Производство спирта из навоза: пошаговое руководство и целесообразность такой переработки

Этиловый спирт (C₂H₅OH) получают путем перегонки (дистилляции или ректификации) продуктов брожения органических веществ.

Обычно материалом для его изготовления служат крупы, фрукты и овощи, то есть вещества, богатые моно- и полисахаридами.

Однако в тех случаях, когда использовать для производства спирта традиционные материалы невозможно (из-за их отсутствия или по другим причинам), хорошей заменой становится навоз или помет.

Как его получают?

Общий порядок действий, необходимый для получения спирта из любого материала, одинаков:

• исходное сырье, содержащее полисахариды (целлюлозу, крахмал или гликоген) превращают в субстрат, содержащий моносахариды (сахар, глюкозу и т. д.);
• в субстрат запускают спиртовые дрожжи;
• дожидаются окончания процесса брожения;
• очищают брагу;
• перегоняют с помощью нагрева и охлаждения в спирт и другие вещества, используя дистиллятор или ректификационную колонну.

Состав экскрементов

Чтобы узнать состав навоза и помета, необходимо посмотреть, чем питаются птицы или животные, а также что происходит с пищей в их желудочно-кишечном тракте.

Обычно кормом служат зерно, сено и солома, а также овощи.

Все эти материалы состоят из полисахаридов и небольшого количества моносахаридов.

Пропав в желудок, они подвергаются процессу ферментации, из-за чего сложные цепочки молекул разбиваются на простые. То есть сложные полисахариды, такие как крахмал или целлюлоза, расщепляются, образуя глюкозу и другие вещества.

Передвигаясь по кишечнику, переваривающаяся масса пищи постепенно теряет глюкозу, но даже после превращения в навоз эта масса содержит много как моно-, так и полисахаридов, ведь не все из них за время движения по кишечнику успели пройти полную ферментацию.

Процесс брожения

Растворенные в воде производные сахаров являются питанием для дрожжей, которые потребляя их, выделяют углекислый газ и различные вещества, включая этиловый спирт.

Дрожжи могут питаться только простыми низкомолекулярными веществами, поэтому сложные органические вещества не подходят для них в качестве корма, зато могут стать питанием для гидролизных бактерий, о которых мы рассказывали тут.

Если это произойдет, то гидролизные бактерии будут расщеплять не только простые, но и сложные полимерные органические цепочки, а кислотообразующие бактерии начнут потреблять питание дрожжей, взамен выделяя портящие брагу кислоты.

Чтобы такого не произошло, и преобладал процесс брожения, необходимо создать максимально комфортные условия для существования дрожжей.

Помимо расщепления сложных полимеров серной кислотой, желательно добавить в субстрат немного сахара.

Это позволит дрожжам быстро размножиться и занять доминирующее положение, после чего они успешно переработают большую часть навозной или пометной органики.

Процесс перегонки

В браге содержится много веществ, температура которых ниже температуры кипения воды, поэтому, нагревая брагу до температуры кипения того или иного вещества, добиваются его перехода в газообразное состояние, а после охлаждения это вещество превращается в конденсат (жидкость).

Температура кипения этилового спирта составляет 73,4 градуса. Нагревая брагу до этого уровня, добиваются перехода спирта в газообразное состояние.

При перегонке спирта в промышленных масштабах выдерживать необходимую температуру в течение длительного времени не слишком сложно, однако при небольших объемах переработки брагу нагревают почти до кипения.

Это приводит к тому, что вместе со спиртом в газообразное состояние переходят и другие вещества, в том числе различные эфиры и сивушные масла. Несмотря на то, что они портят спирт (их нужно отделять), эти вещества также могут оказаться полезными, поэтому для качественного разделения веществ используют ректификационную колонну.

Можно ли получить хороший продукт из навоза животных и куриного помета?

Дрожжи питаются простыми органическими веществами, вне зависимости от свойств исходного продукта, из которого их получили с помощью ферментации.

В результате спиртового брожения обработанного серной кислотой навоза получаются те же вещества, что и при спиртовом брожении зерна или любых других продуктов.

Очистка с помощью дистиллятора не может не только качественно отделить этиловый спирт от метилового спирта и сивушных масел, но и не избавляет готовый продукт от характерного навозного запаха.

Однако после ректификации по всем органолептическим свойствам спирт из навоза и помета, в том числе куриного, полностью идентичен спиртам из зерна или овощей.

Поэтому получить хороший спирт из навоза и помета можно, однако для этого необходимо:

• правильно подготовить навоз;
• запустить реакцию спиртового брожения;
• обеспечить наиболее оптимальные условия для спиртового брожения;
• очистить спирт с помощью перегонного куба и ректификационной колонны.

Пошаговое руководство

Мы подготовили описание процесса, которое можно провести в домашних условиях, а также краткое описание необходимого оборудования, однако для перевода процесса на промышленный масштаб необходимо будет помощь специалистов, ведь многое зависит от оборудования, а оно у всех разное.

Кроме того, для производства спирта в промышленных масштабах потребуется ректификационная колонна, изготовленная по заказу под конкретные условия.

Ведь помимо этилового спирта, она сможет выдавать очищенный метиловый спирт и другие вещества, которые можно продать или применить тем или иным способом.

