- O 1,2 do 1,6 m3 / GŽ pri govedu
- O 1,0 do 1,4 m3 / GŽ pri prašičih
- O 3,7 - 6,0 m3 / GŽ pri kokoših nesnicah.
Večina zasebnih obratov deluje za proizvodnjo bioplina in imajo posode za fermentacijo v velikosti od 50 do 100 m3 (jekleni in plastični rezervoarji), večji sistemi z do 1000 m3 so izdelani z betona.
Preglednica G 79/1 - Čas ohranjanja se odvija pri različnih temperaturah
|
Mikro organizmi Temperatura |
fermentiranja v dnevih |
Čas fermentiranja |
Opombe |
|
Psihrofilno |
5 – 25 oC 25 – 40 oC 55 – 70 oC |
90 – 120 25 - 30 Približno 15 |
V praksi se je izkazalo za preveč dolgo, glej opombo |
V praksi se je mezofilni postopek večinoma izkazal z okoli 33 do 40 °C temperature v posodi za fermentacijo
Plinski hranilnik
Velikost plinskega rezervoarja
Pridobivanje plina znaša v povprečju približno 1,5 m3 / (GŽ x d), to je, velikost plinskega rezervoarja se ujema z neprekinjeno dnevno porabo okoli 1,5 m3 / GŽ. V manjšem sistemu mora biti rezervoar za hranjenje bioplina relativno večjega obsega.
Vrste naprav za hranjenje plina:
Proizvodnja bioplina in čas uporabe se vedno ne ujemata, zato je za hranjenje plina potreben vmesni hranilnik. V posebnih primerih pa je možno pri proizvodnji plina prekriti posodo za fermentacijo s folijo tam (A), kjer je odjem plina samo v času, ko je potreben za proizvodnjo električne energije. Ker so naložbeni stroški za stabilno shranjevanje zelo visoki, se teži, da je takšen odjem čim manjši.
Jekleni rezervoarji (B) so relativno dragi, z zgoščanjem lahko prihranimo (približno 2 - 3 % vsebnosti energije), vendar je prostornina do 10 % zmanjšana. Prihranki pri stroških nudijo kot alternativo prekritje rezervoarja s PVC folijo kot balon ali blazina (C, D) iz umetne mase polietilena ali polipropilena do (EPDM). Zaradi različnih modelov ne more biti osnovne navedbe le o velikosti posode za fermentacijo in za skladiščenje plina. Poleg količine organskih snovi igra veliko vlogo tudi temperatura pri fermentaciji. Čas fermentaciji igra pomembno vlogo pri dimenzioniranju, od njega je odvisen rok predelave. Termofilni postopek ima visok higienski učinek, se pravi, da se noben mikrob zaradi visokih temperatur ne more prebiti skozi. Dimenzioniranje večjih naprav je treba prepustiti izkušenemu strokovnjaku.
Slika G 79/2 - Vrste plinskih hranilnikov
Priprava bioplina
Bioplin se v glavnem sestoji iz uporabnega metana in neaktivnega ogljikovega dioksida. Ko plin zapušča hranilnik, je fermentacijsko nasičen z vodno paro, kar je odvisno od temperature plina in znaša od 1 do 6 % vode. Poleg tega se pri odstranjevanju gnoja proizvaja strupeni vodikov sulfid.
Pri čiščenju odpadnih plinov se plin še spusti skozi filter za čiščenje mehanskih nečistoč, mora pa tudi vodikov sulfid, ki vsebujejo plin, še iti skozi razžveplanje. Tu se lahko z vpihavanjem zraka v skladiščeni plin, zaradi bakterijske razgradnje elementarnega žvepla in vode opravi razžveplanje.
Uporaba z običajnimi grelci in motorji za utekočinjanje in umazanijo mora biti vgrajen filter, ki je nameščen pred napravo. To je nujno potrebno, zlasti glede, da se ne pojavijo korozijske poškodbe.
Če shranjujemo bioplin v tlačnih posodah (E), je treba plin osvoboditi iz varnostnih razlogov, vodne pare in vodikovega sulfida. Odstranitev ogljikovega dioksida se lahko šteje zaradi shranjevanja na tak način pridobljena energija, ki je zelo draga oziroma predraga za manjšo pridelavo. Po čiščenju in razžveplanje bioplina, se lahko bioplin natančno tako kot druga goriva zažge. Del, približno 20 - 25 % količine proizvedene energije pa je potrebne za ogrevanje posode za fermentacijo.
