HARMONY OF LIFE
BEZPŁATNY NEWSLETTER: 
     |      SZUKAJ NA PORTALU: 
Ecoeurope.eu     
CZŁOWIEK ŹRÓDŁEM DOBRANowe Niebo i Nowa ZiemiaDom.ecoeuropeHarmonia życia na co dzień
BibliotekaUzdrowiska InnowacjeInstytut SzczęściaDar.ecoeuropeVideo.ecoeurope
 
 
 

Biblioteka - Czysta Energia - strona 3

Portal ecoeurope.eu
R E K L A M A
R E K L A M A

Biogaz z zastosowaniem biomasy roślinnej – technologia


Biogazownie rolnicze oparte na procesie fermentacji metanowej, wdrażane na szeroką skalę na całym świecie, znalazły zastosowanie jako instalacje do biologicznego unieszkodliwiania odpadów organicznych, z wykorzystaniem biomasy pochodzącej z celowych plantacji roślin energetycznych.
System produkcji biogazu „NaWaRo” (Nachwachsende Rohstoffe), wdrażany w Niemczech, wykorzystuje głównie kiszonki z roślin (kukurydzy, traw, buraków itp.), zaś inne substraty (np. gnojowica, ziarno zbóż czy odpady) wykorzystywane są w zależności od konkretnych uwarunkowań gospodarstwa. Biogazownia taka składa się z komór fermentacyjnej i pofermentacyjnej oraz modułu kogeneracyjnego (rysunek). Przefermentowana zawiesina jest naturalnym nawozem, wykorzystywanym do wzbogacania gleby w substancje pokarmowe, co pozwala zmniejszyć zużycie nawozów sztucznych w gospodarstwie.

R E K L A M A



Kosubstraty, zgromadzone uprzednio w zbiornikach wstępnych (np. gnojowica) oraz kiszonki po rozdrobnieniu i homogenizacji stają się wsadem energetycznym dla instalacji biogazowej, a nośnikiem energetycznym jest biometan, wytwarzany w procesie fermentacji metanowej mezofilnej (w temp. 37°C), przeprowadzanej w komorze fermentacyjnej. Wstępnym etapem produkcji biometanu jest hydroliza (białka→aminokwasy, wielocukry→cukry proste, tłuszcze→alkohole wielowodorotlenowe i kwasy tłuszczowe), umożliwiająca proces zakwaszania, podczas którego dominujące, fakultatywne bakterie acidogenne przetwarzają rozpuszczone w wodzie substancje chemiczne, w tym produkty hydrolizy, do krótkołańcuchowych kwasów organicznych, głównie (w 76%) do lotnych kwasów tłuszczowych (mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, walerianowy, kapronowy), do alkoholi (metanol, etanol), aldehydów i produktów gazowych: CO2 i H2.


Kolejnym etapem produkcji biogazu jest faza acetogenna (octanogeneza): przetwarzanie etanolu oraz lotnych kwasów tłuszczowych do octanów oraz CO2 i H2 przez bakterie acetogenne. Następna jest faza metanogenna: produkcja metanu przez bakterie metanowe (autotroficzne i heterotroficzne) z kwasu octowego (prawie 70%), H2 i CO2 oraz mrówczanu, metanolu, metyloaminy lub siarczku dwumetylowego.
W komorze fermentacyjnej muszą być utrzymywane właściwe warunki biologiczne, zapewniające efektywną produkcję biogazu. Parametry te wynikają z proporcji i stężeń kiszonek oraz gnojowicy. Są one dobierane na podstawie analizy fizykochemicznej oraz wstępnej symulacji procesu w warunkach laboratoryjnych. Konfiguracja instalacji zapewnia optymalizację procesu, nawet przy zmianach proporcji udziałowych kosubstratów lub zmianach ich rodzaju. Udział kiszonek zależy od stężenia suchej masy w fermentorze. Przykładowo dla biogazowni o mocy 500 kWe, przy ilości gnojowicy świńskiej 55 t/dobę, wymagane jest 22 t/dobę kiszonki. Umożliwia to produkcję biogazu o zawartości 53,66% biometanu. Utrzymanie właściwego stężenia wsadu w przestrzeni fermentora zapewniają mieszadła mechaniczne, uniemożliwiające wystąpienie stref przeciążenia ładunkiem organicznym.
Osad pofermentacyjny jest transportowany do komory pofermentacyjnej, w której zachodzi proces wygaszania fermentacji i odgazowania osadu, wykorzystywany następnie jako nawóz rolniczy. Wyprodukowany biometan, po usunięciu siarkowodoru, jest kierowany do modułu kogeneracyjnego, czyli silnika gazowego, w którym energia chemiczna biogazu ulega konwersji na energię elektryczną oraz cieplną. Modułem kogeneracyjnym jest silnik gazowy. Część tej energii jest przeznaczana na pokrycie potrzeb własnych, pozostała jest sprzedawana odbiorcom zewnętrznym. Jeżeli instalacja kogeneracyjna nie pracuje, urządzeniem spalającym biogaz jest pochodnia gazowa. Stany te są najczęściej krótkotrwałe i sporadyczne (wymiana oleju, wymiana filtrów, pomiar luzów, sprawdzanie rozrządu itd.). Elektrociepłownia biogazowa wyposażona jest w urządzenia i podzespoły zapewniające bezpieczną eksploatację (system detekcji gazu, niezależne systemy zabezpieczeń poziomów oraz ciśnień) oraz zdalny monitoring (automatyka sterująca i kontrolująca).

