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बायो, जियो और हाइड्रोजन कैलकुलेटर

बायोगैस कैलकुलेटर: फ़ीडस्टॉक मिश्रण → मीथेन, kW बिजली, गर्मी और डाइजेस्टेट

रोज़ डाइजेस्टर में क्या डालते हैं (स्लरी, गोबर, साइलेज, चुकंदर या खाने का कचरा), यह भरें। कैलकुलेटर बायोगैस और मीथेन की मात्रा, CHP से बिजली और गर्मी (या बायोमीथेन), डाइजेस्टर का साइज़, लोडिंग रेट और कमाई-खर्च का हिसाब देता है।

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नतीजे

रोज़ 3,150 m³ बायोगैस (53% मीथेन) से लगभग 299 kWe का CHP इंजन साल में 8,000 घंटे चलता है और 2.39 GWh बिजली व 2.57 GWh गर्मी देता है। 2.4 kg VS/m³·d का ऑर्गेनिक लोडिंग रेट आम 1.5–4 की सीमा में है। पेबैक अवधि ≈ 13.2 साल, लेकिन IRR (2.7%) आपकी 6% डिस्काउंट दर से नीचे है: बेहतर टैरिफ़, गर्मी की बिक्री या सस्ता फ़ीडस्टॉक चाहिए।
CHP बिजली क्षमता
299kWe
22,01,456 kWh/साल बेची गई
गर्मी उत्पादन
322kWth
डाइजेस्टर हीटिंग के बाद 1,929 MWh/साल अतिरिक्त
बायोगैस उत्पादन
3,150m³/दिन
1,150 हज़ार m³/साल
मीथेन की मात्रा
52.7%
1,661 m³ CH₄/दिन
प्राथमिक ऊर्जा (मीथेन)
5.98GWh/साल
683 kW लगातार
डाइजेस्टर आयतन
2,520m³
60 दिन रिटेंशन · OLR 2.45 kg VS/m³·d
डाइजेस्टेट
13,821t/साल
37.9 t/दिन, द्रव्यमान का 10% गैस में बदला
सालाना आमदनी
€3,61,087
फ़सल लागत 1,75,200 €/साल
पेबैक अवधि
13 साल 3 महीने
कैपेक्स 13,45,999 €
IRR
2.7%
फ़ीडस्टॉक के हिसाब से बायोगैस
मीथेन की ऊर्जा कहाँ जाती है

फ़ीडस्टॉक मिश्रण

फ़ीडस्टॉकt/दिनद्रव्यमान में हिस्साDM %बायोगैस m³/tCH₄ %बायोगैस m³/दिनगैस में हिस्सा
मवेशी स्लरी3071%10255575024%
मक्का साइलेज1229%33200522,40076%

फ़ीडस्टॉक के आम मान (प्रति टन ताज़ा पदार्थ)

फ़ीडस्टॉकशुष्क पदार्थ %DM में वोलेटाइल सॉलिड्स %बायोगैस m³/tमीथेन %बायोगैस m³/t VS
मवेशी स्लरी10802555313
सुअर स्लरी6802265458
मवेशी गोबर (ठोस)25806055300
मुर्गी लिटर / बीट40758060267
मक्का साइलेज339520052638
घास साइलेज359018054571
शुगर बीट (चुकंदर)239013052628
खाने का कचरा (अलग से इकट्ठा)259014060622
  • उत्पादन के आँकड़े साहित्य के मध्यम मान हैं (FNR/KTBL)। असली उत्पादन साइलेज की गुणवत्ता, स्लरी में पानी, भंडारण के नुकसान और रिटेंशन टाइम के हिसाब से ±20–30% ऊपर-नीचे होता है। निवेश से पहले अपने फ़ीडस्टॉक का लैब में BMP टेस्ट करवा लेना फ़ायदेमंद है।
  • मीथेन की ऊर्जा LHV 9.97 kWh/Nm³ से गिनी गई है। डाइजेस्टेट ≈ डाला गया द्रव्यमान घटा निकली गैस का द्रव्यमान; फ़ीडस्टॉक का लगभग सारा नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस और पोटैशियम इसमें बना रहता है।
  • कई देश ऊर्जा फ़सलों पर सीमा लगाते हैं (जैसे मक्का के हिस्से की सीमा) या टैरिफ़ सिर्फ़ कचरे/गोबर वाले फ़ीडस्टॉक पर देते हैं, इसलिए स्थानीय नियम ज़रूर देखें।

