Знаете ли вы продукт, который служит прекрасным азотистым удобрением, одновременно используется как дешевый источник энергии да еще содержит ценнейший витамин? Можно с уверенностью сказать, что девять человек из десяти не смогут ответить на этот вопрос. Между тем продукт, о котором идет речь, хороню известен.

Это навоз.

Прежде чем перейти к сути дела, полезно будет вспомнить образное и глубоко научное утверждение великого русского естествоиспытателя К. А. Тимирязева: «Растение — истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч солнца горит и в мерцающей лучине и в ослепительной искре электричества. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».

Химическая энергия растений, являясь производной от энергии солнца, втрое превосходит механическую энергию стоков всех рек и водопадов земного шара. Колоссальный запас! Однако его расход в природе нельзя признать совершенным. Какую-то часть энергетических ресурсов растении поглощают животные, но они весьма и весьма неэкономные потребители. Они усваивают только часть кормов.

Простейший пример. В организме коровы растительная пища превращается в молоко, мясо, кожу. Если принять количество солнечной энергии, запасенной в кормах, за 100 процентов, то только 26 процентов энергии идут на жизнедеятельность коровы, 16 остаются в продуктах животноводства, а остальные 58 процентов энергии уходят в навоз и в громадном большинстве случаев теряются без пользы.

Отсюда следует первый важный вывод: навоз является богатым накопителем энергии. Практическая задача состоит в том, чтобы сделать его источником энергии, применимой для хозяйственных нужд.

Использование навоза в качестве органического удобрения известно земледельцам с незапамятных времен. Навоз содержит в среднем 0,5 процента азота, 0,25 процента фосфорной кислоты и 0,6 процента окиси калия и является надежным поставщиком питательных веществ для растений, улучшает биологические, физические и химические свойства почв. К сожалению, многовековой опыт накопления, хранения и подготовки навоза имеет и свои отрицательные стороны. Опыт этот чаще всего диктует приемы, выработанные много столетий тому назад и с тех пор не изменившиеся.

В чем тут дело? Для того, чтобы навоз легко усваивался, его нужно минерализовать. Эту работу выполняют различные бактерии. Одни из них живут в кислородной среде и называются аэробными, а другие могут существовать только без доступа воздуха и носят название анаэробов.

В сельском хозяйстве, как правило, применяется аэробное бактериальное сбраживание в компостных кучах на открытом воздухе, то есть кислое брожение. При любом способе приготовления навоза, основанном на кислом брожении, неизбежны большие потери азота, органического вещества. Потери эти колеблются примерно в пределах от 50 до 14 процентов. В навозе, полученном от одной коровы в год, содержится примерно 37 килограммов азота, а в почву возвращается в лучшем случае примерно 12—15 килограммов. Это логически приводит к истощению почвы.

Кроме того, приготовление компоста на открытом воздухе происходит долго — счет идет тут на месяцы. Да и в ходе такого сбраживания не уничтожаются ни вредоносные бактерии, ни глисты, ни семена сорняков. В Институте зернового хозяйства Юго-Востока (Саратовская область) подсчитали, что с каждой тонной свежего коровьего навоза в почву вносится около двух миллионов семян сорняков. Кроме них на поля попадают бактерии свиной рожи, брюшного тифа, сибирской язвы, ящура, сапа и многие другие.

Отсюда следует второй важный вывод: общепринятое аэробное бактериальное сбраживапне навоза в компостных кучах на открытом воздухе не отвечает сегодняшним требованиям сельскохозяйственного производства.

Теперь обратимся к третьей группе фактов. Исследователи давно искали препараты, которые бы позволяли животным лучше, эффективнее усваивать перепариваемый белок растительного происхождения. Опыты показали, что одним из лучших стимуляторов роста является витамин В₁₂.

Хорошо известен животноводам эксперимент, поставленный на днепровском острове Хортида в хозяйстве Запорожского филиала научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства. Цыплятам скармливали витамин-сырец В₁₂, и они отлично прибавляли в весе, а расход корма уменьшился едва ли не вчетверо. По данным профессора В. Н. Букина (Институт биохимии имени А. Н. Баха), поросята, рацион кормления которых обогатился за счет этого витамина, при одинаковом кормлении ежедневно увеличивали привес по сравнению с контрольной группой на 20, 30, а иногда и на 40 процентов.

