Praktyczne aspekty technik biogazowania biomasy

Praktyczne aspekty technik
biogazowania biomasy
Andrzej Myczko
prof.dr hab.inż.
[email protected]
Third Industrial Revolution
Rifkin Jeremy
• I - Maszyna parowa i węgiel – nowe problemy socjalne
• II - Samochód i ropa oraz benzyna
--------------------------------------------------------Te epoki zwiększyły produktywność pracy o kilkadziesiąt razy.
• III – połączenie technik komunikacji z odnawialnymi źródłami
energii
-------------------------------------------------------------------------• W 2008 r doszliśmy do granicy możliwości zwiekszania
światowego wzrostu gospodarczego w oparciu o ropę i inne
paliwa kopalne
• Wpływ węgla i ropy na gospodarkę potrwa jeszcze do 2030 r.
• Kryzys finansowy następstwem spowolnienia II rewolucji
przemysłowej
Raport ExxonMobil
2012 The Outlook for Energy: A View to 2040
•
•
•
9 mld ludzi za 28 lat.
32 mld zwierząt kopytnych.
30 -35 % wzrost popytu na energię w
porównaniu do 2010 r.
• Dostawy energi w sposób bezpieczny,
niedrogi, przyjazny dla środowiska
-------------------------------------------------------------------Przewidywane zmiany w branżach
•
•
•
•
•
•
94% wzrost popytu – energetyka
jądrowa.
62 % wzrost popytu na gaz ziemny.
58 % wzrost popytu na energię z wody.
24 % wzrost popytu na ropę.
10 % wzrost popytu na biomasę.
- 6 % spadek popytu na węgiel.
Kraje OECD - minus 2%
Pozostałe - plus 60%
Indie
+ 122%
Afryka + 115%
Brazylia + 73%
Rosja + 3%
USA
- 5%
UE
- 6%
Energochłonność skumulowana
Rachunek ciągniony
•
Pamiętajmy też, że produkcja infrastruktury dla
OZE wymaga ropy - ludzie często wierzą, że
alternatywne źródła energii są w jakiś
niewytłumaczony sposób niezależne od ropy
naftowej. Słońce i wiatr są odnawialne, ale energia
i materiał potrzebny do produkcji wiatraków czy
paneli - nie.
Malowanie czarnej energii na
zielony kolor – problem ?
• EROEI – Energy Return Invested
zwrot energii wobec energii zainwestowanej
Wskażnik dla większości upraw wynosi ~1
występują jednak korzyści z ograniczenia emisji CO2 oraz
poprawy koniunktury gospodarczej
Jedynie dla trzciny cukrowej osiąga wartość 7 – 12
jednak rekompensata uwolnionego CO2 na skutek wyrębu lasów pod
uprawę trzciny cukrowej nastąpi po 100 latach
Wizjonerzy i fakty dokonane
Energia w III etapie
• Internet – inteligentna sieć przesyłowa (smart
grid). Energia dostarczana na zgłoszone
zapotrzebowanie po wybranej
(zoptymalizowanej) cenie
• Dalszy rozwój rozproszonych źródeł energii –
Konsument może być jednocześnie
producentem
• Zintegrowane z budynkiem i budowlą miniinstalacje solarne, wiatrowe, geotermalne i
geotermiczne, superkondensatory
• Techniki wodorowe umożliwią magazynowanie
energii odnawialnej (nanowłókna węglowe)
• Techniki plazmowe – deuter i tryt
Stopniowa ewolucja - Kapitalizm rozproszony
(distributed capitalism)
• Decentralizacja – stopniowy rozwój wielkiej
sieci mikroproducentów energii
• Osłabienie wielkich producentów i poprawa
autonomii społeczenstwa
• Projekt niemieckiego rządu – „trzecia
rewolucja przemysłowa” – przestawienie
gospodarki na energię odnawialną do 2050r.
• OECD, ONZ – „Zielony kapitalizm”
• „Green New Deal – Zielony Nowy Ład”
Zielony kapitalizm to decyzje
polityczne, a nie tylko ekonomiczne
• Istnieją techniczne możliwości dla wdrażania Zielonego
Nowego Ładu.