यह बायोगैस कैलकुलेटर कैसे काम करता है

एनारोबिक डाइजेशन में गर्म, बंद टैंक के अंदर जैविक पदार्थ मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड के मिश्रण में बदल जाता है। कितनी गैस मिलेगी, यह लगभग पूरी तरह इस पर निर्भर है कि आप क्या डालते हैं: पतली स्लरी में प्रति टन जैविक पदार्थ कम होता है, जबकि साइलेज और खाने का कचरा ऊर्जा से भरे होते हैं। यह कैलकुलेटर आपको आठ आम सामग्रियों से फ़ीडस्टॉक मिक्स बनाने देता है और फिर प्लांट में ऊर्जा का पूरा रास्ता दिखाता है:

  1. हर फ़ीडस्टॉक से बायोगैस और मीथेन, ताज़े माल के प्रति टन साहित्य में दिए मध्यम उत्पादन और आम मीथेन हिस्से (FNR/KTBL) के आधार पर;
  2. थोड़े स्लिप लॉस के बाद मीथेन में प्राथमिक ऊर्जा;
  3. या तो CHP गैस इंजन (बिजली, गर्मी, प्लांट की अपनी बिजली खपत और डाइजेस्टर की हीटिंग) या ग्रिड में डालने के लिए बायोमीथेन अपग्रेडिंग;
  4. हाइड्रॉलिक रिटेंशन टाइम से डाइजेस्टर का आकार और उससे निकलने वाला ऑर्गेनिक लोडिंग रेट;
  5. डाइजेस्टेट की मात्रा और प्लांट का आर्थिक हिसाब, जिसमें ऊर्जा फ़सलों की ख़रीद और खाने के कचरे पर मिलने वाली गेट फ़ीस शामिल है।

फ़ॉर्मूले

Biogas (m³/day) = Σ tonnes_i × yield_i (m³/t fresh matter) Methane = Σ biogas_i × CH₄ share_i Primary energy (kWh) = CH₄ (m³) × 9.97 × (1 − slip) CHP: electricity = primary × η_el heat = primary × η_th Engine size (kWe) = annual electricity / full-load hours Digester volume (m³) = daily fresh mass (≈ t) × HRT (days) OLR (kg VS/m³·d) = Σ tonnes_i × DM_i × VS_i × 1,000 / volume Digestate = input mass − mass of CH₄ and CO₂ released

उदाहरण: डेयरी स्लरी और मक्के का साइलेज

डिफ़ॉल्ट प्लांट रोज़ 30 t गाय-भैंस की स्लरी (लगभग 500–600 दुधारू गायों से) और 12 t मक्के का साइलेज पचाता है:

  • स्लरी से रोज़ 750 m³ बायोगैस बनती है और मक्के से 2,400 m³। यानी साइलेज वज़न में 29% है, पर गैस में 76%;
  • कुल 3,150 m³/दिन, लगभग 53% मीथेन के साथ, यानी 1,660 m³ मीथेन, जो साल में 6.0 GWh के बराबर है (लगातार 683 kW);
  • 40% इलेक्ट्रिकल और 43% थर्मल दक्षता वाला CHP इंजन साल में 8,000 घंटे चले, तो उसका आकार करीब 300 kWe बनता है। यह 2.4 GWh बिजली (8% अपनी खपत के बाद 2.2 GWh ग्रिड को) और 2.6 GWh गर्मी देता है;
  • 60 दिन के रिटेंशन टाइम के साथ डाइजेस्टर लगभग 2,500 m³ का चाहिए। ऑर्गेनिक लोडिंग रेट 2.45 kg VS/m³·d रहता है, जो स्थिर दायरे में आराम से है;
  • प्लांट हर साल करीब 13,800 t डाइजेस्टेट खेतों को लौटाता है।

बिजली €0.15/kWh पर और अतिरिक्त गर्मी का 40% €0.04/kWh पर बेचने से साल में लगभग €360,000 की कमाई होती है, पर €40/t पर 4,380 t मक्का ख़रीदने में €175,000 लगते हैं। €4,500/kWe की लागत पर प्लांट करीब 13 साल में पैसा वसूल करता है और IRR 3% से कम रहता है। इसीलिए फ़ार्म बायोगैस टैरिफ़, गर्मी के ख़रीदारों या सस्ते कचरा फ़ीडस्टॉक के भरोसे चलती है।