Механизм действия витамина В₁₂ на организм еще не раскрыт до конца, но практическое его применение дает самые удивительные результаты: благотворно влияет на органы кроветворения, оказывает стимулирующее действие на отложение жира в мясе. Некоторые исследователи приходят даже к выводу, что В₁₂ облегчает течение лучевой болезни.

Творцы этого витамина — микроорганизмы, и на этом основано даже промышленное его получение. Много можно были бы рассказать о чудесном В₁₂ но для нас важно будет отметить только одно: навоз богат этим витамином. Есть предположение, что в природе не существует лучшего источника В₁₂, чем навоз.

Пора сделать третий важный вывод: надо найти наиболее рациональный способ получения витамина Б₁₂ из навоза.

Теперь попробуем суммировать сказанное. Итак, известный всем продукт таит в себе, оказывается, богатейшие научные и хозяйственные возможности. Задача состоит в том, чтобы максимально их использовать. Это оказывается осуществимым в комплексе — путем метанового брожения. Его основы заслуживают того, чтобы с ними познакомиться хотя бы вкратце.

Без малого два столетия назад знаменитый ученый Вольта обнаружил, что всюду, где происходит разложение организмов без доступа воздуха, выделяется особый воспламеняющийся газ. Особенно часто это бывает в донной тине болот. В последствии «воспламеняющийся воздух, или болотный газ», получил название «метан». Василий Леонидович Омелянский — вот имя выдающегося ученого, с которым связано начало широких исследований процесса образовании болотного газа. Русский ученый доказал, что метан — продукт жизнедеятельности бактерий. Недаром же один из наиболее интересных видов таких бактерий был назван Methanobacterium Jmelianskii.

Метанообразуюшими являются анаэробные бактерии — более десятка видов. Они разлагают клетчатку и расщепляют вещества, оставшиеся после других микроорганизмов, до углекислоты и метана. На полезной деятельности этих бактерий и основывается важнейшее направление биоэнергетики — биогазогенерация. Есть все основания поставить биологический газ в один ряд с такими почтенными источниками энергии, как, скажем, уголь, нефть, ветер.

Диапазон использования биогаза, особенно как топлива, чрезвычайно широк. Любая животноводческая ферма может стать его источником. За год навоз от одной коровы легко претворяется, в частности, в пятьсот кубометров биогаза, что эквивалентно 350 литрам бензина. Теплотворная способность этого пока необычного вида топлива составляет и 500—6000 больших калорий на кубометр. Под давлением в 200—250 атмосфер биогаз пригоден как горючее для автомашин и тракторов, а при низком давлении — для любой газовой аппаратуры: печек, плиток, холодильников и т. д. Трактор и кормозапарник, парники и котельная — всюду может быть использован биологический газ. Он свободен от примесей, сгорает практически полностью, и это — еще одно важное преимущество.

Так процесс метанового брожения в принципе решает проблемы использования той солнечной энергии, которая, как мы установили, содержится в отходах животноводства.

Тот же самый процесс ведет к полному уничтожению глистов и их яиц, вредоносных бактерии, семян сорняков, личинок мух и т. д.

Метановое брожение в отличие от обычного кислого, аэробного, отвечает и другому требованию: возвратить почве полный запас азота и других питательных веществ, обеспечивая как бы круговорот химических удобрений в сельском хозяйстве. В биогазогенераторе теряется не более одного процента азота, в то время как из компостных куч уносится на ветер до половины его количества.

И, наконец, заключительным штрихом в картине использования метанового брожения будет, несомненно, добыча витамина В₁₂. Он вырабатывается анаэробными бактериями, населяющими желудочно-кишечный тракт. Когда сброженная масса выливается в открытые хранилища, анаэробы, которым противопоказан кислород, гибнут. Тельца их представляют собой как бы микроскопические мешочки с драгоценным витамином. Их густую массу отделяют с помощью фильтра или центрифуги. В конце концов получается зеленоватый порошок с высоким содержанием В₁₂.

Итак, в результате деятельности метанобактерий, открытых В. Л. Омелянским, удовлетворяются запросы агрохимиков, энергетиков и микробиологов. Теперь осталось только дать самый краткий очерк технической стороны биогазогенерации.