• Koszty dofinansowania czarnej energii pochodzą albo z
dotacji budżetowych (np. Niemcy 600 – 650 mld euro od
1950r na inwestycje węglowe i atomowe) albo obciąża się
nimi bezpośrednio społeczeństwo bo inwestycje są
bezpośrednio wliczone w cenę energii.
• Dotychczas ponoszono również koszty badań i rozwoju
kopalnych źródeł energii (np.. USA 70 – 75 mld dolarów w
latach 1073 – 2003.
• Dla konsunenta jest obojętne czy pomniejsza się jego
dochody przez finansowanie inwestycji z budżetu czy wlicza
się koszty inwestycji i rozwoju w cenę energii.
Ograniczenia „Wielkiej Transformacji”
• Dostepność technologii to tylko jeden z elementów
trzeciej rewolucji przemysłowej ale nie najważniejszy
• Trzecia rewolucja przemysłowa wymaga decyzji
politycznych, a nie tylko ekonomicznych oraz aktywnej
roli państwa
• Ponieważ niektóre państwa realizują politykę faktów
dokonanych niezbędny jest „Scenariusz Nadążania”
uwzględniający możliwość ochrony modelu życia i
konsumpcji
Jaka ma być rola Narodowego Programu Gospodarki
Niskoemisyjnej ????
Rola „Scenariusza Nadążania” oraz
aktywnej roli państwa
• Zapobieganie przed gwałtownym upadkiem
tradycyjnych branż
• Ochrona miejsc pracy
• Zapobieganie przed konfliktami społecznymi i
konfrontacjami politycznymi.
• Ułatwianie dostępu do technologii
energooszczędnych i zapewnienie neutralnego
dla klimatu rozwoju gospodarczego (dla
zapewnienia konsumpcji na obecnym poziomie
przewiduje się nawet pięciokrotnie mniejsze
zużycie energii)
• Monitorowanie efektów zmian
Pytania
• Czy poprawa efektywności zużycia energii
zmniejszy jej rzeczywiste zużycie ??
• Czy finansować bezpośrednio rozwój
nowoczesnych systemów energetycznych
czy też w powiązaniu z badaniami wpływu
ich na zachowania społeczne oraz
opracowaniem nowych modeli mobilności i
aktywności zawodowej ??
Wykorzystanie biomasy jest tylko
jednym z elementów w systemie
bioenergetycznym
21 październik
2011
Zawartość energii na ha powierzchni
uprawnej
źródło: Fachagentur Nachwahsende Rohstoffe e.v. FNR-2007.
Biogaz
67600
BTL (biomasa do cieczy)
64000
Olej roślinny
23300
Biodiesel
23300
Bioetanol
22400
0
Nośniki energii na ha jako
ekwiwalent oleju
napędowego w km
10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
km
Zawodowe instalacje biogazowe nie powinny
konkurować z instalacjami prosumenckimi w skali
piko i mikro
Taka konkurencja nie powinna wstrzymywać wprowadzenia
ustawy o OZE
Obieg mas w biogazowni rolniczej
Biogazowanie
Wszystkie fazy razem czy osobno ?
Mieszanina fermentacyjna złożona z substratów i kosubstratów
H YDRO LIZA
(trawienie)
Odczyn PH
4,5 – 6,2
Aminokwasy, cukry proste, alkohole, kwasy tłuszczowe
FA ZA K WA S O WA
(kwasogeneza)
Kwasy tłuszczowe, alkohole, aldehydy, CO2, H2S, H2
FA ZA O C TAN O WA
(acetogeneza)
Odczyn PH
6,8 – 7,5
Kwas octowy, CO2, H2
FA ZA M E TA N O T W Ó R C ZA
(metanogeneza)
BI O GAZ
CH4, CO2, H2S, H2, N, O2, H2O
Komponowanie mieszaniny
fermentacyjnej
Jakie innokulum stosować?
(akredytowane laboratorium ITP o/Poznań
Nadzorowanie procesu
Dozowanie substratu strategicznego
Rozdrabnianie substratów jest energochłonne –
stosujemy je więc tylko w odniesieniu do
„trudnych” substratów. Dotyczy to również technik
termiczno-ciśnieniowych.
