Vhodne snovi za pridobivanje bioplina so biološke snovi, kot so koruza, pšenica, pesni rezanci, trava ali gnojnice in gnoj iz živinoreje, kot tudi odpadke iz predelave rastlinskih in živalskih proizvodov. Od njih se lahko, med drugim, biokemijsko, anaerobne razgradnje mikrobnega bioplina organskih snovi, zmesi metana, ogljikovega dioksida in dušika, kisika, vodikov sulfid in drugi, ki se lahko pridobijo.
Spremembe, ki se dogajajo v septičnih procesih pretvorbe fermentacije, so, podobne tistim v obratih za čiščenje odplak.
Možnosti uporabe bioplina
Bioplin je mogoče uporabiti za:
- proizvodnjo toplote in električne energije v obratih za so proizvodnjo
- proizvodnjo električne energije v elektrarnah za proizvodnjo bioplina
- proizvodnjo goriva za vožnjo motornih vozil
- proizvodnja biometan plina, ki se lahko dovaja v omrežje zemeljskega plina in s tem nadomesti fosilna goriva in uvoženi zemeljski plin;
- Proizvodnja gnojil za kmetijstvo s fermentacijo ostankov in zamenjavo dragih mineralnih gnojil ter s tem nastane skoraj popolna vrnitev v biološki cikel.
Potek delovanja naprave za bioplin
Slika G 75/1 – Shema delovanja naprave za bioplin
|
Legenda k sliki G 75/1 in 2 1. zbiralnik ostankov iz živinoreje in silaže iz rastlinske pridelave 2. črpalka oziroma stroj za rezanje 3. za ogrevanje - toplotni izmenjevalnik 4. gnilišča pri temperaturah od 35 do 60 °C 5. mehansko ali hidravlično mešanje 6. ostanki bioloških odpadkov 7. utekočinjanje 8. filter 9. uskladiščeni plin |
Fermentacija: Organska snov (substrat) združimo, v segretem septičnem rezervoarju ("za fermentacijo") fermentirajo pod pogoji, da so ne predušni z anaerobnimi bakterijami. Naslednja je še ena tako imenovana fermentacija. To vrenje proizvaja bioplin, ki nastane in napaja s skladiščenjem plina. Poleg ostankov so nastali ekološko fermentirani substrati in se lahko uporabljajo kot zelo kakovostno gnojilo na poljih. Da bi dobili dobro razgradnjo s strani mikroorganizmov, moramo fermentacijsko gradivo temeljito zmešati. To naredimo z mešanjem in s pomočjo črpalk ali stisnjenega zraka. Čas razgradnje organskega materiala, donos plina in sestava bioplina je odvisna od vrste in sestave substrata kot tudi posameznih organizmov in njihove optimalne temperature rasti.
Reciklaža: Zbrani bioplin za skladiščenje plina stoji po pripravi naprave pripravljen za ogrevanje prostorov ali - v so proizvodnji - tudi za proizvodnjo električne energije. Pri odgovarjajoči kakovosti se lahko bioplin uporablja tudi v omrežju za zemeljski plin.
Slika G 75/2 – Hranilnik za toploto, pridobljeno iz bioplina
Funkcionalno zaporedje naprav za uporabo bioplina
Bioplin kot obnovljivi vir energije prispeva veliko načinov za varčevanje z energijo iz fosilnih goriv in kot C02-nevtralno obnovljiv vir ("NaWaRoS"), za zaščito podnebja, pa tudi za izboljšanje infrastrukture in preživetje v kmetijstvu. Med drugim prispeva k zmanjševanju emisij toplogrednih plinov, onesnaževanja vode in degradacije tal. Medtem ko je bila prvotno v ospredju pomembna predvsem le uporaba gnoja, blata in odpadkov živine, zdaj igra vse večjo industrijsko uporabo v večjih obratih in za pridobivanje bioplina za proizvodnjo električne energije ter toplote v obratih za so proizvodnjo in da bo v prihodnje vključeno tudi v omrežje zemeljskega plina. Čeprav je danes bioplin dražji od zemeljskega plina, je to domači vir energije, ki bo že kmalu postal konkurenčen v prihodnosti in hkrati zagotovil kmetijski pridelavi obstoj namesto redkih in dragih fosilnih goriv.
