азоту до нітратної форми.

     6. Екологічний вплив на ґрунт. Гній великої рогатої худоби, свинячий гній, пташиний послід  забруднюють і ґрунт, і ґрунтові води, а  біодобриво є абсолютно  екочистим. Вченими В.І.Бондарем та Г.М.Борщ доведено, що екотоксикологічна оцінка біодобрива, отриманого в результаті переробки відходів тваринництва за використання біогазової установки, дала змогу визначити їх екологічно безпечні норми застосування під сільськогосподарські культури.

     Переваги біодобрив над мінеральними добривами, стосовно впливу на організм людини, є найпереконливішими. Мінеральні добрива у вигляді гранул засвоюються всього на 45–55%, решта - відкладається у вигляді нітратів у самих продуктах, які згодом мають шкідливий вплив на організм людини і сприяють розвитку ракових пухлин у шлунково-кишковому тракті. Тривале вживання нітратів у малих дозах призводить до збільшення щитоподібної залози та росту холестерину в крові людини.

     Отже, переваги біодобрив очевидні: при їх використанні не відбувається мінералізація ґрунту, вони оптимально впливають на ріст та розвиток рослин, на ґрунтові води, оскільки є екологічно чистими.

     1.5. Екологічні аспекти біогазу

    Використання будь-якого виду енергії і виробництво електроенергії супроводжується утворенням багатьох забруднювачів води і повітря. Перелік таких забруднювачів довгий, а їхня кількість надзвичайно велика.

     Людина, безумовно, впливає на навколишнє середовище, проте в багатьох випадках її господарська діяльність порушує рівновагу, що призводить до швидких змін умов навколишнього середовища, з якими ні людина, ні природа не можуть успішно справитися. Традиційне виробництво енергії, що дає велику кількість забруднювачів води і повітря, є одним із видів такої діяльності людини. Тому проблеми взаємодії суспільства і природи, людини і біосфери набувають сьогодні особливого значення та визначають перспективу існування життя на Землі. Біосфера сьогодні вже не спроможна саморегулюватися й самовідновлюватися.

     Останнім часом вчені-метеорологи б'ють тривогу: схоже на те, що атмосфера Землі розігрівається значно швидше, ніж будь-коли в минулому. Це зумовлено діяльністю людини, яка, по-перше, підігріває атмосферу шляхом спалювання великої кількості вугілля, нафти, газу, а також роботи атомних електростанцій. По-друге, і це найголовніше, спалювання органічного палива, а також знищення лісів  призводить до накопичення в атмосфері великої кількості вуглекислого газу. За останні роки вміст його в повітрі збільшився на 17% [15]. За підрахунками вчених, у найближчі десятиліття середньорічна температура на Землі за рахунок «парникового ефекту» може збільшитися на 1,5◦-2◦С. За останню сотню років середня температура повітря над сушею зросла більш, ніж на півградуса. Оцінки, отримані по кліматичних моделях, підтверджують, що в XXI столітті середня температура поверхні Землі може підвищитися на величину від 1,1˚ до 6,4˚C.[2] Крім підвищення рівня Світового океану, підвищення глобальної температури також призведе до змін в кількості і розподілі атмосферних опадів. У результаті почастішають природні катаклізми, знизиться врожайність сільськогосподарських культур на постраждалих територіях за рахунок збільшення концентрації вуглекислого газу. Згідно даних Інституту океанографії імені Скріппса 1січня цього року показник рівня СО2 в атмосфері перевищив поріг у 400 чнм, згодом це ж прослідковувалося у період із 3 по 7 січня. Але навіть за таких умов, показник 2015 року, цілком ймовірно, перевищуватиме 400 чнм протягом багатьох місяців. Наводимо слова Ральфа Кілінга, вченого, відповідального за моніторинг вмісту СО2 на вершині гавайського вулкана Мауна-Лоа: "На даний момент з'ясовано, що в січні 2014 року показник трохи перевищить величину у 400 чнм, але точно сказати ще зарано". Його батько, Чарльз Кілінг, розпочав дослідження ще у 1958 році. Графік, який показує зростання вуглекислого газу протягом десятиліть, відомий під однойменною назвою «Графік Кілінга» (Рис.1.5.)

