and Environmental Protection
http://ago.helion.pl ISSN 1733-4381, Vol. 11 (2009), Issue 1, p-83-94
Elektrociepłownie biogazowe Aufwind i ich technologia
Janczur K. L1., Szymandera Z.2
1
Aufwind Schmack Nowa Energia Sp.z o.o. ul. Nowowiejskiego 14a/2,
61-732 Poznań
tel 61 8513027, fax 8513027
e-mail katarzyna.janczur@aufwind.com
Streszczenie
W sytuacji kurczących się zasobów paliw kopalnych światowa polityka z coraz większą stanowczością zmierza ku obniżeniu ich zużycia poprzez zwiększenie produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Wśród różnorodnych źródeł energii odnawialnej coraz większego znaczenia nabiera jej pozyskiwanie z biomasy odpadów rolniczych poprzez odzysk i spalanie metanu w elektrociepłowniach biogazowych. Typowa biogazownia rolnicza Aufwind funkcjonuje w oparciu o utylizację odpadów, takich jak wywar pogorzelniany, czy odchody zwierząt hodowlanych. W wyniku beztlenowej fermentacji mezofilnej odpadów otrzymywany jest biogaz-mieszanina 60% metanu i 40% dwutlenku węgla. Energię elektryczną i cieplną w kogeneracji pozyskuje się w biogazowni na skutek spalania biogazu w silnikach spalinowych oraz odzysku ciepła powstającego w wyniku ich pracy. Najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem problemu zagospodarowania milionów ton odpadów rolniczych jest ich wykorzystanie do skojarzonej produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Umożliwiająca taką produkcję, a jednocześnie ekologiczne zagospodarowanie odpadu rolniczego elektrociepłownia biogazowa jest idealnym i rentownym rozwiązaniem dla podmiotu gospodarczego typu gorzelni lub większej fermy zwierząt hodowlanych.
Abstract
Aufwind biogas plants and their technology
Due to fossil fuels sources shrinking the worldwide politics more and more decidedly aims at their usage decreasing through alternative energy production enhancement. Among a wide variety of alternative energy sources the energy acquiring from biomass of agricultural wastes through methane production and utilization in biogas plants has been recently gaining increasing significance and interest. Typical Aufwind biogas installation functions basing on utilization of such wastes as: farm animals manure or distillery broth. Biogas – a mixture in 60% consisting of methane and in 40% of carbon dioxide is secreted as a result of anaerobic mezofilic fermentation of wastes. The cogenerative production of electric and thermal energy is achieved in biogas plant through methane burning by the
combustion engines and through their working heat recycling. The most economic solution to a problem of millions of tones of agricultural utilization is their usage for cogenerative energy production. Biogas plants enabling such production and ecological agricultural wastes treatment have became an ideal and profitable investments for a entrepreneur such as larger animal farm or distillery.
1. Wstęp
1.1. Zasoby paliw kopalnych i strategie ich ochrony
Według analiz wystarczalności zasobów paliw kopalnych wskaźniki wystarczalności według International Energy Outlook 2002 [2] wynoszą w zależności od rodzaju paliwa jedynie od kilku do kilkudziesięciu dekad. Dodatkowo emisje związane z ich spalaniem powodują narastanie efektu cieplarnianego oraz zanieczyszczenia atmosfery. Jedną z alternatyw energetyki konwencjonalnej, a zarazem strategią najbardziej przyjazną środowisku jest produkcja energii odnawialnej. Obecnie na świecie prognozuje się redukcję emisji gazów cieplarnianych o 8% w latach 2008 – 2012 [1]. Przede wszystkim jednak światowa polityka z coraz większą stanowczością zmierza ku obniżeniu zużycia paliw kopalnych poprzez zwiększenie produkcji energii ze źródeł odnawialnych. Wiek XXI będzie więc najprawdopodobniej erą tzw. czystej energii, a jednym z podstawowych kierunków współczesnej energetyki stanowić będzie skojarzona produkcja energii elektrycznej i cieplnej, tzw. kogeneracja. Źródła odnawialne mogą pokryć do 20-30% zapotrzebowania na energię, a wyrazem tych dążeń jest min. dyrektywa Unii Europejskiej 2001/77/EC o energii ze źródeł odnawialnych zakładająca produkcję 12% energii brutto i 22% energii elektrycznej w oparciu o źródła odnawialne w roku 2010. Przejawem coraz większego nacisku na efektywność energetyczną jest natomiast dyrektywa 2004/8/WE, w wyniku której przedsiębiorstwa będą zobowiązane do przedstawienia w Urzędzie Regulacji Energetyki świadectwa wyprodukowania określonej ilości energii w kogeneracji lub uiszczenia opłaty zastępczej [1] oraz rozwój energetyki umożliwiającej odbiór ciepła na miejscu.