Industrijska pridelava bioplina
Kot je predhodno zapisano, igrajo velike naprave za proizvodnjo bioplina, v katerih je industrijska proizvodnja namenjena za proizvodnjo električne in toplote energije ali za pridobitev plina iz biometana, ki prihaja vse bolj v ospredje pri uporabi v javnih omrežjih. Poleg zapisanega v poglavju G 6.2.2 obstajajo velike prednosti pridobivanja energije iz biomase in odpadkov, rastlinskih in živalskih ostankov za proizvodnjo bioplina in kakovosti gnojila, saj je taka oskrba naravni ciklus in še en pomemben dejavnik v znamenju izginjajočih virov za kurjenje z bioplinom pri ogrevanju in sočasni proizvodnji električne energije. V skladu z zakonom za obnovljive vire energije (Zakon o obnovljivih virih energije - EEG) se naložba povrne v obdobju do 20 let, če je cena fiksna. Pogosto predvsem za manjše naprave, zaradi relativno visokih naložbenih stroškov takšne naprave niso gospodarne, razen če so na razpolago ugodna in spodbudna finančna sredstva s strani države.
Razvoj naprav za bioplin
Rezultat števila naprav za bioplin v kmetijstvu se je samo v nekaterih državah EU povečal s 100 v letu 1990 s približno 5 MW električne moči na več kot 2700 in v letu 2005 na približno 640 MW, glej sliko G 80/1 in 2.
Slika G 80/1: Razvoj naprav za pridobivanje bioplina
Energijska uporaba bioplina kot nevtralna od C02 in spada med obnovljive domače vire saj jo proizvajamo iz domačih surovin in je pomemben prispevek k varovanju okolja. Prednost pred drugimi obnovljivimi viri energije, kot sta vetrna energija in foto napetostna energija (PV), saj se lahko bioplini shranijo in so na voljo, ko je to potrebno. Hkrati zagotavlja kmetijski bioplin novo oporo in varno dolgoročno perspektivo kot dobavitelja surovin za industrijo bioenergijo ali z lastno napravo za proizvodnjo električne energije iz bioplina kot dobavitelja energije.
Potencial bioplina
S povečanjem proizvodnje bioplina s posebnim načinom kolobarjenja in mešanih postopkov gojenja in celoletne uporabe na območju fermentiranih pridelkov za dolgoročni prispevek pri vzgajanju energetskih rastlin povečalo iz 33 000 na 80 000 kilovatnih ur na hektar. Povečalo se je tudi zanimanje strokovne javnosti. Vzorčni izračuni predvidevajo, da je za vzgojo in uporabo bioenergetskih surovin v nekaterih državah okoli 10 odstotkov kmetijskih zemljišč.
Preglednica G 80/2: Potencial bioplina za proizvodnjo električne energije v zvezi z bioplinom
|
Vir energije |
Potencial v PJ/a1) |
|
Industrijski in gospodinjski odpadki |
9,3 |
|
Pokrajinsko pomembni materiali |
12,0 |
|
Odlagališča |
18,0 |
|
Odpadne vode |
19,5 |
|
Organskih komunalni odpadki |
12.5 |
|
Rastlinski ostanki iz kmetijstva in stelja |
13,7 |
|
Živalskih iztrebki in stelja |
96,5 |
|
Energijske rastline pridelane na 2 milijonih ha površine |
570,0 |
|
Vsota |
751,5 |
|
1) 1 peta/Joule ustreza približno 3,6 Teravat/ur (TW/ura) električnega toka, 1 TW ura = 1 000 000 MW/h = 1 000 000 000 kW/ur = 109 kW/ur |
|
Proizvodnja električne energije s pomočjo bioplina
Pri večjih industrijskih obratih za pridobivanje bioplina je danes v ospredju predvsem proizvodnja električne energije, ki jo je z zakonom za obnovljive vire energije (EEG) mogoče ekonomsko zelo koristno uporabiti. Dejstvo, da je z zakonom potrjeno osnovno nadomestilo za časovno obdobje 20 let za električno energijo, ki se napaja iz biomase. S tem se povečuje tudi število naprav, ki se uporabljajo posebej za fermentacijo obnovljivih surovin ali gnoja. Cena je odvisna od velikosti sistema in znaša približno 6 centov za kW/h. Poleg tega je bonus v višini 2 centa / kWh in se dodelijo za predelavo v obratih za so proizvodnjo električne energije. Pri industrijski proizvodnji bioplina prideta za uporabo v poštev predvsem gnoj in gnojevka. Zelo primerna je proizvodnja iz rastlinskih surovin, kot je koruza in razna žita, rž, silaža, različne vrste trave, zeleni odpadki, listje od sladkorne pese, krompirja, zelja in drugi rastlinski odpadki.