Рис.1.5

Графік Кілінга

Вперше позначки 400 чнм було досягнуто 9 травня 2013 року. У 2014 році межі показника перетнуто вже у березні, на два місяці раніше. Всі середні концентрації вуглекислого газу в березні, квітні і червні 2014 року перевищували 400 чнм , причому це перший подібний зафіксований результат. Піковий показник вуглекислого газу припав на травень 2014 роцу і складав 402 чнм.

     На даний час тривога вчених з приводу парникового ефекту ще більш зросла. Медики не залишаються осторонь від обговорення проблем глобального потепління. Оцінити його потенційні наслідки для здоров'я людей надзвичайно складно. Треба враховувати не тільки сценарії зміни клімату, а й багато інших чинників. Глобальне  потепління буде мати прямі наслідки для здоров'я  людей. Підвищиться  захворюваність на серцево-судинні, респіраторні та деякі інші захворювання. Підвищення температури дозволить комахам та іншим переносникам  хвороб розширити середовище існування. О'Делл сказав: "Через ймовірний негативний вплив потепління на клімат, причина якого – вуглекислий газ, ми не маємо права забувати: якщо ми хочемо залишити придатні для життя умови майбутнім поколінням, ми повинні діяти зараз, а не відкладати це на потім".

      Вирішити цю проблему в певній мірі допоможе біогаз, отриманий  в біогазових установках, бо є кліматично нейтральним. Оскільки біомаса, яка використовується  протягом усього вегетаційного періоду, забирає з атмосфери вуглекислий газ, який потім знову вивільняється при спалюванні біогазу. В ідеальному випадку можна досягти його позитивного використання. Крім того, біогаз, що застосовується у виробництві електроенергії, замінює собою викопні енергоносії, такі як вугілля, природний газ і нафта, використання яких спричиняє велику кількість парникових викидів[10].

   Доведено, що виробництво біогазу і подальше його використання для виробництва тепла і електроенергії є найбільш ефективним засобом боротьби з глобальним потеплінням.

РОЗДІЛ ІІ

РЕЗУЛЬТАТИ ПРОВЕДЕНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

     У ході роботи над темою автором було вивчено багато наукової літератури, зокрема наукові праці Ю.В.Керсанюка, завідувача сектора аграрної економіки, Н.А.Макаренка, доктора сільськогосподарських наук Національного університету біоресурсів та природокористування України, які обґрунтували еколого- економічну ефективність біогазу.

   За результатами дослідження автором відповідно було складено таблицю.

Таблиця2.1

Еколого - економічна ефективність виробництва біогазу

     Дані таблиці дозволяють оцінити біогазовий потенціал та доводять, що використання альтернативної енергетики екологічно вигідне у  порівнянні з іншими джерелами.

     Проаналізувавши  дані таблиці 2.2, можна  розрахувати вихід біогазу з різних видів субстрату.

Таблиця2.2

Вихід біогазу з різних видів субстрату

      Враховуючи дані компанії «ЗОРГ Україна» та таблиці, в порівнянні з іншими субстратами, гній свиней має порівняно незначний вихід біогазу, але за рахунок кількості поголів'я вихід його буде виправданий.

     На свинокомплексі агрофірми «Лан» утримувається 6 тисяч свиней, які у середньому за добу виробляють по 10кг екскрементів на одну голову, використавши дані (див.табл.2.2)

1 Визначаємо вихід навозу за 1добу.

     6тис.* 10кг = 60 тон - навозу за одну добу

2.Розраховуємо вихід біогазу за одну добу

     З 1 тони навозу свиней виробляється - 65м³ біогазу, отже складаємо пропорцію  для розрахунку виходу біогазу за добу

    1т  - 65м³біогазу

     60т - х м³ біогазу

     х=3900м³-біогазу за добу.

3. Визначаємо скільки м³ біогазу виробляється за 1 годину.

     3900м³÷24год=163м³/год.

4. Розраховуємо кількість електроенергії та теплової енергії.

     Використавши дані компанії «ЗОРГ Україна», було з'ясовано, що з1м³ біогазу вихід: - електроенергії - 2кВт , теплової енергії - 2 кВт, то відповідно будемо отримувати:

     1м³ - 2 кВт

     163м³-х кВт, звідси х=326 кВт - електроенергії, а також 326 кВт - теплової енергії.

