dr in¿. Wojciech CZEKA£A , Piotr SZEWCZYK , Agnieszka KWIATKOWSKA Kamil KOZ£OWSKI , dr in¿. Damian JANCZAK
1 2 3
1 1
1
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Instytut In¿ynierii Biosystemów e-mail: wojciech@up.poznan.pl
Zak³ad Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych „Orli Staw” Dyrektor ZUOK, Orli Staw 2, 62-834 Ceków
e-mail: pszewczyk@orlistaw.pl MORA POLSKA Sp. z o.o.,
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Studenckie Ko³o Naukowe Ekoenergetyki 2
3
Streszczenie
Proces fermentacji metanowej jest jednym ze sposobów biologicznego zagospodarowania wybranych frakcji odpadów komunalnych. Zastosowanie w/w odpadów do produkcji biogazu w warunkach kontrolowanych pozwala na ograniczenie kosztów transportu i sk³adowania. W niniejszej pracy przedstawiono informacje dotycz¹ce pochodzenia i w³aœciwoœci odpadów komunalnych pod k¹tem ich wykorzystania w procesie fermentacji metanowej. Zawarto równie¿ informacje dotycz¹ce potencja³u energetycznego wraz z podaniem mo¿liwoœci zagospodarowania powstaj¹cego biogazu.
: biogaz, odpady komunalne, biopaliwa S³owa kluczowe
PRODUKCJA BIOGAZU Z ODPADÓW
KOMUNALNYCH
Wstêp
Pochodzenie i w³aœciwoœci odpadów komunalnych
Ka¿dego roku cz³owiek produkuje znaczne iloœci odpadów komunalnych. Ma to miejsce przede wszystkim w krajach roz-winiêtych oraz rozwijaj¹cych siê. Specyficzn¹ frakcj¹ w stru-mieniu ca³ych odpadów s¹ tzw. odpady komunalne. Wed³ug Ustawy o odpadach z dnia 14 grudnia 2012 r. pod pojêciem odpadów komunalnych rozumiemy „odpady powstaj¹ce w go-spodarstwach domowych, z wy³¹czeniem pojazdów wyco-fanych z eksploatacji, a tak¿e odpady niezawieraj¹ce odpadów niebezpiecznych pochodz¹ce od innych wytwórców odpadów, które ze wzglêdu na swój charakter lub sk³ad s¹ podobne do odpadów powstaj¹cych w gospodarstwach domowych; zmie-szane odpady komunalne pozostaj¹ zmieszanymi odpadami komunalnymi, nawet je¿eli zosta³y poddane czynnoœci przetwarzania odpadów, która nie zmieni³a w sposób znacz¹cy ich w³aœciwoœci” [25].
Odpady komunalne, zawieraj¹ w swoim sk³adzie materiê organiczn¹ oraz maj¹ charakterystyczne w³aœciwoœci, dziêki którym mog¹ byæ po¿ytecznie unieszkodliwione, lub wrêcz poddane procesowi odzysku [1]. Wed³ug obowi¹zuj¹cej usta-wy o odpadach, omawian¹ grupê mo¿na poddaæ odzyskowi R3 (recykling lub regeneracja substancji organicznych), które nie s¹ stosowane jako rozpuszczalniki (w³¹czaj¹c kompostowanie i inne biologiczne procesy przekszta³cania). Takie dzia³anie pozwala przede wszystkim zredukowaæ liczbê odpadów trafia-j¹cych na sk³adowiska odpadów komunalnych, co wi¹¿e siê z ograniczeniem wysokich kosztów transportu oraz samego sk³adowania [26]. Ponadto, wed³ug wymogów prawa unijnego i krajowego wszelkie dzia³ania w gospodarce odpadami powin-ny byæ tak realizowane, aby sk³adowanie ograniczyæ do minimum [9]. Maj¹c na uwadze coraz bardziej rygorystyczne wymagania z zakresu gospodarki odpadami komunalnymi poszukuje siê alternatywnych rozwi¹zañ sk³adowania. Wœród nich wymieniæ mo¿na kompostowanie [2, 4], biogazowanie [3, 15] oraz przekszta³canie termiczne [27].
Odpady komunalne wytwarzane s¹ przede wszystkim w go-spodarstwach domowych, chocia¿ nie jest to jedyne miejsce ich powstawania [5]. Ten rodzaj odpadów generowany jest
równie¿ w wielu innych miejscach, takich jak: targowiska, zieleñ miejska czy obiekty u¿ytecznoœci publicznej.