1.2. Agroenergetyka
Między innymi ze względu na stymulację rozwoju rolniczego wśród różnorodnych źródeł energii odnawialnej coraz większego znaczenia nabiera pozyskiwanie energii z biomasy, w tym otrzymanej z biogazu z wykorzystaniem biomasy odpadów rolniczych w elektrociepłowniach biogazowych, tzw. biogazowniach. Ponadto najrozsądniejszym sposobem zagospodarowania milionów ton odpadów rolniczych jest ich wykorzystanie do produkcji energii. W odpowiedzi na powstałe zapotrzebowanie agroenergetyka w ciągu ostatnich kilku lat rozwinęła się w niezależny sektor przemysłu energetycznego [5]. Ponieważ efektami działania biogazowni jest zarówno produkcja energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji, jak i utylizacja odpadu rolniczego oraz jego przyjazne środowisku zagospodarowanie w postaci produkcji wysokiej jakości nawozu technologia łączy szereg strategii ochrony środowiska i zasobów naturalnych.
1.3. Biogazownie rolnicze
Funkcjonowanie elektrociepłowni biogazowych zapewnia utylizację odpadów rolniczych. Biogazownie działają w oparciu o skojarzoną gospodarkę odpadowo-energetyczną. Przetwarzanie biomasy odpadowej z zastosowaniem odpowiednich technologii pozwala na odzysk zawartej w nich energii przez wytwarzanie paliwa, jakim jest biogaz – nasycona parą wodną mieszanina w 40-80% składająca się z metanu oraz w 20-60% z dwutlenku węgla.
Wysokosprawna produkcja energii jest realizowana dzięki kogeneracji – skojarzonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej lub uzdatnianiu i wprowadzaniu biogazu do sieci gazu ziemnego. Ze względu na możliwość wykorzystania przefermentowanej biomasy jako wysokowartościowego nawozu funkcjonowanie biogazowni wiąże się także z realizacją strategii uzdatniania odpadów oraz zamknięcia obiegu biomasy i energii (Rys. 1.1.).
Rysunek 1.1. Zamknięty obieg biomasy biogazowni rolniczej (według Biometanlage Pliening Fact Sheet).
1.4. Energetyka biogazowa w Polsce
Polska charakteryzuje się ogromnym potencjałem w zakresie agroenergetyki. Wykorzystanie realnej do przeznaczenia na ten cel liczby 1.5 mln hektarów pod uprawy energetyczne może zapewnić produkcję 7.5 mld m3 biogazu, czyli nieznacznie mniej niż obecnie wynosi cały polski import gazu ziemnego [4]. Rozwój energetyki biometanowej w Polsce ma tym samym bardzo istotne znaczenie dla budowania bezpieczeństwa energetycznego kraju. Stworzenie sieci rozproszonych źródeł energii elektrociepłowni biogazowych wiązałoby się ze znaczną poprawą na rynku pracy w rolnictwie ze względu na podwyższony popyt na plony roślin energetycznych, jak i w przemyśle i usługach
związanych z biotechnologią i odzyskiem energii. Ze względu na konieczność wypełnienia założeń Unii Europejskiej w zakresie energii odnawialnych przez państwo polskie obecną inicjatywą Polskiej Izby Biomasy jest dynamiczny rozwój inwestycji biogazowni rolniczych w latach 2007 –2012. Czynnikiem hamującym rozwój sieci elektrociepłowni biogazowych w Polsce jest jednak brak własnej, polskiej technologii oraz doświadczeń w prowadzeniu inwestycji. W odpowiedzi na rosnące w kraju zapotrzebowanie na energię odnawialną ze szczególnym uwzględnieniem energii z biogazu w roku 2002 swoją działalność rozpoczęła firma Aufwind Schmack Nowa Energia Sp. z o.o. Firma jest na terenie Polski reprezentantem Aufwind Schmack Neue Energien GmbH z jej