नतीजों को कैसे पढ़ें

  • CHP क्षमता / बायोमीथेन उत्पादन प्लांट का मुख्य आकार है।
  • मीथेन की मात्रा 50% से कम हो, तो या तो फ़ीडस्टॉक मिक्स में वसा और प्रोटीन कम है या प्रक्रिया में दिक़्क़त है।
  • ऑर्गेनिक लोडिंग रेट: लगभग 4–4.5 kg VS/m³·d से ऊपर अम्लीकरण और झाग का ख़तरा बढ़ता है। 1 से नीचे का मतलब है कि डाइजेस्टर ज़रूरत से बड़ा है।
  • ऊर्जा प्रवाह चार्ट दिखाता है कि मीथेन की ऊर्जा का कितना हिस्सा बिकने लायक बिजली और गर्मी बनता है। बिना इस्तेमाल की गर्मी आर्थिक हिसाब पर सबसे बड़ा असर डालती है।
  • फ़ीडस्टॉक टेबल हर सामग्री का वज़न में हिस्सा और गैस में हिस्सा आमने-सामने रखती है।

आम मान

फ़ीडस्टॉक सूखा पदार्थ बायोगैस (m³/t ताज़ा) मीथेन
गाय-भैंस की स्लरी 8–11% 20–30 55–60%
सुअर की स्लरी 4–7% 20–35 60–65%
गाय-भैंस का गोबर (ठोस) 20–25% 40–80 55%
मुर्गी की बीट 30–50% 70–90 60%
मक्के का साइलेज 30–35% 170–230 52%
घास का साइलेज 25–40% 170–200 54%
चुकंदर 20–25% 120–140 52%
खाने का कचरा 15–30% 100–200 58–62%

उत्पादन और कमाई बढ़ाने के टिप्स

  • गर्मी का इस्तेमाल करें। अतिरिक्त गर्मी बेचने या इस्तेमाल करने (सुखाने, ग्रीनहाउस, डिस्ट्रिक्ट हीटिंग) से कमाई 20–30% बढ़ सकती है।
  • कचरे को साथ में पचाएं। खाने का कचरा या फ़सल अवशेष गैस उत्पादन बढ़ाते हैं और खर्च के बजाय गेट फ़ीस भी दिला सकते हैं।
  • पानी मिलने से बचाएं। स्लरी टैंक में बारिश और धुलाई का पानी प्रति टन उत्पादन घटाता है और डाइजेस्टर की जगह घेरता है।
  • डाइजेस्टेट स्टोरेज ढकें। गैस-टाइट कवर बची हुई गैस वापस दिलाता है (अक्सर 5–10% अतिरिक्त) और मीथेन उत्सर्जन घटाता है।
  • एक जैसी फ़ीडिंग, छोटी और बार-बार की खुराक में, सूक्ष्मजीवों को सेहतमंद और मीथेन का हिस्सा ऊंचा रखती है।

सीमाएं

उत्पादन के आंकड़े साहित्य के मध्यम मान हैं। साइलेज की गुणवत्ता, स्टोरेज नुकसान, स्लरी में पानी और रिटेंशन टाइम के हिसाब से असली मान ±20–30% बदलते हैं, इसलिए निवेश से पहले लैब में बायोमीथेन-पोटेंशियल (BMP) टेस्ट कराने की सलाह दी जाती है। मॉडल लगातार मिलाए जाने वाले मेसोफ़िलिक डाइजेस्टर, पूरे साल एक जैसी फ़ीडिंग और ताज़े माल का घनत्व लगभग 1 t/m³ मानता है। डाइजेस्टर की मौसमी गर्मी की ज़रूरत, हाइड्रोजन सल्फ़ाइड का उपचार, डाइजेस्टेट प्रोसेसिंग और परमिट मॉडल में शामिल नहीं हैं। सब्सिडी योजनाएं और ऊर्जा फ़सलों पर सीमाएं देश के हिसाब से अलग हैं।

तरीका और मान्यताएँ

बायोगैस = Σ (टन/दिन × प्रति टन ताज़ा पदार्थ आम बायोगैस उत्पादन); मीथेन = Σ बायोगैस × CH₄ हिस्सा। प्राथमिक ऊर्जा = CH₄ × 9.97 kWh/Nm³ × (1 − स्लिप)। CHP: बिजली = प्राथमिक ऊर्जा × ηel, गर्मी = प्राथमिक ऊर्जा × ηth; इंजन का साइज़ = सालाना बिजली ÷ फ़ुल-लोड घंटे। प्लांट की अपनी खपत और डाइजेस्टर हीटिंग घटा दी जाती है। बायोमीथेन: अपग्रेड किया गया CH₄, अपग्रेडिंग की बिजली घटाकर। डाइजेस्टर आयतन = रोज़ का ताज़ा द्रव्यमान (≈ 1 t/m³) × रिटेंशन टाइम; ऑर्गेनिक लोडिंग रेट = प्रति m³ प्रति दिन kg वोलेटाइल सॉलिड्स। डाइजेस्टेट = डाला गया द्रव्यमान − निकली CH₄ और CO₂ का द्रव्यमान।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