Wed³ug danych statystycznych w Polsce w 2015 roku iloœæ wytworzonych odpadów komunalnych wynios³a ok. 10,3 mln Mg. Oznacza to, ¿e na jednego mieszkañca kraju przypada³o œrednio ok. 268 kg/rok i jest to o 25 kg mniej ni¿ w 2014 roku [11]. Pod wzglêdem produkcji odpadów komunalnych na jednego mieszkañca Polska zajmuje jedno z ostatnich miejsc w Europie. Dominuj¹cym, pod tym wzglêdem krajem jest Dania, gdzie przeciêtny obywatel produkuje ok. 747 kg odpadów/rok. O ile iloœæ produkowanych odpadów na jednego obywatela w Polsce jest niska, to sposób ich zagospodarowania nie jest ju¿ tak korzystny. Spoœród wszystkich metod twarzania odpadów komunalnych w Polsce dominuje prze-twarzanie w instalacjach mechaniczno-biologicznych, a nastêpnie ich sk³adowanie. Ten koñcowy sposób unieszko-dliwiania odpadów, jako najni¿ej postawiony w hierarchii postêpowania z odpadami [9] powinien byæ ostatecznoœci¹, jednak w 2014 r. sk³adowaniu poddano oko³o 53% ca³oœci wytworzonych odpadów komunalnych (rys. 1).
Z danych przedstawionych na rys. 1 wynika, ¿e jedynie 11,2% wytworzonych odpadów komunalnych zagospo-darowano na drodze biologicznego przetwarzania. Nale¿y mieæ na uwadze, ¿e z grupy tych odpadów do kompostowania oraz fermentacji metanowej nadaje siê tylko ich czêœæ. Wyró¿niæ mo¿na trzy zasadnicze frakcje odpadów pozwalaj¹ce na Rys. 1. Sposoby zagospodarowania odpadów komunalnych w Polsce w 2014 r.
Fig. 1. Waste management options in Poland in 2014
ród³o: Opracowanie w³asne na podstawie [11] / Source: own work by [11]
produkcjê biogazu, a w dalszej kolejnoœci energii elektrycznej i cieplnej. S¹ to: resztki organiczne pochodzenia roœlinnego, zwierzêcego oraz inne pozosta³oœci organiczne.
O tym czy dane pozosta³oœci mog¹ byæ przydatne do fer-mentacji metanowej decyduj¹ ich wybrane w³aœciwoœci. Najwa¿niejsz¹, a zarazem stwarzaj¹c¹ najwiêcej problemów cech¹ charakteryzuj¹c¹ ten rodzaj odpadów jest zró¿nicowanie ich sk³adu oraz iloœci. Dotyczy to zarówno czasu (wielolecie, rok, pora roku), jak i miejsca powstawania (wieœ, miasto). Z tego wzglêdu niezbêdne jest wydzielenie z ca³ego strumienia odpadów komunalnych tych, które bêd¹ mog³y zostaæ wykorzystane. Jest to o tyle k³opotliwe, ¿e w ustawodawstwie krajowym nie ma jeszcze nakazu dokonywania segregacji u Ÿród³a tego rodzaju odpadów. Mimo to s¹ ju¿ w Polsce miejsca gdzie s¹ one zbierane selektywnie. Nakaz taki wprowadzaj¹ zapisy projektu nowego KPGO [14]. Ma to uza-sadnienie œrodowiskowe i ekonomiczne. Jest to element za³o¿eñ gospodarki o obiegu zamkniêtym ( ). W rzeczywistoœci jednak niewiele osób wie, ¿e op³acalnym jest wydzielenie pozosta³oœci biodegradowalnych, które stanowi¹ czasem nawet 45% produkowanych przez ludzi odpadów.
Wyró¿nia siê dwie metody wydzielenia bioodpadów: sele-ktywna zbiórka w miejscu powstawania i mechaniczna segre-gacja w specjalnie przystosowanych do tego instalacjach. Ka¿dy z systemów ma zalety i wady, jednak niezale¿nie od wy-boru op³aca siê ekonomicznie korzystaæ z dowolnego systemu, ni¿ nie korzystaæ z ¿adnego. Najprostsz¹ z form daj¹c¹ wyso-kiej jakoœci surowiec jest segregacja odpadów w miejscu ich powstawania. Dziêki temu znaczna ich czêœæ mo¿e zostaæ bez-poœrednio poddana recyklingowi lub odzyskowi. Jednak pro-blemem dla wielu ludzi, w warunkach polskich, jest konie-cznoœæ posiadania w gospodarstwie domowym kilku ró¿nych pojemników dla poszczególnych grup odpadów. Kosztowne jest tak¿e selektywne zbieranie i transport tej dodatkowej frakcji.