partnerską firmą Schmack Biogas AG. Efektem działalności niemieckich partnerów jest realizacja inwestycji i funkcjonowanie ponad 300 biogazowni w Niemczech. Zakres działalności Aufwind Schmack Nowa Energia obejmuje kompleksową obsługę inwestycji jaką jest biogazownia, w tym: rozwój projektów, dostarczenie publiczno-prawnych pozwoleń i dokumentacji, kalkulacje i doradztwo finansowe, budowę oraz uruchomienie biogazowni, nadzór i serwis instalacji biogazowych oraz dozór biotechnologiczny. Dzięki bliskiej współpracy z siostrzanymi firmami niemieckimi Aufwind Schmack Nowa Energia dysponuje dostępem do sprawdzonej technologii oraz wieloletniego doświadczenia w dziedzinie instalacji biogazowych i prowadzenia projektów ich inwestycji. Pierwsza referencyjna instalacja biogazowa Aufwind w województwie kujawsko-pomorskim jest obecnie w fazie budowy. Przedsięwzięcie jest wspierane przez niemieckich partnerów, a rozruch biogazowni planowany jest na maj 2008.
2. Bioenergia z odpadów rolniczych
2.1. Materiały wsadowe
Po włączeniu się Polski w struktury Unii Europejskiej obowiązują nowe przepisy dotyczące gospodarki odpadami (Rozporządzenie EG No1774/2002). Ze względu na ekologiczne skutki realizowanej przez biogazownię strategii gospodarki odpadami stanowi ona przedsięwzięcie o jednoznacznie korzystnym wpływie dla środowiska i ludzi. Poza biomasą pochodzącą z upraw energetycznych biogazownia może przetwarzać odpady z produkcji rolniczej, takie jak guano, gnojowica, obornik oraz przetwórstwa rolno-spożywczego typu wytłoków warzywnych, wywarów pogorzelnianych, a także odpadów poubojowych. Skoncentrowana hodowla zwierzęca na poziomie 100 000 kur, 10 000 świń, 1 000 krów lub 17 000 m3 przerobionego wywaru pogorzelnianego dostarcza substratu dla funkcjonowania biogazowni rolniczej.
2.2. Produkcja energii w kogeneracji
Na skutek przetwarzania powyższych odpadów w procesie beztlenowej fermentacji mezofilnej następuje odzysk metanu. Otrzymany biogaz jest wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej przez spalanie w silnikach spalinowych oraz energii cieplnej wyniku odzysku ciepła ich pracy. Produkcja energii jest szczególnie wartościowym rozwiązaniem dla problemu utylizacji odpadów poubojowych. Odzysk gazu cieplarnianego jakim jest metan i jego utylizacja w biogazowniach wiąże się z wytwarzaniem energii odnawialnej, do której zakupu są obecnie zobowiązani dystrybutorzy energii elektrycznej, a ponadto z
obniżeniem emisji gazów cieplarnianych. Wydzielany przy spalaniu metanu dwutlenek węgla był uprzednio związany przez rośliny i powracając do obiegu, w którym zostanie ponownie wychwycony przez rośliny uprawiane na cele energetyczne nie powoduje powiększenia jego puli w atmosferze. Jest to tym samym produkcja energii elektrycznej i cieplnej wolna od emisji CO2. Palnym składnikiem energetycznym zarówno gazu ziemnego, jak i biogazu jest metan. Obecnie nasila się tendencja do dążeń mających na celu produkcję biogazu o jakości zbliżonej do jakości gazu ziemnego i jego wprowadzanie do sieci przesyłowych. Faza testów i optymalizacji produkcji została zakończona w kwietniu 2007 w pierwszej tego typu instalacji w Niemczech i biogazownia Aufwind Schmack Neue Energien GmbH w Pliening pracuje obecnie na pełnej mocy zasilając uszlachetnionym biogazem niemiecką sieć gazu ziemnego [8] (Rys. 1.1.).