एक टन गोबर से कितनी बायोगैस बनती है?
ताज़े माल के प्रति टन आम मान: गाय-भैंस की स्लरी से लगभग 20–30 m³ बायोगैस, सुअर की स्लरी से 20–35 m³, गाय-भैंस के ठोस गोबर से 40–80 m³ और मुर्गी की बीट से 70–90 m³। ऊर्जा फ़सलें इससे कहीं ज़्यादा देती हैं: मक्के के साइलेज से प्रति टन लगभग 200 m³ और घास के साइलेज से 170–200 m³।
1 m³ बायोगैस से कितनी बिजली बनती है?
55% मीथेन वाली बायोगैस में प्रति m³ लगभग 5.5 kWh ऊर्जा होती है (मीथेन में करीब 10 kWh/m³)। CHP गैस इंजन इसका 38–42% बिजली में बदलता है, यानी प्रति m³ लगभग 2.0–2.3 kWh बिजली और साथ में 2.3–2.5 kWh उपयोगी गर्मी।
बायोगैस प्लांट के लिए कितनी गायें चाहिए?
एक दुधारू गाय रोज़ लगभग 50–60 kg स्लरी देती है, जिससे करीब 1.3–1.5 m³ बायोगैस बनती है। यह लगभग 0.12 kW लगातार बिजली उत्पादन के लिए काफ़ी है। इसलिए सिर्फ़ स्लरी वाले प्लांट को 50–100 kW CHP के लिए कई सौ गायें चाहिए। ज़्यादातर फ़ार्म प्लांट उत्पादन बढ़ाने के लिए ऊर्जा फ़सलें या खाने का कचरा भी मिलाते हैं।
बायोगैस में कितनी मीथेन होती है?
आम तौर पर 50–65%, बाकी ज़्यादातर कार्बन डाइऑक्साइड और थोड़ी मात्रा में हाइड्रोजन सल्फ़ाइड, जलवाष्प और अमोनिया। वसा और प्रोटीन वाले फ़ीडस्टॉक से ज़्यादा मीथेन मिलती है। मक्के जैसी कार्बोहाइड्रेट वाली फ़सलों से लगभग 52%।
हाइड्रॉलिक रिटेंशन टाइम और ऑर्गेनिक लोडिंग रेट क्या हैं?
रिटेंशन टाइम बताता है कि फ़ीडस्टॉक औसतन कितने दिन डाइजेस्टर में रहता है (डाइजेस्टर का आयतन ÷ रोज़ का इनपुट)। स्लरी के लिए यह आम तौर पर 20–30 दिन और ऊर्जा फ़सलों के साथ 60–100 दिन होता है। ऑर्गेनिक लोडिंग रेट वह मात्रा है जितने किलोग्राम वाष्पशील ठोस (VS) रोज़ डाइजेस्टर के हर m³ में डाले जाते हैं। स्टर्ड टैंक डाइजेस्टर के लिए 1.5–4 kg VS/m³·d सामान्य दायरा है।
डाइजेस्टेट क्या है और यह कितना बनता है?
डाइजेस्टेट पाचन के बाद बचा हुआ माल है। यह पोषक तत्वों से भरपूर खाद है, जिसमें फ़ीडस्टॉक का लगभग पूरा नाइट्रोजन, फ़ॉस्फ़ोरस और पोटैशियम रहता है। इसका वज़न इनपुट में से निकली गैस घटाकर बचता है, जो गोबर आधारित प्लांट में आम तौर पर इनपुट का 85–95% होता है।
बायोगैस से बिजली बनाना बेहतर है या बायोमीथेन?
CHP इंजन आसान है और उन फ़ार्मों के लिए ठीक है जिनके पास गर्मी इस्तेमाल करने वाले मौजूद हों। बायोमीथेन में अपग्रेड करने पर (CO₂ हटाकर लगभग 97–99% मीथेन) गैस को ग्रिड में डाला जा सकता है और वहां इस्तेमाल किया जा सकता है जहां उसकी कीमत सबसे ज़्यादा है (हीटिंग, उद्योग या परिवहन)। पर अपग्रेडिंग का खर्च निकालने के लिए बड़ा प्लांट चाहिए, आम तौर पर लगभग 250–500 m³/h कच्ची बायोगैस से ऊपर।

स्रोत और संदर्भ

  1. FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe): Guide to Biogas: From Production to Use, 5th ed., 2010
  2. IEA Bioenergy Task 37: Energy from Biogas
  3. IEA (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth
  4. KTBL: Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (कृषि फ़ीडस्टॉक से बायोगैस उत्पादन)

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