Sestava bioplina
Sestava bioplina je zelo različna zaradi različnih izhodnih materialov. Te vrednosti se lahko obravnavajo le kot orientacijske vrednosti. Plin sestavlja približno 2/3 metana in 1/3 ogljikovega dioksida, skupaj z majhnimi količinami drugih snovi.
Preglednica: G 76/1 Kemična sestava bioplina (povprečna sestava)
|
Sestavni deli |
Kemijska oznaka |
Delež |
|
Metan Ogljikov dioksid Para Dušik Kisik Vodikov sulfid Vodik, amonijak, |
CH4 H2S |
50 - 75 % 25 - 45 % 2- 7% 0- 2% 0- 2% 0 - 1 % 0- 1% |
Sestava in donos bioplina ni edini specifični substrat, temveč so ti zaradi osnovnih pogojev (način, temperatura, zadrževanje) zelo različni, kar pomeni veliko odbojev v vrednostnih preglednicah.
Zaradi strupene in jedke vsebnosti vodikovega sulfida je po navadi treba narediti potrebno razžvepljenje.
Kurilno tehnične lastnosti bioplina
Preglednica: G 76/2 – Fizikalni podatki za bioplin in metan
|
Oznaka |
Povprečne vrednosti |
|
|
Bioplin |
Metan |
|
|
Gostota plina v kg / m3 |
1,2 |
0,72 |
|
Relativna gostota d (zrak = 1) |
0,92 |
0,55 |
|
Utekočinjanje HO (HS) v kWh / m3 Kurilna vrednost HU (Hi) v kWh / m3 |
5,5 – 8,3 5,0 – 7,5 |
9,97 8,98 |
|
Temperatura vnetišča Utekočinjanje dimnih plinov |
700 oC 100 oC |
645 °C 59°C |
|
Potreben zrak za izgorevanje v m3 zrak / m3 plin |
5,7 |
9,54 |
Količina toplotne energije je odvisna od neposredno dobljene količine metana v bioplinu. Kurilna vrednost bioplina znaša približno 6 kWh / m3. Pri okoli 20 do 25 % energije je potrebne za ogrevanje pri fermentaciji okoli 1 m3 bioplina pri uporabi okoli 4,5 do 5 kWh za toplotno energijo.
Izhodne količine bioplina
Količina nastalega plina je odvisna od vrste uvedenih organskih snovi, načina delovanja, temperature in časa zadrževanje substratov pri vsaki napravi za bioplin. Zaradi različnih omejitev obstajajo pomembna odstopanja in variante na istih podlagah. Referenčne vrednosti za dimenzioniranje so prikazane v preglednici G 76/3. V tej preglednici prikazane vrednosti so izdelane na osnovi suhih snovi.