2.3. Wartość nawozowa przefermentowanej biomasy
Przefermentowana biomasa stanowi wysokiej jakości nawóz opuszczający biogazownie w formie gotowej do rozdysponowania na pola. Charakteryzuje się wyższą o 95% mineralizacją w porównaniu z substratami wyjściowymi, obniżoną o 50% zawartością masy suchej oraz zredukowaną zawartością substancji rolniczo szkodliwych, zwłaszcza powodujących porażenie roślin oraz przykry efekt zapachowy kwasów organicznych. Podwyższenie mineralizacji i zawartości związków rozpuszczonych w wodzie dodatnio wpływa na biodostepność pierwiastków dla roślin, a tym samym wydajność nawożenia. Odpowiednio długi czas fermentacji zapobiega skażeniu wód gruntowych niebezpiecznymi bakteriami, a kontrolowane nawożenie spływowi nawozu do wód powierzchniowych i ich eutrofizacji.
3. Odzysk metanu
Do wytworzenia biogazu mogą być użyte odchody zwierzęce, wszelkie odpady pochodzenia roślinnego, jak również odpady poubojowe. Otrzymywanie biogazu z odpadów rolniczych w instalacjach biogazowych opiera się o proces fermentacji metanowej, która stanowi zespół reakcji biochemicznych zachodzących przy dopływie energii oraz udziale wielu gatunków bakterii metanowych i nie metanowych. Złożone cząsteczki zawarte w materii organicznej są w czterech etapach rozkładane do związków prostych z wydzieleniem min. metanu. Początkowo następuje hydroliza białek, węglowodanów i tłuszczy do ich monomerów: aminokwasów, cukrów prostych, kwasów tłuszczowych i glicerolu [7]. Powstałe w ten sposób monomery są w procesie acidogenezy metabolizowane do niższych kwasów karboksylowych takich jak kwas walerianowy, propionowy i mrówkowy. W kolejnym etapie - acetogenezy - z powyższych produktów powstaje octan. Produktami ubocznymi tych reakcji są CO2 i H2. Z tego względu biogaz, zwany także agrogazem, zawiera w swoim składzie oprócz metanu, CO2 i wody, także nieznaczne domieszki wodoru (3%), a ponadto siarkowodoru, tlenu i azotu (gazy różne 1-5%) [3]. Około 72% metanu powstaje podczas rozkładu kwasu octowego w ostatniej fazie fermentacji metanowej, a pozostała cześć pochodzi z redukcji CO2 [7]. Wydzialanie biogazu jest uwarunkowane aktywnoscią bakterii metanogennych z rodzajów: Methanobacterium, Ethanobrevibacter, Methanococcus, Methanomicrobium, Methanogenium, Methanohomospirillum, Methanosarcina, Methanothrix [7]. Są one
obligatoryjnymi lub fakultatywnymi beztlenowcami, dlatego w biogazownich stosuje się proces beztlenowej fermentacji metanowej. Bakterie metanowe charakteryzują się stosunkowo długim czasem reprodukcji oraz wysoką wrażliwością na warunki środowiskowe [3] i dla efektywnej produkcji biogazu kluczowa jest optymalizacja warunków procesu takich jak pH, temperatura i dostępność składników pokarmowych w odpowiednich proporcjach. Odczyn środowiska w fermentorze powinien być ustalony w przedziale 6.8 do 7.5. Optymalna temperatura w przypadku metanowych bakterii psychrofinych wynosi około 25˚, a dla bakterii termofilnych od 50-57˚. Ponieważ większość bakterii metanowych należy do grupy mezofilnej - charakteryzuje je optymalna temperatura wzrostu w zakresie miedzy 37 a 42˚ instalacje biogazowe przystosowane do fermentacji mezofilnej są w praktyce najbardziej rozpowszechnione, a także stosowane w technologii biogazowni Aufwind. Ostateczna ilość metanu jest zależna od zawartości białek, tłuszczy i węglowodanów w stosowanych kosubstratach [6]. Gdy czas fermentacji metanowej przekracza 30 dni można doprowadzić do wykorzystania około 40% substancji organicznej.
4. Technologia
Dostawcą elementów technologicznych instalacji dla biogazowni Aufwind jest firma Schmack Biogas AG, która już od ponad 10 lat stanowi symbol jakości dla wielko-objetościowych systemów produkcji biogazu.