R E K L A M A



Warunki prowadzenia procesu


O prawidłowym przebiegu fermentacji, poza właściwym substratem, decydują odpowiednie populacje mikroorganizmów oraz parametry środowiskowe, wpływające na ich aktywność i szybkość przemian, tj. pH, wymiar cząsteczek, temperatura, siła jonowa (zasolenie) oraz obecność składników pokarmowych i związków toksycznych.
Optymalny przebieg kinetyki fermentacji metanowej wymaga: temperatury fermentacji mezofilnej 37 ±2°C, pH 6-8, stężenia lotnych kwasów organicznych 50-500 mg CH3COOH/dm3, potencjału oksydoredukcyjnego 520-530 mV i alkaliczności 2000-3000 mg/dm3 CaCO3.
Ponadto wymagana jest kontrola stężeń związków toksycznych: kwasów organicznych (zwłaszcza propionowego) jako produktu fazy kwaśnej; siarkowodoru przy zaniżonym pH jako produktu redukcji siarczanów, siarczynów i organicznych połączeń siarki; amoniaku jako produktu mineralizacji organicznych połączeń azotu przy zawyżonym pH.
Ilość i częstotliwość doprowadzenia wsadu do komory fermentacyjnej, właściwe proporcje C/N, wynikające z rodzaju kosubstratów, oraz częstotliwość mieszania decydują o efektywności produkcji biometanu. Właściwie realizowana kinetyka fermentacji beztlenowej umożliwia obciążenie komory 5 kg s.m.o./m3 komory na dobę.
System produkcji biogazu „NaWaRo” w oparciu głównie o biomasę roślinną cieszy się w Niemczech dużym zainteresowaniem, a liczba biogazowni stale rośnie. W związku z tym pojawiły się propozycje, aby również w Polsce wdrażać takie rozwiązanie.