Postopek biološke predelave surovin
Za vračanja prevrete podlage in njihove uporabe v kmetijstvu kot kakovostno gnojilo, se namesto porabe drage energije, iz dragih mineralnih gnojil, zapre ciklus biološke uporabe surovin.
Toplota kot stranski produkt
So proizvodnja bioplina za proizvodnjo elektrike se odvija podobno, kot pri vseh elektrarnah, kjer se proizvodnja električne energije izvaja sočasno z odpadno toploto ter se neposredno uporablja za ogrevanje, toplo vodo ali procesno toploto. To pokriva okoli 35 % električne energije in 45 % toplotnih izgub, celotni izkoristek pa znaša v povprečju okoli 60 do 65 %. Ti podatki pomenijo za ugodno energetsko učinkovitost. Seveda pa se zastavlja vprašanje ali je takšno tudi povpraševanje za električno in toplotno energijo in če je takšno povpraševanje tudi v poletnih mesecih, ko ni prisotno ogrevanje.
Bioplin kot gorivo
Približno 30 % porabljene energije pade na promet s prevozi emisij C02, ki vodi do povečanja učinka tople grede. Biometan je naraven in obnovljiv vir energije, proizveden iz bioplina. Po kemijski sestavi in lastnostih je biometan primerljiv z zemeljskim plinom (ZP), zato ga lahko dovajamo v omrežje zemeljskega plina. Biometan lahko uporabljamo brez omejitev v 100-odstotni koncentraciji ali ga v poljubnem razmerju mešamo z zemeljskim plinom za učinkovito oskrbo z električno energijo, proizvodnjo toplote ali kot gorivo v vozilih s pogonom na zemeljski plin. Z biometanom lahko iz enega hektarja koruzne silaže, z avtomobilom na naravni plin prevozimo približno 70.000 km, kar je skoraj dvakratna dolžina ekvatorja. Po približno 30 % porabe energije pade na promet in C02 emisij, ki prispevajo k zmanjšanem učinku tople grede.
Vbrizgavanje zemeljskega plina v omrežje
Dolgoročni cilj industrijske proizvodnje bioplina je zamenjava večine uvoženega plina za javno omrežje z doma proizvedenim zemeljskim plinom. Po mnenju nekaterih združenj za naprave z bioplinom prevladuje mnenje, da se potencialna uporaba plina nadomesti s približno 20 % bioplina. Pogoj za hranjenje plina iz biometana v javnem omrežju je veliko višja vsebnost metana, kot po navadi, da se doseže kakovost zemeljskega plina in zahteve DVGW, kot so zapisane v delovnem listu G 260. V Skandinaviji in v Švici že obstajajo javna omrežja za dobavo bioplina. Na primer na Bavarskem je bila že pred več kot 30 leti zgrajena naprava za bioplin, ki letno z uporabo plina 3,9 milijona m3 biometana in s 96 % prisotnosti metana v javnem omrežju za uporabo zemeljskega plina. To se ujema s porabo plina za približno 1300 gospodinjstev.
Preglednica G 81/1 - Dosegljiva električna moč ob neprekinjenem delovanju
|
Surovina |
Električna moč |
|
1 ha koruza |
Približno 2 kW |
|
1 ha žito |
Približno 1,5 kW |
|
1 ha trava |
Približno 1 kW |
|
Gnojevka od krave |
Približno 0,15 kW |
|
Z 1 m3 bioplina se proizvede od 1,5 do 2,2 kW/h električne energije, glede na vsebnost metana. Za vsakih 2500 m3 bioplina na leto je treba za 1 kW moči naprave, treba instalirati elektriko. |
|
Shema proizvodnje za pridobivanje sodobnega bioplina
Že v naslovu je zapisano, da se sodobna proizvodnja bioplina odvija skoraj popolnoma po biološkem ciklusu pri predelavi surovin.
Naslednji koraki, ki vodijo skozi to:
- Daleč najbolj pomembne surovine, ki spadajo med obnovljive surovine, so, koruza, žita in trave, ki so shranjene v silosih, kot "silažne"
- nato substrati, ki so v ogrevanih drugotnih fermentacijskih rezervoarjih, kjer se fermentacija zaključuje ob izključitvi zraka. Nastali bioplin se shranjuje s skladiščenjem plina pod tlakom.
- Prevrete preostale substrate vrnejo na kmetije, ki ga uporabijo kot gnojilo na poljih.
- Zgoreli bioplini zgorijo v napravi za sočasno proizvodnjo električne in toplotne energije, kjer ustvarijo moč, ki se dovaja v javna napajalna omrežja.