     За округленими даними для опалення 10м²  приміщення потрібно 1 кВт теплової енергії, наша школа має площу 1500м²,отже

     10м² - 1 кВт

     1500м² -х кВт, звідси х=150 кВт /год, а за нашими підрахунками  вихід теплової  енергії складає - 326 кВт теплової енергії.

     Розрахунки показують, що при наявності на свинокомплексі значної кількості субстрату (гною) можна забезпечити теплом нашу школу на весь опалювальний сезон, а залишок  використовуватиметься підприємством для своїх власних потреб.   Для цього необхідно на біогазовій станції встановити когенераційну установку потужністю 326 кВт, яка складається з електрогенератора та двигуна внутрішнього згорання і працює на біогазі та обладнанні для утилізації тепла, що виробляється при роботі цього двигуна.(Додаток В)

     На основі  обчислень автором з'ясовано, що переведення школи на опалення біогазом є економічно вигідним. Цифри вказують: у 2014 році на опалювальний сезон  школою було витрачено 82 тони вугілля, а це близько 164 тисяч гривень біогаз дозволить значно скоротити  бюджетні витрати

     Дані розрахунків та аналіз таблиць дозволяє автору стверджувати, що біогазові споруди для сільської місцевості є необхідними, тому що дозволять в певній мірі вирішити економічні проблеми нашої  місцевості.

ВИСНОВКИ

      Впровадження біогазових установок  є доцільним, оскільки дасть змогу вирішити як економічні, так і екологічні проблеми.

     Оцінка біогазового потенціалу відходів тваринництва дає можливість стверджувати, що альтернативні джерела енергії з біомаси  певною мірою забезпечать нашій державі енергетичну незалежність.

      Впровадження біогазових установок дозволить  вирішити проблеми екологічно безпечного навколишнього середовища.

      При виробництві біогазу найбільш економічними є біодобрива.

     Аналіз впровадження проекту біогазової установки дає підстави стверджувати, що лише при реалізації таких складових, як отримання електроенергії, тепла та біодобрив її застосування буде економічно доцільним.

     Внесено  пропозиції до органів місцевого самоврядування щодо вирішення проблеми завершення будівництва біогазової установки в АФ «Лан», що дасть можливість змінити опалення вугіллям Мечебилівської загальноосвітньої школи на опалення екологічно чистим та економічно вигідним біогазом

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Адаменко О.М., Височанський В., Льотко В., Михайлів М. Альтернативні палива та інші нетрадиційні джерела енергії. Монографія. – Івано-Франківськ:ІМЕ, 2001.432с.

2. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С.Основи екологічних знань –К.: Либідь 1995

3. Величко С.А., Третьяков О.С.Альтернативна енергетика України,матеріали для уроків, факультативів,МАН.-Х.: Вид.група «Основа»,2010

4. Гелетуха Г. Г., Огляд відновлюваних джерел енергії в сільському та лісовому господарстві України [Електронний ресурс] / Т. А. Желєзна, Г. М. Голубовська-

Онісімова, А. Є. Коненченков. – К. : Інститут економічних досліджень та політичних консультацій, 2006. – 58 с.

5.Едер Б., Шульц Х., Биогазовые установки: Практическое пособие. –2006.

6.Закон України від 03.09.2013 №425-VII «Про виробництво та обіг органічної сільськогосподарської продукції та сировини» [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://zakon2.rada.gov.ua /laws/show/425-18.

7. Збірник наукових  праць ВНАУ Серія :Економічні науки №2(64) 2012 Виробництво біогазу: досвід зарубіжних країн та перспективи розвитку в Україні

Климчук Н.В.,к.с.-г.н.,доцент Грох Н.В. Вінницький національний аграрний університет.

8. Калетнік Г. М,. Пришляк В. М Біопаливо: ефективність його виробництва та споживання в АПК України: Навч. посіб. – К.: «Хай-Тек Прес»,2010. – 312 с.

9. Карпенко В.І. Отримання високоякісних добрив та біогазу з відходів тваринництва / Карпенко В.І., Маслич Б.К. // Україна: людина, суспільство, природа: міжнародна наукова студентська конференція: тези доп. – К.: ВД "Києво-Могилянська академія", 1995. – С. 7.

