Biogaz - makieta.qxd

SPIS TREŒCI
Definicje i skróty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.
Zagadnienia ogólne Witold Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.
Oddzia³ywanie agrobiogazowni na œrodowisko Witold Podkówka . . . . . . . . . . . .
28
3.
Znaczenie energii w rozwoju cywilizacji Witold Podkówka, Zbigniew Podkówka
32
4.
Prognoza zapotrzebowania na biopaliwa ciek³e i energiê elektryczn¹ w Polsce
Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Surowce rolnicze do wytwarzania biokomponentów ciek³ych i biogazu . . . . . . . .
Produkcja nasion rzepaku i estrów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Produkcja ziarna zbó¿ i bioetanolu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Biogaz rolniczy w energetyce rozproszonej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zapotrzebowanie na powierzchniê uprawow¹ do produkcji substratów do wytwarzania estru, bioetanolu i energii elektrycznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.2.
4.3.
39
40
41
42
45
47
5.
„Bio” nie zawsze równa siê ,,eko” Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
6.
Mleko czy biogaz Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
7.
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
Biomasa Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Definicja biomasy i jej klasyfikacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zawartoœæ sk³adników elementarnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Konwersja biomasy na energiê . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Biomasa jako substrat do wytwarzania biogazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
60
62
63
64
8.
Przemiany biochemiczne w procesie powstawania biogazu rolniczego Witold Podkówka, Alina Kowalczyk-Juœko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Przebieg i kinetyka fermentacji metanowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Czynniki œrodowiskowe wp³ywaj¹ce na procesy fermentacji metanowej . . . . . . . .
Bakterie fermentacji metanowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Odczyn (pH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potencja³ redoks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Obci¹¿enie komory fermentacyjnej substancj¹ organiczn¹ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zawartoœæ wêgla i azotu wyra¿ona ilorazem C : N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
74
77
78
79
81
82
82
82
8.1.
8.2.
8.2.1.
8.2.2.
8.2.3.
8.2.4.
8.2.5.
8.2.6.
5
SPIS TREŒCI
8.2.7.
WilgotnoϾ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.8.
Rozdrobnienie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.9.
Wymieszanie masy (jednorodnoϾ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.10. Stymulatory i inhibitory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.11. Clostridium i grzyby pleœniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.12. Inhibitory powstaj¹ce w procesie fermentacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.12.1. Kwasy t³uszczowe – lotne (LKT) i d³ugo³añcuchowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.12.2. Amoniak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.12.3. Siarkowodór . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.13. Preparaty mikrobiologiczne – inokulanty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.14. Preparaty enzymatyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.15. Inne czynniki wp³ywaj¹ce na proces fermentacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.15.1. Wype³niacze komory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.15.2. Tlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.15.3. Œwiat³o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.
Wp³yw fermentacji metanowej na organizmy patogenne wystêpuj¹ce w substracie
8.4.
Wp³yw fermentacji metanowej na zdolnoœæ kie³kowania nasion wystêpuj¹cych
w substracie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5.
Kontrola procesu fermentacji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
84
85
86
89
90
90
91
92
92
94
94
94
94
95
95
96
97
9.
Biogaz jako paliwo Witold Podkówka, Alina Kowalczyk-Juœko . . . . . . . . . . . . . .
99
10.
10.1.
10.2.
10.3.
Oczyszczanie biogazu Alina Kowalczyk-Juœko, Witold Podkówka . . . . . . . . . . . .
Osuszanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Usuwanie siarkowodoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Usuwanie ditlenku wêgla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
103
104
107
11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
Wybuchowoœæ i wykorzystanie biogazu Witold Podkówka, Alina Kowalczyk-Juœko
Kot³ownie gazowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kogeneracyjne silniki spalinowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zasilanie sieci gazu ziemnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Biogaz – paliwo do silników spalinowych w pojazdach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108
109
109
110
110
12.
12.1.
12.2.
Substancja pofermentacyjna Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Substancja pofermentacyjna – substytut nawozu naturalnego . . . . . . . . . . . . . . .
Substancja pofermentacyjna – substrat do produkcji peletu . . . . . . . . . . . . . . . .
112
115
117
13.
13.1.
13.2.
13.3.
Szacowanie wartoœci ,,biogazowej’’ surowców Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . .
Zasada obliczania monosubstratów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zasada obliczania polisubstratów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inne zasady szacowania wartoœci ,,biogazowej” substratów . . . . . . . . . . . . . . . . .