- Hkrati se toplota iz so-proizvodnje dovaja v omrežje daljinskega ogrevanja ali pa se lahko uporablja neposredno za ogrevanje in toplo vodo.
- Cilj v prihodnost je, da se bioplin iz biološkega metana po kakovosti izenači z zemeljskim plinom, ki se ga lahko nato dovaja v javno omrežje zemeljskega plina in za zamenjavo fosilnega zemeljskega plina.
Naprave za pridobivanje bioplina
Uporaba bioplina za ogrevanje
Če je treba, lahko bioplin uporabimo neposredno za ogrevanje ali pripravo tople vode. Tukaj načeloma veljajo enaka pravila za namestitev plinskih peči in za odvod dimnih izpušnih plinov iz peči, kot je že predhodno opisano v poglavjih G 3.2 in G 3.3. Pravila za naprave, instalacije, pogon, nadzor ter varnost morajo biti v skladu s TRGI 1986/96.
Slika G 85/1 – Primer za namestitev naprav za pridobivanje bioplina.
Ker proizvodnja bioplina in čas vedno ne sovpada s potrebo po ogrevanju, je treba imeti za shranjevanje vmesni toplotni hranilnik, na primer (hranilnik - gramoz in topla voda). Najboljši način je z neprekinjenim delovanjem, zlasti v poletnih mesecih, ko je mogoča uporaba bioplina s plinskim motorjem za pogon generatorja pri proizvodnji električne energije, kot je prikazano na sliki G 85/1 in poglavju G 6.2.2.
Uporaba bioplina za proizvodnjo električne energije
Uporaba bioplina za proizvodnjo električne energije in sočasne proizvodnje toplote (SPTE Sočasna proizvodnja toplote in električne energije) predstavlja nadvse uporabno, saj je zaloga plina, proizvedenega na eni strani za ogrevanje in se sočasno uporablja za smiselno in stroškovno učinkovit način regenerativne proizvodnje električne energije. So-proizvodnja prinaša občutne prihranke primarne energije in zmanjšuje emisije CO2 v ozračje.
Primer elektrarne na bioplin
Napisano je že bilo, da večja elektrarna na bioplin običajno deluje učinkoviteje kot večje število manjših elektrarn skupaj, vendar decentralizirana proizvodnja bioplina ima gotovo tudi nekatere prednosti. Večji proizvodni obrati prehrambne industrije lahko ostanke uporabijo za izdelavo bioplina, ti ostanki so, poleg gnoja s kmetij in odpadnih maščob še kuhinjski odpadki, ostanki iz tovarn za konzerviranje, sirarstvo, sadni sokovi, industrija marmelade itn., ki jih je mogoče uporabiti.
Pomembno vlogo igrajo pri tem odpadki, gospodinjskih "organskih odpadkov". Na sliki G 86/1 je prikazana osnovna predstavitev velike elektrarne na bioplin, ki je bila zgrajena že pred leti.
Slika G 86/1 – Način delovanja elektrarne na bioplin
Pojasnilo:
Po dobavi materialov jih je treba mehansko ločiti in vse trdne materiale zdrobiti. Po dostavi je treba ves material takoj prečistiti in odstraniti moteči material, ki ga je mogoče mehansko ločiti od vseh trdnih delcev ter jih zdrobiti na majhne kose. Za tem izhodni material prehaja v skladu z dobavo tekočih ostankov v posodo, ki je zasnovana za mešanje in za (homogeniziranje). Kasneje, masa potuje skozi zakonsko predpisanem razkuženju, kjer se strupene snovi in mikrobi razgradijo v približno eni uri pri temperaturi 70 °C. Dejansko se dvostopenjska mokra fermentacija začne s hidrolizo pri delitvi kemijskih spojin v reakciji z vodo. Temu sledi fermentiranje, ki spremeni iz anaerobnega stanja v reaktorju z osrčjem elektrarne v bioplin iz biomase s pomočjo mikroorganizmov. Ti so tisti, ki proizvajajo metan v optimalnih pogojih in v povprečni hidravlično zadrževalnem času do 20 dni.
Tu se odstrani žveplo, ki se nato osuši in se shrani v velikem plinskem hranilniku. Od tam preidejo v kogeneracijski blok za pridobivanje toplotne in električne energije iz bioplina, kjer se proizvaja isto s pomočjo plinskega motorja in odpadne toplote. Toplota se celo uporablja za razkuževanje (predhodno že opisano) in za ogrevanje prostorov. Tudi ta toplota se celo uporablja za razkuževanje in za ogrevanje prostorov.
I.K.