Porównanie opłacalności


Aby sprawdzić, czy produkcja biogazu wyłącznie na bazie biomasy roślinnej przyniesie w Polsce podobne korzyści jak w Niemczech, przeprowadzono analizę, uwzględniającą koszty funkcjonowania biogazowni, ceny sprzedaży energii w obu krajach oraz wartość sprzedanej energii w zależności od substratu. Analizę przeprowadzono dla biogazowni o mocy mniejszej od 150 kWel. Przyjęto następujące okresy amortyzacji: zbiorniki 20 lat, instalacje i urządzenia pomocnicze 10 lat, układ kogeneracyjny (bez silnika) 9 lat, silnik 4,5 roku oraz stopę procentową 6% i ubezpieczenie 0,5% wartości inwestycji.
Jednostkowe ceny sprzedaży prądu elektrycznego w Polsce są sumą ceny sprzedaży prądu do sieci i sprzedaży praw majątkowych świadectw pochodzenia zielonej energii. Produkcja biogazu jest opłacalna ekonomicznie, jeżeli wartość rynkowa pozyskania kosubstatów nie przekracza wartości granicznych podanych w ostatniej kolumnie tabeli. Wynikają one z różnicy wpływów ze sprzedaży prądu do sieci i kosztów eksploatacyjnych biogazowni (stałych i zmiennych). Dla przykładu: koszt wyprodukowania kiszonki z kukurydzy (w fazie dojrzałości woskowej) w Niemczech nie może przekroczyć 42 euro/tonę świeżej masy, a w Polsce 7 euro/tonę świeżej masy. Koszt produkcji kiszonki w Niemczech nie przekracza w praktyce 20 euro, więc rolnik zyskuje dodatkowo 20 euro po przetworzeniu kiszonki na energię odnawialną. W Polsce koszt produkcji kiszonki waha się od 70 do 90 zł, więc zastosowanie jej w biogazowni jest ekonomicznie nieuzasadnione (maksymalny koszt zakupu – 7 euro). Wartości ujemne wskazują na konieczność łączenia kosubstratów niedochodowych z kosubstratami wyżej dochodowymi. Niemiecki rolnik może dodatkowo otrzymać dopłatę 2 centy/kWh za wykorzystanie ciepła z modułu kogeneracyjnego przez zewnętrznego odbiorcę oraz 2 centy/kWh za wdrożenie dodatkowo urządzenia zwiększającego efektywność wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu np. silnik Rankina czy silnik Kaliny.


Z przeprowadzonej analizy wynika, że w obecnych realiach prawno-finansowych produkcja energii w biogazowni rolniczej w oparciu wyłącznie o biomasę roślinną i gnojowicę jest w Polsce ekonomicznie nieuzasadniona. Szansą na rozwój tego sektora jest wykorzystanie wysokoenergetycznych odpadów tłuszczowych (kat. II i III), stosowanych w biogazowniach europejskich, regulowanych prawnie przez rozporządzenie 1774/2002/WE, poddanych procesowi higienizacji przed dostarczeniem do fermentora, oraz racjonalna inżynieria finansowa uwzględniająca środki publiczne, unijne i zagraniczne.
Niestety, istnieje realne zagrożenie, że nowe regulacje prawne uniemożliwią wykorzystanie w polskich biogazowniach substratów podnoszących efektywność procesu fermentacji. Może się tak stać, jeżeli wejdzie w życie rozporządzenie Ministra Środowiska (projekt z 16 stycznia br.) w sprawie warunków odzysku za pomocą procesu odzysku R10 Rozprowadzanie na powierzchni ziemi w celu nawożenia lub ulepszania gleby i rodzajów odpadów dopuszczonych do takiego odzysku. Projekt ten nie uwzględnia żadnego odpadu pofermentacyjnego, więc uniemożliwia wykorzystanie go do użyźniania pól uprawnych.
Projekt rozporządzenia jest obecnie na etapie uzgodnień międzyresortowych. Z nieoficjalnych informacji wynika, że być może zostanie w nim uwzględniona masa pofermentacyjna, pochodząca z fermentacji gnojowicy i biomasy roślinnej. Takie rozwiązanie uniemożliwi jednak stosowanie np. odpadów pochodzenia zwierzęcego, tłuszczowych itp., a więc o najwyższej wydajności biogazu.
Należy mieć nadzieję, że postulaty zgłaszane podczas konsultacji projektu rozporządzenia znajdą zrozumienie u władz ustawodawczych, dzięki czemu rozwój polskich biogazowni rolniczych nie zostanie zahamowany. Ponadto nowe regulacje prawne, dotyczące zielonych i czerwonych certyfikatów, pozwolą na podniesienie efektywności ekonomicznej jednostek produkujących energię w kogeneracji.
Stanisław Rusak, ZENERIS, Poznań; dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko, Akademia Rolnicza, Lublin

Schemat biogazowni rolniczej

Porównanie opłacalności ekonomicznej produkcji biogazu z różnych substratów w Niemczech i w Polsce

 

 

Porównanie opłacalności ekonomicznej produkcji biogazu z różnych substratów w Niemczech i w Polsce

Rodzaj substratu

Produkcja biogazu [m3/t]

Niemcy

Polska

Suma kosztów stałych i zmiennych biogazowni rolniczej [euro/t]

Niemcy

Polska

Jednostkowa cena sprzedaży energii el. [ct/kWe]

Wartość sprzedaży energii el. [euro/t]

Jednostkowa cena sprzedaży energii el. [ct/kWe]

Wartość sprzedaży energii el.