119
121
122
123
14.
14.1.
Metoda oznaczania zawartoœci suchej masy w surowcach Zbigniew Podkówka
Korygowanie zawartoœci suchej masy w kiszonkach na zawartoœæ substancji lotnych .
133
134
15.
15.1.
15.2.
15.3.
15.4.
15.5.
Surowce do produkcji biogazu rolniczego Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . .
Biomasa z upraw polowych i u¿ytków zielonych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zielonka, kiszonka, siano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kukurydza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ruñ ³¹kowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Trawy z uprawy polowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
143
145
147
153
153
6
SPIS TREŒCI
15.6.
15.7.
15.8.
15.9.
15.10.
15.11.
15.12.
15.13.
15.14.
15.15.
15.16.
15.17.
Ca³e roœliny zbo¿owe (GPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sorgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Topinambur – zielonka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liœcie buraczane – naæ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Okopowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ziarna zbó¿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inne nasiona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Roœlinnoœæ wodna i inne surowce roœlinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Biomasa z produktów ubocznych i odpadów z przemys³u rolno-spo¿ywczego . . .
Gnojowica, obornik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Odpady z przemys³u miêsnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inne substraty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
154
157
157
158
159
161
162
163
164
165
168
169
16.
Zasady magazynowania surowców roœlinnych Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . .
174
17.
Koszt transportu surowców Zbigniew Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
176
18.
18.1.
18.2.
18.3.
18.4.
18.5.
18.6.
18.7.
18.8.
18.9.
Lokalizacja i wielkoœæ biogazowni rolniczej Zbigniew Podkówka, Witold Podkówka
Lokalizacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
WielkoϾ biogazowni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Nak³ady inwestycyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZawartoϾ suchej masy we wsadzie-kofermencie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pojemnoœæ komory fermentacyjnej i jej obci¹¿enie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hydrauliczny czas retencji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moc agregatu kogeneracyjnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zasady obliczania podstawowych kryteriów do ustalenia wielkoœci agrobiogazowni
Przyk³adowe receptury wsadu – kofermentu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
178
178
180
180
182
182
183
183
183
187
19.
Skala produkcji biogazu a zapotrzebowanie na substraty Witold Podkówka . . . .
190
20.
Sk³ad wsadu – kofermentu a iloœæ uzyskiwanego biogazu i jego jakoœæ Witold Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Oddzia³ywanie procesów termiczno-mechanicznych i chemicznych na substrat
a iloϾ uzyskiwanego biogazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20.1.
199
210
21.
Biogaz z w³ókna roœlinnego – lignocelulozy Witold Podkówka . . . . . . . . . . . . . . .
211
22.
22.1.
22.1.1.
22.1.2.
22.1.3.
22.2.
22.2.1.
22.2.2.
22.3.
22.4.
22.5.
22.6.
22.7.
22.8.
Technologia produkcji biogazu rolniczego Piotr Pasyniuk . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Techniczne aspekty produkcji biogazu rolniczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liczba etapów procesu technologicznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZawartoϾ suchej masy we wsadzie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sposób nape³niania fermentatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Funkcjonowanie biogazowni rolniczej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dostarczanie, sk³adowanie i przygotowywanie substratów . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wprowadzanie substratów (wsadu) do komory fermentacyjnej . . . . . . . . . . . . . . .
Uzyskiwanie biogazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Usuwanie, uzdatnianie i zagospodarowanie substancji pofermentacyjnej . . . . . .
Magazynowanie i uzdatnianie biogazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykorzystanie biogazu rolniczego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zak³ócenia w produkcji biogazu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Przyk³adowe rozwi¹zania konstrukcyjne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
214
215
216
216
218
221
221
223
223
224
225
227
228
230
7
SPIS TREŒCI
22.8.1.
22.8.2.
22.8.3.
22.8.4.
22.9.
Kszta³ty komór fermentacyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Instalacje do mieszania zawartoœci komory fermentacyjnej . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ogrzewanie komory fermentacyjnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Instalacja gazowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zasady bezpiecznego u¿ytkowania instalacji biogazowej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
230
232
233
233
236
23.
Uwarunkowania formalno-prawne przy projektowaniu budowy i eksploatacji biogazowni rolniczej Witold Podkówka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
238
Piœmiennictwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Piœmiennictwo uzupe³niaj¹ce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Skorowidz rzeczowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
242
251
254