Drug¹ równie istotn¹ cech¹ odpadów komunalnych jest ich stan sanitarny. Odpady te w wiêkszoœci przypadków zbierane s¹ w systemie workowym. Pozosta³oœci te s¹ niestabilne, przez co podatne na niekontrolowany rozk³ad. Problem ten jest wa¿ny, poniewa¿ dotyczy tej czêœci odpadów, które mog¹ zostaæ poddane fermentacji metanowej czyli biodegrado-walnych. Dekompozycja w niekontrolowanych warunkach powoduje przede wszystkim powstawanie uci¹¿liwych zapachów oraz rozwój wielu patogenów, wœród których najliczniejsz¹ grupê tworz¹ bakterie. Sam proces fermentacji, w przypadku gdy jest prawid³owo prowadzony pozwoli w du-¿ym stopniu poprzez hermetyzacjê procesu zredukowaæ emisje odorów. Jest to mo¿liwe dziêki temu, ¿e jest on ca³kowicie kontrolowany, a nieprzyjemna woñ, któr¹ tworz¹ niektóre zwi¹zki chemiczne nie przenika poza komorê fermentacyjn¹. Odmienna sytuacja jest w przypadku stanu sanitarnego odpadów. Wszelkie przemiany biologiczne zachodz¹ dziêki mikroorganizmom, wœród których s¹ i takie, które stanowi¹ zagro¿enie dla cz³owieka. Czêœæ z nich jest szkodliwa, a ich wp³yw ujawnia siê przy negatywnym oddzia³ywaniu na przebieg procesu oraz roznoszeniu chorób. Substraty w trakcie rozk³adu ulegaj¹ czêœciowemu unieszkodliwieniu, jednak do pe³nej ich neutralizacji w niektórych biogazowniach nie dochodzi. Spowodowane jest to najczêœciej zró¿nicowan¹, zbyt nisk¹ temperatur¹ prowadzonego procesu. Alternatyw¹ dla tego problemu mo¿e byæ kompostowanie odwodnionego po-fermentu powstaj¹cego w procesie technologicznym. Po osi¹-gniêciu maksymalnych temperatur w fazie termofilnej, siêga-j¹cych czêsto ponad 80°C wiêkszoœæ patogenów ginie, a pozo-sta³oœæ pofermentacyjna zamienia siê w stabilny materia³.
circular economy
Przebieg procesu fermentacji metanowej
Pierwsze przemys³owe instalacje wykorzystuj¹ce odpady i osady œciekowe w procesach beztlenowych powstawa³y w Europie w XIX wieku. W chwili obecnej biogaz na ca³ym œwiecie uzyskujê siê w biogazowniach funkcjonuj¹cych przy oczyszczalniach œcieków, z odgazowania sk³adowisk odpadów komunalnych oraz w biogazowniach rolniczych lub odpa-dowych. W instalacjach odgazowania umiejscowionych na sk³adowiskach odpadów, mimo kontaktu wierzchnich warstw z powietrzem atmosferycznym - niesprzyjaj¹cym procesowi fermentacji metanowej - w ni¿szych partiach dochodzi do przemian beztlenowych, których koñcowym produktem jest biogaz zwany te¿ gazem wysypiskowym. Niezale¿nie od tego czy fermentacja ma miejsce w reaktorze w warunkach kontrolowanych, czy na sk³adowisku odpadów, dominuj¹cym produktem jest metan, bêd¹cy wysokoenergetycznym noœni-kiem energii. Z tego wzglêdu niekontrolowane przemiany zachodz¹ce na wysypiskach by³y powodem niekontrolo-wanych emisji, a w œlad za tym zak³adania aktywnych instalacji odgazowuj¹cych, jak te¿ specjalistycznych komór fermenta-cyjnych w biogazowniach, s³u¿¹cych do celowej produkcji biogazu. W chwili obecnej w Polsce wzrasta zainteresowanie biogazowniami rolniczymi, wykorzystuj¹cych takie substraty, jak gnojowica, biomasa rolnicza oraz odpady z przemys³u rolno-spo¿ywczego. Nale¿y przypuszczaæ, ¿e rosn¹c¹ popular-noœci¹ bêd¹ siê cieszy³y równie¿ biogazownie pozwalaj¹ce unieszkodliwiæ niektóre sta³e odpady komunalne zasobne w materiê organiczn¹.