Preglednica G 76/3 - Donos bioplina iz različnih podlag
|
Bioplin iz živalskih vrst itn. |
Bioplin iz rastlinskih materialov |
||
|
Živalski substrati |
m3 bioplina po t substrata TS |
Rastlinski substrati |
m3 bioplina po t substrata TS |
|
Kravji gnoj |
25 |
Listi sladkorne pese |
70 |
|
Prašičji gnoj |
30 |
Krompirjevi olupki odpadki |
74 |
|
Sirotka |
35 |
Sladkorna pesa |
90 |
|
Goveji gnoj |
45 |
Vrhnji sloj zemeljske plasti |
175 |
|
Svinjski gnoj |
60 |
Travna silaža |
185 |
|
Piščančji gnoj |
80 |
Koruzna silaža |
190 |
|
Mast iz lovilnika maščob |
250 |
Ržena silaža (cela rastlina silaže) |
195 |
|
Pomije |
265 |
Oljna ogrščica torto |
600 |
|
Pogosto izkoristek plina temelji na GŽ = glava živine: 1 GŽ = 500 kg žive teže, donos plina za GŽ na dan = 1,2 - 1,7 m3 proizvedenega plina proizvoden bioplin na 1 kg substrata TS = od 0,2 do 0,30 m3 |
Naprave za bioplin v kmetijstvu
Proizvodnja bioplina iz kmetijskih izdelkov je v mnogih pogledih koristna:
- Organski odpadki, kot je "prečiščen"gnoj, ki se nahaja v zelo kakovostnem gnojilu se, proizvaja na tleh iz živih organizmov in vode iz podzemlja, ki je brez škodljivih učinkov (na primer nitratov).
- Preoblikovanje organskih snovi v manj škodljive se za okolje sprostijo.
- Vonj kmetij se močno zmanjša, s čimer izpolnjuje pogoje, kot so določeni po BImSchG.
- Bioplin se lahko uporablja za energijo, s čimer prispeva k varčevanju energije.
- Skupaj z osnovno podlago, živalskim gnojem in drugimi organskimi materiali, s katerimi se lahko fermentirajo, proizvajajo bioplin in zaradi ne potrebnega odstranjevanja in pospravljanja odpadejo stroški, s katerimi se poveča rentabilnost rastlin. Vprašanje, na primer košnja trave, zeleni odpadki, sladkorna pesa, listi krompirja itn. ter nadaljnja predelava ostankov iz živilske industrije, kot so razna maziva, rastlinski odpadki, ostanki živil ali izrezki trave ter organski odpadki iz odstranjenih komunalnih odpadkov.
Načini delovanja
Velikost naprave za pridobivanje bioplina je v prvi vrsti odvisna od dnevnih količin in sestave organskih snovi, ki so odvisne v glavnem od velikosti kmetije, narave in obsega živinoreje. Pretočni sistemi so pri tem konstantni nepretrganemu postopku ali občasno v odsotnosti septičnega rezervoarja in ob določenih urah ob neprepustnosti za dovod zraka. Preko preliva se izčrpa enaka količina dozorele mase in odstrani iz posode do izpraznitve. Zadrževalni čas v segreti posodi za fermentacijo traja navadno manj kot 30 dni, (glej preglednico G 79/1) kjer je prikazan stalni konstantni donos izčrpavanja plina fermentiranega substrata in ni prisotnih nobenih neprijetnih vonjav. Vendar pa so potrebni stroški naložbe višji in je potreben dodatni strošek energije za stalno vzdrževanje mešalnikov in črpalnih sistemov.
Slika G 77/1 – Pretok skozi napravo za pridobivanje bioplina
|
Legenda k sliki G 77/1 1. Pred jamo (zbiranje v zabojniku) 2. Posoda za fermentiranje 3. Bioplin (v notranjem ali zunanjem plinskem hranilniku) 4. Odprt ali zaprt zabojnik s fermentacijskim substratom 5. Plinohram (rezervoar za plin) |
Optimalna izvedba pri tej decentralizirani tehnologiji je v veliki meri odvisna od lokalnih razmer in se tako lahko v skladu s tem poglavjem določeni predpisi upoštevajo le kratek čas za pregled različnih vrst naprav.Prvotna naprava za proizvodnjo bioplina je bila zgrajena v kmetijstvu. Zahteva je nastala predvsem za zdravljenje gnoja in gnojnice od živine, poleg drugih organskih odpadkov. Energijska izraba bioplina za proizvodnjo toplote in električne energije se je kasneje nekoliko znižala, saj so stranski produkt.
Take kmetijske naprave za pridobivanje bioplina so na voljo v različnih načinih in modelih, od preprostih obrtniških proizvodov do majhnih naprav in vse do polavtomatskih in nadzorovanih velikih sistemov na občinski ravni.