Ogrzewanie zbiornika fermentacyjnego
– ciągle niedoceniany element przy
projektowaniu i wykonastwie
Mieszanie i pierwszy etap odsiarczania
Miejsce przykładowej lokalizacji
instalacji prosumenckiej
Reaktor monosubstratowy
wg. zgłoszenia ITP
Mikrobiogazownia na
monosubstraty płynne 60kWe
Proste, małe reaktory monosubstratowe powinny
współpracować z prostymi zbiornikami pofermrntu,
które mogą być jednocześnie zbiornikami biogazu
Technologia biogazowania metodą sucho –
mokrą wg.patentu niemieckiego
21 październik
2011
Doskonalenie technik konwersji biomasy do prądu,
ciepła i chłodu dla mikroilnstalacji w
gospodarstwach rodzinnych
– kontenerowa mikrobiogazownia w ITP o/Poznań
Sąsiedztwo miktobiogazowni z instalacją solarną,
pompami ciepła, odwiertami i powietrzem z obory
umożliwia wykorzystanie ich do podgrzewania procesów
fermentacyjnych (synergia) oraz zwiększa potencjał
instalacji hybrydowych.
Łatwiej można osiągnąć maksymalną dopuszczalną
prawem moc elektryczną i cieplną przewidzianą dla
mikroinstalacji prosumenckich
Typoszereg „MIKRO” na bazie
jednostki podstawowej
Kontenerowa mikrobiogazownia rolniczaw systemie
dwustopniowej fermentacji mokrej - 36 kW
Pojemność robocza komory fermentacyjnej I stopnia 30 m3
Pojemność robocza komory fermentacyjnej II stopnia 120 m3
Łączna pojemność zbiorników biogazu 60 m3 Moc elektryczna
biogazowni na substratach rolniczych 25 kW Moc elektryczna
biogazowni na substratach rolniczych i poprodukcyjnych 25-36
kW
Kontenerowa mikrobiogazownia rolniczaw systemie
dwustopniowej fermentacji mokrej - 36 kW
Oddzielne dozowanie substratów stałych i płynnych. Pierwszy stopień
fermentacji w komorze fermentacyjnej kontenerowej mikrobiogazowni.
Drugi stopień fermentacji w osobnym zbiorniku fermentacyjnym o
pojemności roboczej 120 m3 Zintegrowany dozownik substratów
stałych
i pompy do gnojowicy + obiegowa
Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza w systemie
jednostopniowej fermentacji mokrej - 6 kW
zgłoszenie patentowe nr P.396243
Pojemność komory fermentacyjnej 30 m3
Pojemność zbiornika biogazu 13 m3
Moc układu na substratach rolniczych 4-6 kW
Moc układu na substratach poprodukcyjnych 6-9 kW
Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza w systemie
jednostopniowej fermentacji mokrej - 6 kW
zgłoszenie patentowe nr P.396243
Oddzielne dozowanie substratów stałych i płynnych. Prosta obsługa
łatwa kontrola nad parametrami procesu. Cały proces w komorze
fermentacyjnej kontenerowej mikrobiogazowni. Zintegrowany dozownik
substratów stałych
Kolumnowa mikrobiogazownia rolnicza ze stałym
złożem adhezyjnym do 7 kW
Pojemność komory fermentacyjnej 30 m3 Pojemność zbiornika
biogazu 6 m3 Moc elektryczna układu na gnojowicy surowej 3-7 kW
Moc układu na innowacyjnej technologii suplementacji 5-9 kW
Kolumnowa mikrobiogazownia rolnicza ze stałym
złożem adhezyjnym - 7 kW
Stały przepływ gnojowicy. Dwuwarstwowe lekkie złoże adhezyjne.
Krótki okres hydraulicznej retencji.
Wykorzystanie biogazu
Zasilanie agregatu mieszanką paliwową–
paliwową– schemat
fermentator -1, alternator -2, destylarka -3, zb.wody destylowanej i dozownik KOH -4, elektrolizer -5,
Zbiornik wodoru -12, sprężanie wodoru -7.
wg. pat. ITP - DUE
Dystrybucja wodoru – to są już zastosowania prakrtczne
wystąpiły duże opóźnienia we wpriowadzaniu ogniw paliwowych w Polsce
biogazownia
Materiał energetyczny – Warta
sierpień 2012
Noteć 2012
Skutki wcale nie rolnicze – to też substrat dla
OZE
Dziękuję za wysłuchanie i zapraszam do dyskusji
[email protected]