Fermentacja metanowa jest typowym procesem przemian biochemicznych zachodz¹cym pod wp³ywem mikro-organizmów. W jej sk³ad wchodz¹ 4 odrêbne fazy, a w ka¿dej z nich powstaj¹ specyficzne produkty koñcowe. I tak w wyniku przemian zachodz¹cych w trakcie ostatniej z faz (metano-genezy) powstaje biogaz, którego g³ównymi sk³adnikami s¹ metan (oko³o 60%) oraz ditlenek wêgla (oko³o 39% produkcji). Pozosta³e gazy stanowi¹ przede wszystkim siarkowodór, amoniak, azot i wodór. Nie maj¹ one jednak znaczenia od strony energetycznej procesu, gdy¿ ich ³¹czna iloœæ nie przekracza zazwyczaj 1% ca³kowitej produkcji. Niemniej gazy te mog¹ byæ inhibitorami procesu (amoniak, siarkowodór). Schematyczny przebieg procesów zachodz¹cych w trakcie rozk³adu beztlenowego przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Rozk³ad materii organicznej w warunkach beztlenowych z uwzglêdnieniem produktów przemian
Fig. 2. Ogranic matter decomposition in anaerobic conditions including the products of bioconversion processes
ród³o: Opracowanie w³asne na podstawie [17] / Source: own work by [17]
Produkcja energii z odpadów komunalnych
Wydajnoœæ energetyczna procesu fermentacji metanowej zale¿y przede wszystkim od rodzaju wykorzystanego substratu oraz zawartoœci suchej masy i suchej masy organicznej wsadu w komorach fermentacyjnych. Na podstawie danych literatu-rowych oraz przeprowadzonych do chwili obecnej badañ wynika, ¿e wydajnoœæ biogazowa poszczególnych odpadów komunalnych zbieranych selektywnie oraz odpadów komunalnych zmieszanych mo¿e wynosiæ od 100 do nawet 500 m /Mg suchej masy organicznej. Substraty te charakte-ryzuj¹ siê szerokim zakresem suchej masy w przedziale od 30 do 60% oraz suchej masy organicznej w przedziale 25-75%. Du¿a rozbie¿noœæ zawartoœci suchej masy i suchej masy organicznej, a co za tym idzie tak¿e wydajnoœci biogazowej i metanowej wynika przede wszystkim ze zró¿nicowanego sk³adu morfologicznego wsadu, jakim s¹ zmieszane lub nawet selektywnie zbierane odpady komunalne. Ponadto ró¿nice w sk³adzie i iloœci odpadów zale¿¹ od charakteru jednostki administracyjnej, w której s¹ produkowane, jej wielkoœci, pe³-nionych funkcji spo³ecznych i gospodarczych oraz standardu ¿ycia mieszkañców [23]. W trakcie prowadzenia doœwiadczeñ fermentacji metanowej w skali laboratoryjnej niejednorodnoœæ oraz zró¿nicowanie odpadu utrudnia pobranie reprezentatyw-nych prób do przeprowadzenia badañ. Nale¿y równie¿ dodaæ, ¿e odpady komunalne przed wykorzystaniem w procesie fermentacji metanowej powinny zostaæ dok³adnie oczyszczone z zanieczyszczeñ (np. piasek, kamienie, szk³o), które wp³ywaj¹ na obni¿enie wydajnoœci biogazowej z Mg substratu oraz mog¹ powodowaæ nieprawid³owe funkcjonowanie ca³ej instalacji. Obci¹¿aj¹ one mechanicznie instalacjê przyspieszaj¹c jej zu-¿ycie, a nie zwiêkszaj¹c produkcji biogazu. Du¿e znaczenie ma tutaj techniczne przygotowanie wsadu do fermentacji poprzez wydzielenie elementów inertnych i szkodliwych dla procesu fermentacji.
W przypadku odpadów komunalnych zbieranych selektyw-nie najwiêkszy potencja³ energetyczny wykazuj¹ odpady ku-chenne oraz pozosta³oœci t³uszczów. Z danych literaturowych wynika, ¿e oba substraty charakteryzuj¹ siê wydajnoœci¹ bio-gazow¹ wynosz¹c¹ ok. 700 m /Mg suchej masy organicznej oraz procentow¹ zawartoœci¹ metanu w biogazie na poziomie ok. 60% (dla odpadów kuchennych) i 60-72% (dla odpadów t³uszczowych) [13]. Innym przyk³adem odpadów komunal-nych zbierakomunal-nych selektywnie s¹ odpady zielone dla których uzysk biogazu mieœci siê w przedziale od 200 do 500 m /Mg s.m.o. i zawartoœci metanu od 55 do 65% w zale¿noœci od ro-dzaju materia³u wsadowego.