Skladiščenje
Pri postopku s prekinjanjem, zlasti pri uporabi trdnega gnoja, se prostor za shranjevanje gnoja ponovno napolni in zapre, dokler poteka pretvorba plina, približno od 40 do 100 dni. Nizka nabavna cena, ki je povezana z velikim številom in velikostjo potrebnih posod ter, neredni donos plina s težkim praznjenjem še ne omogoča ugodne cene.
Slika G 78/1 – Hranilnik za napravo pri pridobivanju bioplina
Poleg enostopenjskih naprav obstajajo tudi dvostopenjski sistemi, pri katerih traja najprej približno 1 do 5 dni zadrževanje, nato sledi - hidroliza, in na koncu še približno 15 do 30 dni zadrževalnega časa, ko poteka sočasno tudi metanogeneza (metanogeneza ali biometanacija je proces formiranje metana z dejavnostjo mikrobov poznanih kot metanogeni). Za podrobnosti glede oblike in dimenzij glej sliko G 77/1 u. G 78/1.
Slika G 78/2 – Način fermentiranja
Sestava naprave za bioplin
Glavne sestavne naprave za bioplin so:
- Posoda za mešanje in zbiranje gnoja, blata, rastlinskih odpadkov
- Posoda za fermentacijo (septični zbiralnik, fermentacijska komora, reaktor) za anaerobno (odsotnost zraka) in za razgradnjo organskih snovi
- Posoda za gnitje gnojila (drugotna fermentacija)
- Priprava plina za sušenje in razžveplanja
- Skladišče plina za vmesno skladiščenje bioplina
- Sočasna proizvodnja električne in toplotne energije za proizvodnjo toplote in moči
- Posoda za zbiranje fermentirane podlage gnojila
Rezervoar za mešanje
Betoniran ali iz opeke, ometana in vodoodporna posoda za zbiranje ostankov iz živinoreje in pridelkov. Velikost mora imeti določeno rezervo za nadomestne količine, ki so lahko velike.
Fermentacija
Pokončna ali vodoravno ležeča različica jeklenega rezervoarja za fermentacijo je lahko izdelana iz armiranega betona ali plastike. V jeklenih in steklenih vlaknih rezervoarjev se lahko domneva, da so neprepustni, pri betonskih konstrukcijah se zahtevajo posebni ukrepi. Plinsko kupolo je treba izvesti zaradi nevarnosti korozije iz nerjavečega jekla. Posoda za fermentacijo mora imeti vgrajeno mešalo, s katerim gnoj v posodi občasno obračamo. Mešalo je lahko mehansko, hidravlično in s črpalko ali z vbrizgavanjem plina. Posoda mora imeti dobro toplotno izolacijo na zunanji strani, tako da izgubi čim manj toplotne energije.
Slika G 78/3 – Način ogrevanja za fermentiranje
Ogrevanje
Posodo za fermentacijo na splošno segrevamo pri pretočnih sistemih. Delež za ogrevanje znaša približno 20 % proizvedenega plina. Običajno pa pade v kogeneracijske naprave za proizvodnjo električne energije nekako odvečne toplote. V običajnem primeru se odvečna odpadna toplota v sočasni proizvodnji toplote in električne energije uporabi za proizvajanje električne energije na kakršnokoli odpadno toploto. Za ogrevanje fermentacijske komore, ki prihaja od grelcev (A) iz stranskih grelnih plošč, talno ogrevanje (B) ali vroči sistem, ki se segreva v prostoru med dvema stenama zunanjega oboda rezervoarja (C) pride v poštev za uporabo. Paziti je treba, da se na poti od živali do naprave vgradi tudi močnejše hlajenje. Predhodno je bilo predgreto samo blato in to celo pred vnosom preko toplotnega izmenjevalnika ali neposredno, kot "vroče vodni podaljšek" v posodi za fermentacijo (D).
I.K.