Rysunek 4.0. Obiekty biogazowni rolniczej Aufwind. 4.1. Dostarczanie, obróbka i dozowanie kosubstratów
Materiały wsadowe są dostarczane do biogazowni w zależności od zawartości masy suchej przez ciężarowy transport samochodowy do hali przyjęć substratu (np. guano) lub rurociągami do zbiorników retencyjnych (np. wywar pogorzelniany, gnojowica). Dla wywarów pogorzelnianych stosuje się chłodzenie do 70˚ przed wprowadzeniem do zbiorników retencyjnych, a następnie do 40˚ w ich wnętrzu. W zbiornikach retencyjnych następuje łączenie i wstępne przemieszanie płynnych materiałów wsadowych, przemieszczanych następnie systemem pomp do zbiorników fermentacyjnych. Odpady poubojowe do biogazowni dostarczane są w szczelnych kontenerach. Dla dezynfekcji opon samochodów dowożących odpady poubojowe biogazownie wyposażone są w brodziki dezynfekcyjne. Biogazownie przerabiające odpady poubojowe obejmują dodatkowe elementy zapewniające ich bezpieczna obróbkę wstępna. Po dostarczeniu materiału do zasobnika w hali przyjęć i obróbki odpadów, którą zabezpiecza system wentylacji, jest on przekazywany do destruktora rozdrabniającego go na małe kawałki. W przypadku obróbki
odpadów poubojowych dla zabezpieczenia przed nadmierną emisją siarkowodoru biogazownie wyposażone są w biofiltry. Celem ochrony niezbędnej dla funkcjonowania biogazowni flory mikrobiologicznej rozdrobnione i rozcieńczone odpady poubojowe poddaje się procesowi sterylizacji temperaturą 120˚, przy ciśnieniu 3 bar przez 20 min. Schłodzony do 40˚ kosubstrat ze sterylizatora przepompowuje się bezpośrednio do zbiorników fermentacyjnych. Bardziej stałe substraty są w sposób ściśle kontrolowany dozowane do zbiorników fermentacyjnych z zastosowaniem technologii dozowników PASCO (Rysunek 4.1). Zadaszony dozownik PASCO zawiera stalowy zasobnik substratów, system rozdrabniający oraz obudowaną taśmę transportową i zapewnia ciągłe, całkowicie szczelne dostosowane do zapotrzebowania taśmowe dostarczanie substratów do przepływowego zbiornika fermentacyjnego EUCO.
Rysunek 4.1. Dozownik PASCO
4.2 Wstępne fazy fermentacji – fermentacyjny zbiornik przepływowy EUCO
Rozwiązania technologiczne EUCO służą stworzeniu optymalnych warunków wstępnym fazom fermentacji metanowej poprzez homogenizację i ogrzanie materiałów wsadowych. Równomierne mieszanie i rozprowadzenie ciepła zapewnia stabilność biologicznym procesom fermentacji dzięki jednakowym warunkom rozwoju bakterii w całej biomasie. Niskie zużycie energii elektrycznej, na poziomie 5.9% wyprodukowanej przez biogazownię energii elektrycznej umożliwia pozioma lokalizacja mieszadła łopatowego (Rys.4.2) o napędzie 2.2 kW. Mieszanie znacznie ułatwia pęcherzykom gazu odrywanie się od powierzchni cieczy dzieki niszczeniu kożuchów, a także zapobieganiu powstawania sedymentów.
4.3 Metanogeneza – zbiornik fermentacyjny COCCUS
Sprawdzona energooszczędna technika mieszania stosowana jest również w fermentacyjnym zbiorniku COCCUS, do którego homogeniczna mieszanina substratów pompowana jest ze zbiornika EUCO. Transport substratu przez różne etapy fermentacji beztlenowej wieloma arteriami ssącymi zapewnia system pomp obrotowych z indywidualnymi zabezpieczeniami przed nadciśnieniem i zapchaniem, które w razie zakłóceń powodują samoistne wyłączenie się pompy. W całkowicie szczelnym, zamkniętym zbiorniku żelbetowym COCCUS przebiega metanogenna faza fermentacji przy temperaturze 38-42˚. Optymalna temperatura i jej równomierne rozprowadzenie odbywa się dzięki dwóm naprzeciwległym mieszadłom obrotowym z ogrzewaną osią oraz statycznemu ogrzewaniu ściany (Rys. 4.3). Wydzielający się biogaz gromadzony jest pod gumowym dachem zbiornika. Wykonane z elastycznej, dopasowującej się do objętości gazu folii zadaszenie zbiornika stanowi zasobnik biogazu. Dla osiągnięcia maksymalnej produkcji czas przepływu biomasy wynosi około 50 dni, z czego około 8 przypada na EUCO i około 43 na COCCUS.