W Europie od pocz¹tku lat dziewiêædziesi¹tych ubieg³ego wieku obserwuje siê wzrost wykorzystania odpadów komu-nalnych do produkcji biogazu. Instalacje o najwiêkszej wydajnoœci przetwarzania odpadów powsta³y w Niemczech, Hiszpanii, Holandii, Szwajcarii, Francji, Belgi oraz Szwecji [7]. Obecnie istnieje wiele rozwi¹zañ technologicznych fer-mentacji odpadów komunalnych ró¿ni¹cych siê miêdzy sob¹ przede wszystkim parametrami prowadzenia procesu. Jednym z nich jest zawartoœæ suchej masy substratu. Ze wzglêdu na ten parametr rozró¿nia siê dwa rodzaje fermentacji: mokr¹ (za-wartoœæ suchej masy < 15%) oraz such¹ (15% < za(za-wartoœæ suchej masy < 40%). Kolejnym parametrem jest temperatura prowadzenia procesu. Fermentacja odpadów komunalnych mo¿e odbywaæ siê w warunkach psychrofilowych (ok. 25°C), mezofilowych (32-42°C) oraz termofilowych (50-57°C) [12]. Bardzo du¿e znaczenie w procesie fermentacji ma tak¿e tryb nape³niania reaktorów. Mo¿e siê on odbywaæ w sposób ci¹g³y lub okresowy. W przypadku pracy okresowej materia³ wsa-dowy dodawany jest jednorazowo na okreœlony czas
fermenta-3
3
3
cji. Po zakoñczonym procesie poferment jest odprowadzany z reaktora, a w jego miejsce wprowadzany jest nowy materia³ wsadowy. W przypadku projektowania instalacji produ-kuj¹cych biogaz wyró¿nia siê liczbê etapów procesu techno-logicznego. Najczêstsze zastosowanie znajduj¹ jedno- lub dwuetapowe metody produkcji. W instalacjach jedno-etapowych wszystkie etapy procesu fermentacji metanowej zachodz¹ w jednym reaktorze. W przypadku biogazowni wykorzystuj¹cych technologie dwustopniowe pierwsze dwa etapy fermentacji metanowej (hydroliza oraz kwasogeneza) zostaj¹ rozdzielone od pozosta³ych dwóch (octanogenezy oraz metanogenezy). Do najbardziej rozpowszechnionych przyk³adów technologii fermentacji „mokrych” odpadów komunalnych nale¿¹ instalacje WASSA, EcoTec, BTA oraz TBW-Biocomp. Natomiast do komercyjnych przyk³adów technologii fermentacji „suchej” nale¿¹ instalacje DRANCO, Kompogas i Valorga, które opracowane zosta³y w latach osiemdziesi¹tych XX w. W Polsce wdro¿ona zosta³a technologia BTA w Zak³adzie Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych w Pu³awach, gdzie odpady komunalne wykorzystywane s¹ w procesie „mokrej” fermentacji meta-nowej wraz z osadami œciekowymi [8, 18]. Przed wyko-rzystaniem odpadów komunalnych w procesie fermentacji nale¿y mo¿liwie dok³adnie okreœliæ ich potencja³ produkcji biogazu w skali roku poprzez przeprowadzenie laborato-ryjnych badañ fermentacji metanowej. Analizy takie wyko-nywane s¹ tak¿e w polskich laboratoriach biogazowych. Jed-nym z nich jest Pracownia Ekotechnologii dzia³aj¹ca przy Instytucie In¿ynierii Biosystemów Uniwersytetu Przyro-dniczego w Poznaniu, która zajmuje siê okreœlaniem wydajno-œci biogazowej substratów oraz ich przetwarzaniem na drodze kompostowania.
Czêsto rozk³adowi biologicznemu w kontrolowanych, beztlenowych warunkach poddaje siê zmieszane odpady ko-munalne posegregowane na poszczególne frakcje. W tym przypadku ich wydajnoœæ metanowa jest bardzo zró¿nicowana, co w g³ównej mierze wynika z du¿ych domieszek zanie-czyszczeñ mineralnych. Jak podaj¹ badania œwiatowe [6, 20] zawartoœæ metanu zazwyczaj kszta³tuje siê na poziomie oko³o 60% i nie odbiega od innych typowych substratów wykorzy-stywanych w biogazowniach. Badania prowadzone we W³o-szech równie¿ dowiod³y, ¿e fermentacja organicznej frakcji zmieszanych odpadów komunalnych pozwala na ich zagospodarowanie, przynosz¹c jednoczeœnie korzyœci ekonomiczne [19]. Podobn¹ opinie mówi¹ca o ekologicznych i ekonomicznych zaletach podali naukowcy ze Szwecji na podstawie przeprowadzonych badañ [21] Jak podaj¹ [10] pozosta³oœæ po procesie fermentacji jest cennym nawozem do stosowania w rolnictwie, co z pewnoœci¹ stanowi kolejn¹ zaletê. Mo¿na wiêc stwierdziæ, ¿e wykorzystanie odpadów komunalnych w biogazowni jest pewn¹ alternatyw¹ dla insta-lacji odgazowuj¹cych sk³adowiska [22].