Чтобы превратить навоз или помет в спирт, необходимо сделать следующее:

1. Экскременты разбавить водой (соотношение 1:3), затем тщательно перемешать, чтобы не было комков, и смесь была однородной.
2. Добавить в смесь серную кислоту (ее количество должно составлять 1–5% от объема готовой смеси) и перемешать. Для выполнения этой операции потребуется кислотостойкая емкость. Нельзя менять порядок действий и заливать смесь в кислоту, это приведет к закипанию воды, разбрызгиванию содержимого емкости и тяжелым ожогам.
3. Довести готовую смесь до кипения, чтобы кислота разрушила сложные полимерные цепочки, затем остудить до температуры 30 градусов.
4. Измерить кислотность готового состава и, добавляя в него мел или соду, снизить значение кислотности до уровня 4–5 PH.
5. Для активизации процесса спиртового брожения растворить в смеси немного сахара. Его количество некритично, ведь он нужен лишь для того, чтобы дрожжи быстрей размножились и опередили микроорганизмы, являющиеся участниками других типов брожения.
6. Растворить в воде спиртовые дрожжи. Дождаться появления пузырьков и влить дрожжи в готовую смесь, получив таким образом брагу.
7. Поставить емкость с брагой в темное место с температурой 24–30 градусов. Температура ниже этого уровня приведет к уменьшению активности дрожжей, и микроорганизмы с другим метаболизмом переработают брагу в уксусную кислоту. Если же превысить эту температуру, то вся колония дрожжей погибнет, брагу переработают иные вещества, что тоже приведет к ее порче. Желательно оснастить емкость гидрозатвором.
8. Время брожения составит 3–10 дней. Признаком его окончания и готовности браги к перегонке служат прекращение выработки углекислого газа (перестали выделяться пузырьки) и появление беловатого осадка.
9. После окончания брожения смесь процеживают с помощью марли и перегоняют либо сразу через ректификатор, либо сначала через дистиллятор, а затем через ректификационную колонну. Максимальная крепость спирта при дистилляции составляет 40–50%, при этом очень важно полностью отделить «головы» и «хвосты». Ведь «головы» содержат метиловый спирт и другие представляющие опасность вещества, а «хвосты» состоят из эфиров и сивушных масел, придающих продукту перегонки неприятный запах и вкус.

Государственное регулирование производства

Вне зависимости от целей производства спирта и способов его реализации, выпуск такой продукции подпадает под действие Федерального закона от 22.11.1995 N 171-ФЗ (ред. от 01.05.2019) «О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции».

Он предусматривает использование только сертифицированного оборудования (ст. 8), поэтому после изготовления той же ректификационной колонны, она должна пройти процедуру сертификации. Исключение составляют те предприятия, где объем производства спирта не превышает 2 тысячи литров в год (ст. 14.1).

Плюс необходимо получение лицензии не только на производство, но и на перевозку спиртосодержащей продукции (ст. 9).

Отметим, что здесь также есть исключение для предприятий, где годовой объем производимого спирта не превышает двух тысяч литров.

Кроме того, закон обязывает применять средства автоматического учета полученного продукта (ст. 14) и внимает госконтроль всех этапов производства спиртосодержащей продукции (ст.23.1).

Исполнение всех этих требований приводит к весьма серьезным расходам, резко увеличивающим стоимость продукта, а их нарушение влечет еще более крупные финансовые потери из-за штрафов.

Целесообразность такой переработки

При соблюдении всех требований закона, касающихся лицензирования и использования сертифицированного оборудования, стоимость спирта получится настолько большой, что дешевле будет покупать уже готовый продукт.

Поэтому тягаться с крупными спиртопроизводящими заводами невозможно, а значит, нет смысла производить продукцию в промышленных объемах, то есть превышающих 2 тысячи литров в год.

Тем не менее, нет никакого запрета для частных лиц на использование дистиллятора или ректификационной колонны для собственных нужд, если производство готового продукта не превышает указанного объема.

Поэтому получать из экскрементов спирт на птицефабрике или животноводческом комплексе не имеет смысла из-за слишком больших расходов на лицензирование и сертификацию оборудования.

Иногда спирт перегоняют в больших объемах, чтобы заправлять им автомобили, аргументируя тем, что его делают не для продажи или употребления в качестве спиртного напитка, но даже в этом случае отсутствие лицензии или сертификатов является нарушением закона.

Из-за этого есть смысл делать спирт из экскрементов лишь в маленьких домашних хозяйствах, однако и тут можно как найти более удачные материалы для изготовления браги, так и использовать навоз и помет более эффективно. К примеру, брагу делать из овощных отходов, а экскременты перерабатывать в перегной, топливо или биогаз.

Видео по теме

Сюжет об изготовлении спирта из коровьего навоза:

Заключение

Навоз и помет содержат достаточно органических веществ, которые можно использовать для изготовления спирта. Причем отличие от технологии получения спирта из зерна или овощей лишь в способе подготовки питательного субстрата, в котором будут жить спиртовые дрожжи.

В домашних условиях получить спирт из навоза несложно, однако промышленное производство сильно ограничено существующими в России законами, поэтому стоимость легально произведенных больших объемов спирта будет слишком большой.