Rysunek 4.3. Zbiornik fermentacyjny COCCUS i jego mieszadła. 4.4 Gospodarka przefermentowaną biomasą
Przefermentowana biomasa rurociągiem tłocznym przepływa do obszernych otwartych zbiorników odstojnikowych – tzw. lagun, w których następuje proces wygaszenia fermentacji. Otrzymany nawóz jest w nich długoterminowo magazynowany do czasu zgodnego z planami nawożenia rolniczego wykorzystania przez rozdysponowanie na pola. Jest możliwa przyszła innowacja technologii przez zastosowanie znacznie ograniczającego wytwarzanie odpadu pofermentacyjnego procesu odwróconej osmozy. Wynikiem jego zastosowania będzie rozdział przefermentowanej biomasy na wodą oraz masę suchą możliwą do wykorzystania na cele energetyczne przez spalanie w kotłach na biomasę lub jako substrat do produkcji nawozów organicznych.
4.5 Odsiarczanie, odwadnianie i sprężanie biogazu
Przed spaleniem w silnikach spalinowych otrzymany biogaz ulega odsiarczeniu, osuszeniu i sprężeniu. Usuwanie siarki z biogazu realizowane jest przez odsiarczanie biologiczne zachodzące z udziałem wszechobecnej bakterii Sulfobacter oxydans oraz tlenu [6] z efektywnością około 35% w fermentorze oraz z efektywnością około 95% poza nim.
Biologiczne odsiarczanie biogazu w fermentorze powoduje natlenianie biogazu w gumowym zasobniku niewielkimi objętościami powietrza (1-3% objętości biogazu), a poza fermentorem dzięki ciągłej pracy zewnętrznej gotowej instalacji odsiarczającej. Celem ochrony silników spalających biogaz przed nadmiernym zużyciem usuwa się z niego parę wodną. Część pary wodnej można od biogazu oddzielić w formie kondensatu w procesie jego chłodzenia. Rurociąg biogazu prowadzony jest zarówno na- jak i podziemnie. Jeszcze ciepły surowy biogaz w drodze z fermentorów do agregatów prądotwórczych schładzany jest wstępnie w sposób naturalny, ponieważ średnia temperatura w rurociągu podziemnym wynosi ok. 12-15˚. Odpowiedni kąt nachylenia rurociągu pozwala na odprowadzenie wody i jej gromadzenie w najniższym punkcie instalacji – studzience kondensacyjnej. Dla bardziej efektywnego odwodnienia biogazu w bogazowniach Aufwind stosowany jest dodatkowo system odwilgotnienia biogazu PROFI DRY. Usunięcie wody zapewnia żeberkowy wymiennik ciepła z zimną wodą. Wraz z woda kondensacyjną z biogazu odprowadzane są zanieczyszczenia, takie jak resztkowe ilości siarki, rozpuszczalne gazy i aerozole. Przed spaleniem odwodniony biogaz sprężany jest do odpowiedniego ciśnienia ok. 80 mbar, którego wartość zależna jest od zapotrzebowania danego silnika.
4.6 Spalanie biogazu
W przypadku awarii nadmiar powstającego biogazu jest spalany w pochodniach awaryjnych. Zarówno rurociąg gazowy prowadzący do pochodni, jak i rurociąg do budynku z agregatami prądotwórczymi zabezpieczone są zaworami przeciwpożarowymi. Utylizacja otrzymanego biogazu odbywa się w silnikach spalinowych na gaz w wyciszonym, mechanicznie przewietrzanym budynku. Na skutek spalania zawartego w biogazie metanu w agregatach produkowana jest energia elektryczna, której 70% nadwyżka sprzedawana jest do sieci energetycznej. Energia cieplna w postaci ciepłej wody i/lub pary technologicznej może być produkowana wyłącznie dzięki realizowanemu na dwa sposoby odzyskowi ciepła powstającego w wyniku pracy silników.