W Polsce w ostatnim okresie oddane zosta³y do eksploatacji pierwsze instalacje fermentacji pracuj¹ce w oparciu o wy-dzielon¹ z odpadów zmieszanych frakcjê drobn¹ zawieraj¹c¹ du¿e iloœci materii biologicznej. Instalacje takie pracuj¹ od niedawna w:
Pomimo ró¿nych zastosowanych technologii fermentacji ró¿nych parametrów prowadzenia procesu przygotowanie
1. MZO Leszno sp. z o.o. - ZZO w Trzebanii, 2. Master Odpady i Energia sp. z o.o Tychy,
3. Zak³ad Gospodarowania Odpadami sp. z o.o. - Gaæ,
4. Bialskie Wodoci¹gi i Kanalizacja „Wod-Kan” sp. z o.o - Biala Podlaska,
5. Miejski Zak³ad Komunalny sp. z o.o. - Stalowa Wola,
6. Zak³ad Gospodarki Odpadami sp. z o.o. - Jarocin (w trakcie rozruchu).
wsadu jest podobne. Z wydzielonej na sicie bogatej w bio-odpady frakcji 0-60 mm wydziela siê na sicie batutowym frakcjê drobn¹ (popio³y i piaski), a nastêpnie na separatorze balistycznym frakcjê inertn¹ (ceramikê i szk³o). Tak przygo-towany wsad trafia do zbiornika buforowego sk¹d jest poda-wany do fermentera [24]. Popio³y z palenisk domowych, które powoduj¹ wzrost zasiarczenia biogazu winny byæ bezwzglêd-nie wyeliminowane z wsadu. Jedybezwzglêd-nie wdro¿ebezwzglêd-nie ich selektyw-nego zbierania [14] definitywnie rozwi¹¿e ten problem. Od-wodniony pofermentat poddawany jest procesowi stabilizacji tlenowej, a nastêpnie kierowany do sk³adowania na sk³ado-wisku odpadów innych ni¿ niebezpieczne i obojêtne. Mo¿e on zostaæ tak¿e wykorzystany do rekultywacji zamykanych sk³adowisk.
Biogaz wyprodukowany z odpadów komunalnych mo¿e byæ wykorzystany do produkcji energii elektrycznej i ciep³a w jednostkach kogeneracyjnych o sprawnoœci elektrycznej ok. 40% oraz sprawnoœci cieplnej ok. 45%. W tym przypadku energia elektryczna i ciep³o mog¹ byæ wykorzystywane, poza potrzebami w³asnymi instalacji, do zasilania budynków po-mieszczeñ znajduj¹cych siê na terenie zak³adu lub okolicznych budynków mieszkalnych bez koniecznoœci rozbudowy sieci przesy³owych. Innym rozwi¹zaniem wykorzystania wyprodu-kowanego w procesie fermentacji biogazu jest jego wt³oczenie do sieci gazowniczej. W tym przypadku konieczne jest g³êbo-kie oczyszczenie gazu z siarkowodoru, amoniaku oraz ditlenku wêgla. Warunki i parametry biogazu wt³aczanego do sieci gazowniczej ustalane s¹ przez operatora systemu dystrybu-cyjnego. Trzecim sposobem zagospodarowania gazu wysypi-skowego jest jego zastosowanie jako paliwo napêdowe w po-jazdach wykorzystywanych do transportu odpadów komunal-nych. Rozwi¹zanie to wymaga równie¿ oczyszczenia biogazu do zawartoœci metanu powy¿ej 90%. Ponadto pozwala ograni-czyæ emisjê substancji szkodliwych ze wzglêdu na ca³kowite spalanie biometanu.