Современный биогенератор, каких немало уже в нашей стране и за рубежом, представляет собой довольно сложный комплекс. А вместе с тем принципы его работы можно наглядно проследить даже на примере простейшего устройства, созданного барнаульским животноводом Малышевым. Весь его агрегат состоит из двух бочек разных размеров. Большая бочка, открытая сверху, служит бродильной камерой. Она нагружается жидким навозом. Меньшая бочка, у которой вырублено дно, вставляется в большую. Получается плавающий колпак, под которым происходит накопление биологического газа.

Первые промышленные установки подобного типа были созданы еще на рубеже позапрошлого и прошлого веков в Индии, а затем получили распространение едва ли не во всех странах и континентах. Генераторы отличаются как конструктивно, так и по технологической схеме. Есть установка для сбраживания «сухого» навоза. влажность которого не превышает 70—80 процентов. Здесь масса загружается транспортером в биогазогенератор, а подогретая жидкая фракция периодически перекачивается насосом из-под решетки отстойника вверх — для увлажнения поверхности массы. Образующийся газ поступает в газгольдер.

Другая технологическая схема предусматривает сбраживание жидкой массы (90—96 процентов влажности) — продукта гидросмыва стойл. Здесь насос перекачивает массу в биогазогенератор, а сброженное биоудобрение — в специальное хранилище. Корка всплывающего соломистого навоза периодически разрушается гидравлическим или механическим устройством.

Биогазогенераторы устанавливаются в помещениях и на открытом воздухе, встраиваются в косогоры. Назначение их может быть самым различным. Одни генераторы создаются только для улучшения местных удобрений, без использования биогаза. Другие, наоборот, служат только чисто энергетическим целям. Но чаще всего — и это самое выгодное — установки решают комплексную задачу: улучшают удобрения и дают топливо.

Это схема биоэнергетической установки. Она отвечает всем современным требованиям. Соломенная подстилка и навоз под действием гидросмыва (1) поступают в хранилище. Туда же из специального помещения (2) сбрасываются очистки, листья и ботва. Здесь они перемешиваются, и насос (5) подает их в биогазогенератор принудительной циркуляции. На схеме хорошо видно, что он состоит из двух емкостей — нижней и верхней. При этом верхняя представляет собой плавающий колпак, под которым и собирается биогаз. Конструкторам подобных генераторов обычно приходится решать две основные проблемы: как обогревать массу и как разрушать твердую корку всплывающего навоаа.

Конструкторы решили обе эти задачи комплексно. По оси корпуса бродильника укреплена циркуляционная труба, соединенная с биогазовой водонагревательной колонкой (4). Эта труба состоит из двух, вложенных одна в другую так. что между ними образуется кольцевой зазор, и служит теплообменником. Если теперь начать подогрев массы, то очень скоро соли, осаждающиеся на трубе, покроют ее сплошной коркой и полностью изолируют нагревающую поверхность. Вот почему на трубе сверху установлен взрьвобезопасный электродвигатель мощностью в 1,8 квт. На его валу вращается шнек, или крыльчатка. Навозная масса с поверхности засасывается в трубу. Ее движение вниз до блеска очищает поверхность трубы от солевых отложений.

Та же самая крыльчатка (шнек) препятствует образованию поверхностной корки.

Сброженная навозная масса поступает в хранилище (9). Отсюда ее вывозят на поля или пускают как сырье для производства витамина В₁₂. Часть массы может сразу поступать из бродильника в расположенную рядом теплицу (6). Туда же поступает топливо — биогаз. Тот же газ расходуется на различные бытовые нужды (8) и на отопление водопагревательной колонки (4).

Все эти технологические процессы регулируются специальными автоматическими устройствами (3).

Такая установка отличается многими преимуществами. Вся масса в бродильнике равномерно заражается бактериями. Улучшаются условия их питания. Бактерии сбраживают массу не за месяц, как обычно, а за полторы недели...

До сих пор лучшей считалась Брейтенбургская биоэнергетическая установка в ФРГ, дающая в сутки 750 литров газа на каждый кубометр рабочего объема генератора. Установка, схема которой изображена на рисунке, вырабатывает в сутки 1400 л/м³ газа на кубометр рабочего объема.