[euro/t]

maksymalne koszty pozyskania kosubstratu

[euro/t]

Zużyty olej posmażalniczy

875

11,5

243

8,25

174

91

152

83

Gliceryna

846

11,5

173

8,25

124

66

107

58

Makuchy z rzepaku

580

11,5

148

8,25

106

59

89

47

Odpady piekarnicze

651

11,5

140

8,25

101

55

86

46

Ziarno pszenicy

597

11,5+6

197

8,25

93

51

145

41

Ziarno żyta

597

11,5+6

193

8,25

91

51

143

40

Siano łąkowe

404

11,5+6

134

8,25

63

38

95

25

Słoma jęczmienna

312

11,5+6

98

8,25

46

31

67

16

Kiszonka z traw w fazie kwitnienia

202

11,5+6

67

8,25

32

24

43

7

Kiszonka z kukurydzy

 

·          faza dojrzałości woskowej

 

- wysoki udział ziarna

 

- średni udział ziarna

 

·        faza dojrzałości ciasta, średni udział ziarna

 

202

185

 

11,5+6

11,5+6

 

66

60

 

8,25

8,25

 

31

28

 

24

23

 

42

37

 

7

6

155

11,5+6

50

8,25

24

21

29

3

Kiszonka z całych roślin zbóż, średni udział ziarna

195

 

11,5+6

63

8,25

30

23

40

6

Kiszonka z traw z wszystkich pokosów

182

11,5+6

61

8,25

29

23

38

6

Surowe ziemniaki (wysoka zawartość skrobi)

177

11,5+6

57

8,25

27

22

35

5

Surowe ziemniaki (średnia zawartość skrobi)

150

11,5+6

48

8,25

23

20

28

2

Tłuste odpady kuchenne/restauracyjne

127

11,5

32

8,25

23

21

11

2

Świeży burak cukrowy

147

11,5+6

47

8,25

22

20

27

2

Trawa łąkowa I pokos

98

11,5+6

33

8,25

15

17

16

-2

Pomiot kurzy

56

11,5+6

23

8,25

11

15

8

-4

Obierki ziemniaczane surowe

68

11,5

14

8,25

10

15

-1

-5

Zielona kapusta pastewna

63

11,5+6

21

8,25

10

15

7

-5

Chude mleko świeże

58

11,5

14

8,25

10

15

-1

-5

Serwatka

34

11,5

7

8,25

5

13

-5

-7

Gnojowica świńska

20

11,5+6

8

8,25

4

12

-4

-8

Gnojowica bydlęca

21

11,5+6

7

8,25

3

12

-5

-8

Źródło dla danych niemieckich: Handreichung Biogasgewinnung und –netzung

 

 




   WASZYM ZDANIEM
Brak wypowiedzi
Dodaj nową wypowiedź:
Autor:
Treść:
Antyspam: 2+8=
Komentarze są prywatnymi opiniami użytkowników portalu ecoeurope.eu, ekoeurope.eu, ekoenergia.pl, ecoenergia.pl i portal nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy. Przed wstawieniem komentarza, pisania EKO blogu, EKO dom.ekoenergia.pl lub korzystania z EKO czatu przeczytaj REGULAMIN FORUM DYSKUSYJNEGO/SPOŁECZNOŚCI. Naruszenia regulaminu można zgłaszać pod adresem: sekretariat@ecoeurope.eu
R E K L A M A
Polecamy: bzyk-car.pl  
Współpraca | Reklama | Linki | Kontakt
dodaj do ulubionych   ustaw jako startową

Portal internetowy: wersja 3.40
Copyright © 2000 - 2020 Ekoenergia.pl - Ecoeurope.eu
Portal Eko : Odnawialne źródła energii
Made in Poland

Realizacja: e-solution © 2006

Portal firmy "Ecoeurope.eu" sp. z o.o. o domenach: ecoeurope.eu, ekoeurope.eu, ekoenergia.pl ,ecoenergia.pl i inne będące jego własnością nie ponosi żadnej odpowiedzialności wobec Użytkowników lub osób trzecich z tytułu szkód, zarówno bezpośrednich jak i pośrednich, w związku z wykorzystaniem danych i informacji zawartych na stronach Portalu i/lub Serwisów.