Proces fermentacji niesie ze sob¹ wiele korzyœci, wœród których nale¿y wymieniæ przede wszystkim ograniczenie powszechnego w Polsce sk³adowania odpadów komunalnych. Rozwi¹zanie to pozwoli ograniczyæ emisjê szkodliwych produktów do œrodowiska. Umo¿liwia to jednoczesn¹ ochronê powietrza, gleby, a tak¿e wód gruntowych oraz powierzch-niowych. Wœród wad wykorzystania odpadów komunalnych w procesie fermentacji wymieniæ nale¿y przede wszystkim wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Sporym wyzwaniem jest równie¿ organizacja i prowadzenie selektywnej zbiórki odpadów nadaj¹cych siê do fermentacji. Do osi¹gniêcia tego celu niezbêdne jest przede wszystkim sta³e podnoszenie œwiadomoœci ekologicznej spo³eczeñstwa oraz odpowiednie zachêty ekonomiczne promuj¹ce tego rodzaju dzia³ania. Ze wzglêdu na niejednorodnoœæ materia³u, jakim s¹ odpady komunalne, nale¿y tak¿e przeprowadzaæ systematyczne analizy wydajnoœci produkcji biogazu, umo¿liwiaj¹ce okreœlenie mo¿liwie dok³adnego potencja³u energetycznego odpadów. Pomimo koniecznoœci spe³nienia wielu wymogów, zastosowanie technologii pozwalaj¹cych na produkcjê metanu z odpadów komunalnych jest mo¿liwe, o czym œwiadczy równomierny i intensywny wzrost liczby takich instalacji w wielu krajach Europy (np. Niemczech, Hiszpanii i Szwajcarii) obserwowany od lat dziewiêæ-dziesi¹tych ubieg³ego wieku. Pierwsze tego typu instalacje zosta³y tak¿e uruchomione tak¿e w Polsce. Dodatkowo wykorzystanie biogazu jako noœnika energii mo¿e przynieœæ wymierne efekty ekonomiczne oraz ekologiczne.
Podsumowanie
Bibliografia
[1] Czeka³a W., Lewicki A., Janczak D.: Problemy zasad klasyfikacji odpadów organicznych. Przegl¹d Prawa Ochrony Œrodowiska, 2008, 3, 117-128.
[2] Czeka³a W., Maliñska K., Cáceres R., Janczak D., Dach J., Lewicki A.: Co-composting of poultry manure mixtures amended with biochar - The effect of biochar on temperature and C-CO2 emission. Bioresource Technology, 2016, 200, 921-927. [3] Czeka³a W., Pilarski K., Dach J., Janczak D., Szymañska M.:
Analiza mo¿liwoœci zagospodarowania pofermentu z bioga-zowni. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2012, 4, 13-15. [4] Czeka³a W., Witaszek K., Rodriguez Carmona P. C., Grzelak M.:
Instalacje do przemys³owego kompostowania bioodpadów. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2013, 2, 23-25.
[5] d'Obyrn K., Szaliñska E.: Odpady komunalne: zbiórka, recy kling, unieszkodliwianie odpadów komunalnych i komunal-nopodobnych. Politechnika Krakowska, 2005.
[6] Dahiya S., Joseph J.: High rate biomethanation technology for solid waste management and rapid biogas production: An emphasis on reactor design parameters. Bioresource Technology, 2015, 188, 73-78.
[7] De Baere L., Mattheeuws B.: Anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste in Europe - Status, experience and prospects. http://www.ows.be (dostêp: marzec 2016). [8] De Baere L., Mattheeuws B.: State of the art 2008 - Anaerobic
digestion of solid waste. Waste Management World, 2008, 9, 4. [9] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE
w sprawie odpadów oraz uchylaj¹ca niektóre dyrektywy. [10] Elango D., Pulikesi M., Baskaralingam P., Ramamurthi V.,
Sivanesan S.: Production of biogas from municipal solid waste with domestic sewage. Journal of Hazardous Materials, 2007, 141, 301-304.
[11] G³ówny Urz¹d Statystyczny, Ochrona œrodowiska, 2015. [12] Kaltschmitt, M.; Hartmann, H.: Energie aus Biomasse
-Grundlagen, Techniken und Verfahren, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 2001.
[13] Koz³owski K., Jas M., Czeka³a W., Cieœlik M., Witaszek K., Smurzyñska A.: Restauracyjne odpady kuchenne jako substrat do produkcji biogazu. Wspó³czesne Problemy Ochrony Œrodo-wiska, 2015.
[14] Krajowy Plan Gospodarki Odpadami - projekt z dnia 9 marca 2016, 94, 100-103, 110.
[15] Lewicki A., Dach J., Janczak D., Czeka³a W., Rodriguez Carmona P. C.: Dynamic of methane fermentation process and retention time for different agricultural substrates. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2013, Vol. 59(2), 98-102.
[16] Mauky E., Jacobi H.F., Liebetrau J., Nelles M.: Flexible biogas production for demand-driven energy supply - Feeding strategies and types of substrates. Bioresource Technology, 2015, Vol. 178, 262-269.
[17] Miyamoto K,: Renewable biological systems for alternative sustainable energy production (FAO Agricultural Services Bulletin - 128), 1997. ISBN/ISSN: 9789251040591.
[18] Piskowska-Wasiak J.: Pozyskiwanie i uzdatnianie biogazu z kon-trolowanej fermentacji biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych. Nafta Gaz, 2015, LXXI, 7, 510-519.