Rysunek 4.6 Kontener All-in-One z kogeneracyjnym źródłem energii
Ciepłą wodę otrzymuje się przez zastosowanie wymiennika odbierającego ciepło z układu chłodzenia agregatów, a ciepło odzyskane z charakteryzujących się temperaturą ok. 450˚C spalin może służyć do produkcji pary technologicznej w kotle parowym. Około 30% odzyskanego ciepła zużywane jest na potrzeby własne biogazowni, w szczególności dla
ogrzania komór fermentorów, a w przypadku biogazowni przyjmujących odpady poubojowe dla produkcji pary technologicznej używanej w procesie sterylizacji. Najkorzystniejszym sposobem zagospodarowania pozostałego ciepła jest jego bezpośredni odbiór przez zakłady dostarczające materiały wsadowe – fermy i gorzelnie.
4.7 Pozyskiwanie biometanu
W przypadku produkcji biogazu dla celów wprowadzenia do sieci gazu ziemnego konieczny jest proces jego uzdatniania. Celem uzdatniania jest dopasowanie jakości biogazu do jakości gazu ziemnego, a więc podwyższenie zawartości metanu do co najmniej 96% oraz eliminacja substancji towarzyszących przez ich niecałkowite spalenie. Dla usunięcia nadmiaru CO2 stosuje się proces adsorpcji przez cykliczna zmianę ciśnienia, w którym biogaz sprężany jest do ciśnienia 2-10 bar w zbiornikach adsorpcyjnych i adsorbowany przez węgiel aktywny lub używa się sit molekularnych na bazie węgla. Poza przesyłem do sieci gazu ziemnego część uszlachetnionego biometanu spalana jest na miejscu w celu zaopatrzenia zbiorników w procesową energię cieplną oraz instalacji biogazowni w energię elektryczną.
5. Posumowanie
Ze względu na wysoki poziom ekonomiczności i ekologiczności biogazownie cieszą się coraz większym zainteresowaniem w krajach europejskich, min. w Szwecji. Państwem przodującym pod względem udziału energii wyprodukowanej przez biogazownie są Niemcy. Polska charakteryzuje się wysokim potencjałem do rozwoju rolnictwa w zakresie agroenergetyki i wykorzystania odpadów rolniczych na ten cel oraz potrzebą budowania bezpieczeństwa energetycznego przez zwiększenie produkcji energii odnawialnej. Przy obecnym nacisku na ochronę zasobów naturalnych min. przez intensyfikację wykorzystania zielonej energii biogazu realizacja budowy biogazowni stała się inwestycją pewną, rentowną, a ponadto o coraz większej możliwości dofinansowań z funduszy narodowych, takich jak NFOŚ, BOŚ, czy AriMR oraz europejskich.
Literatura
[1] Godlewski J., Szydłowska A., 2007. Źródła energii XXI wieku. Czysta Energia 5, 14 – 15.
[2] International Energy Outlook 2002. http://tonto.eia.doe.gov/FTPROOT/forecasting/ 0494(2002).pdf
[3] Nowak A., Zagospodarowanie osadów nadmiernych – fermentacja metanowa. Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Katedra Technologii Chemicznej (opracowanie dla studentów kierunku biotechnologia).
[4] Popczyk J., Innowacyjność technologiczna, odwołanie się do własnych zasobów i konkurencja jako podstawa zarządzania bezpieczeństwem dostaw energii dla odbiorców w Polsce w perspektywie 2020. Wydawnictwo „AKNET”. Seria: Polskie Elektrownie 2007 (Polish Power Plants 2007)
[6] Schattaeura A., Weiland P., 2006. Podstawy w zakresie wiedzy o fermentacji beztlenowej. Biogaz produkcja i wykorzystywanie. Institut für Energetik und Umwelt GmbH
[7] Stępniewska Z., Przywara G., Benecelli R.P, 2004. Reakcja roślin w warunkach anaerobiozy. Acta Agrophysica 7.
[8] Szymandera Z., 2007. Biogaz w sieci gazu ziemnego. (Opracowanie na podstawie artykułu zamieszczonego w Umwelt Magazine 3/2007). Czysta Energia 5, 22-23.