10.Куріс Ю.В.Біогазові технології.Енергетичні та екологічні аспекти: монографія/ Ю.В.Куріс, І.Ф.І.Ф.Червоний; ЗДІА.-Запоріжжя:ЗДІА,2010.-487с.

11. Лісничий В. М. Сучасний стан та перспективи розвитку отримання біогазу

в Україні: матеріали Четвертої міжнародної конференції [„Енергія із біомаси”],

(Київ, 22–24 вересня 2008 р.) / В. М. Лісничий, Ю. О. Цаплін. – К. : ІТТФ НАНУ,

2008. – С. 299–300.

12. Макаренко Н.А.. Органічне виробництво сільськогосподарської продукції: основні передумови впровадження в Україні / Н. А. Макаренко,В. І. Бондарь // Сборник научных трудов Sworld. –Одеса, 2013. – Т. 50. – Вип. 4, (Серия «Сельское

хозяйство»). – С. 23–27.

13. Півняк Г.Г.Альтернативна енергетика в Україні: монографія / Г.Г. Півняк,

Ф.П. Шкрабець; Нац. гірн. ун-т. Д.: НГУ, 2013. – 106 с.

14. Семененко Б. Біогазова галузь в Україні: експериментально-пілотна стадія з орієнтацією на ліцензії? / Б. Семененко, В. Кравець, Т. Чеботар // Пропозиція. - 2004. - № 4. - С. 22-23.

15. Степанов Д.В. Оцінка можливостей отримання енергоносіїв з органічних

відходів з урахуванням техногенного навантаження на навколишнє середовище

Д.В. Степанов, С. Й. Ткаченко, А. П. Ранський // Наукові праці ВНТУ. 2012. –

№1. – С. 45-53

16. Шевченко І. А. Шляхи використання органічних відходів тваринництва / І.

А. Шевченко, В. М. Павліченко, О. О. Ляшенко // Механізація, екологізація та

конвертація біосировини у тваринництві: збірник наук. праць Інституту

механізації тваринництва УААН. – Випуск 1 (3–4). – Запоріжжя : ІМТ УААН,

2009. – С. 3–16.

17. Шульман Р.Ф. Энергозберегающая технология биотопливных технологий и альтернативних источников энергии :энциклопедия/Р.Ф.Шульман.-К.:,2006-560с.

18. Якість ґрунту. Біологічні методи. Визначення мінералізації азоту і нітрифікації в ґрунтах та впливу хімічних речовин на ці процеси (ISO14238:1997, IDT) : ДСТУ ISO 14238:2003. –[Чинний від 2003.11.06]. – К. : Держспоживстандарт України, 2004. – С. 12. – (Національний стандарт України).

ІНТЕРНЕТ-РЕСУРСИ

http://ru. wikipedia.org/wiki/
http://zorgbiogas.ru/
http://www.ukrcentr.com./форум/Біо.    http://biomass.kiev.ua/images/library/articles/ngsubst.pdf
http://.kmu.gov.ua/document/28040307/Energozberezhennya.doc.

 http://eco-nation.org/ekologiya-2/alternativni-dzherela-energiyi/

 http://eco-nation.org
 http://ecology.unian.ua/.../1112310-perspektivnist-vi.
 http://.irbis-nbuv.gov.ua/.../cgiirbis_64.exe
 http://zorgbiogas.ru/upload/pdf/Biogas_plants_Practic

ДОДАТКИ

Додаток А

Розпочате будівництво біогазової установки в АФ «Лан»

с.Мечебилове  Барвінківського району

Додаток Б

Вплив на навколишнє середовище системи опалення

Мечебилівської ЗОШ І-ІІІ ст.

Додаток В

Принцип роботи біогазової установки

Додаток Г

 Система опалення Мечебилівської ЗОШ І-ІІІ ст.

Додаток Ґ

 Свинокомплекс АФ «Лан»

Додаток Д

Перші дослідники біогазу

Ян Баптіста ван Гельмонт                                                Алессандро Вольта

Додаток Е

Екологічно чисті біодобрива

Додаток Є

Обговорення роботи  на шкільному  засіданні екологічного гуртка