Streszczenie Abstract - Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony

Archives of Waste Management
Archiwum Gospodarki Odpadami
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 [email protected]
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
84
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1
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.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
85
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
86
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1
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
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
87
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 (1-3%), a ponadto siarkowodoru, tlenu i azotu (gazy różne 15%) [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
88
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1
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 wielkoobjetościowych 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
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
89
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.
Rysunek 4.2. Technologia mieszadeł przepływowego fermentacyjnego zbiornika EUCO
90
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1
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.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
91
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
92
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1
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)
[5] Renewables made in Germany 2006. dena German Energy Agency
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
93
[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.
94
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 (2009) nr 1