[19] Pognani M., D'Imporzano G., Scaglia B., Adani F.: Substituting energy crops with organic fraction of municipal solid waste for biogas production at farm level: A full-scale plant study. Process Biochemistry, 2009, 44, 817-821.
[20] Qian M.Y., Li R.H., Li J., Wedwitschka H., Nelles M., Stinner W., Zhou H.J.: Industrial scale garage-type dry fermentation of municipal solid waste to biogas. Bioresource Technology, 2016. [21] Rajendran K., Kankanala H.R., Martinsson R., Taherzadeh M.J.:
Uncertainty over techno-economic potentials of biogas from municipal solid waste (MSW): A case study on an industrial process. Applied Energy, 2014, 125, 84-92.
[22] Rey M.D., Font R., Aracil I.: Biogas from MSW landfill: Composition and determination of chlorine content with the AOX (adsorbable organically bound halogens) technique. Energy, 2013, 63, 161-167.
[23] Sieja L.: Charakterystyka odpadów komunalnych na podstawie badañ w wybranych miastach Polski. Ochrona powietrza i proble-my odpadów, 2006, 1, 28-33.
[24] Seruga P., Sobolak A.: Efektywna instalacja fermentacji metanowej. Przegl¹d Komunalny, 2016, 4, 49-51.
[25] Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach Dz.U. 2013 poz. 21. [26] Wiœniewska-Kad¿ajan B., Jankowski K., Kaczorek A.:
Zarz¹dzanie odpadami komunalnymi w œwietle ustaw na ró¿nych szczeblach w³adz. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyro-dniczo-Humanistycznego w Siedlcach. Seria: Administracja i Zarz¹dzanie, 2013, 97, 13-21.
[27] Zarzycki R., Wielgosiñski G.: Podstawy technologiczne spalania odpadów komunalnych a normy emisji zanieczyszczeñ. Ochrona œrodowiska, 1999, 1(72), 29-32.
BIOGAS PRODUCTION FROM MUNICIPAL SOLID WASTE
Summary
The process of anaerobic digestion is one of the methods for biological management of selected fractions municipal waste. The application of these types of waste for biogas production in controlled conditions allows reduction of transportation and landfilling costs. This work/study/paper presents the information on the source and properties of municipal waste in view to the potential application for anaerobic digestion. It also contains the information about energy efficiency, and possibilities of the biogas conversion to energy.
: biogas, municipal solid waste, biofuels Key words
prezentacja wyników badañ naukowych, prowadzonych przez krajowe i zagraniczne
oœrodki naukowe, dotycz¹cych rolnictwa ekologicznego i ekologizacji rolnictwa oraz transfer wiedzy do
praktyki.
: techniczne aspekty produkcji roœlinnej i zwierzêcej,
aspekty uprawy roli i roœlin oraz pielêgnacji upraw w gospodarstwach ekologicznych, ochrona roœlin w rolnictwie
ekologicznym, alternatywne metody zwalczania chorób i szkodników roœlin uprawnych, produkcja ¿ywnoœci
ekologicznej i marketing produktów ekologicznych, ekologizacja rolnictwa, stosowanie naturalnych technologii
i wyrobów w produkcji rolniczej.
organizuj¹
Patronat medialny:
Celem konferencji jest
G³ównymi problemami naukowymi konferencji bêd¹
Patronat honorowym:
Patronat naukowy:
Krzysztof Jurgiel - Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Marek WoŸniak - Marsza³ek Województwa Wielkopolskiego, £ukasz Ho³ubowski - Prezes Agencji Rynku Rolnego.
Komitet In¿ynierii Rolniczej przy Polskim Towarzystwie In¿ynierii Rolniczej. Rolniczy Przegl¹d Techniczny.
XVIII Konferencjê Naukow¹ n.t.
"Rolnictwo ekologiczne - stan obecny i perspektywy rozwoju”
<<TECHNIKI, TECHNOLOGIE, PRODUKCJA ¯YWNOŒCI>>
Przemys³owy Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu
oraz
Departament Rolnictwa i Rozwoju Wsi Urzêdu Marsza³kowskiego Województwa Wielkopolskiego,
Oddzia³ Poznañski Polskiego Towarzystwa In¿ynierii Rolniczej
Konferencja odbêdzie siê w dniach od 5 - 7 paŸdziernika 2016 r. w Leœnym Oœrodku Szkoleniowym w Puszczykowie. Bli¿szych informacji udziela dr hab. in¿. Zbyszek Zbytek, prof. nadzw. (tel. 618712218, e-mail: zbytek@pimr.poznan.pl).
