Jakie są rodzaje biogazowni? Czym charakteryzuje się i jak działa biogazownia rolnicza? Jakie substraty wykorzystywane są przy produkcji biogazu rolniczego? Temat wyjaśnia prof. Wojciech Czekała z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.
Biogazownia rolnicza jako jeden z rodzajów energii odnawialnej
Globalne zmiany klimatu i zwiększone zapotrzebowanie na energię to jedne z najważniejszych wyzwań w obecnych czasach. Działaniem, które w dużym stopniu może pomóc w tych kwestiach są odnawialne źródła energii (OZE), które stają się coraz to bardziej popularne zarówno na świecie, jak i w Polsce. Z każdym rokiem widać zwiększoną produkcję energii wytworzonej z OZE, co potwierdzają dane publikowane przez Główny Urząd Statystyczny. Jednym z rodzajów OZE związanym z rolnictwem i sektorem rolno-spożywczym są biogazownie rolnicze. W tego typu instalacjach z biomasy i odpadów ulegających biodegradacji można wytworzyć biogaz, będący odnawialnym źródłem energii.
Ze względu na wzrost świadomości społecznej w zakresie pozyskiwania energii, ochrony środowiska czy gospodarki odpadami należy się spodziewać większego zainteresowania odnawialnymi źródłami energii, w tym i biogazowniami. Odpowiednie regulacje prawne pozwolą na rozwój rynku biogazowni rolniczych, na którym to rozwoju skorzystają inwestorzy, środowisko jak i społeczeństwo.
Zarejestruj się na Kongres Biogazu
Biogazownia rolnicza – budowa
Budowa biogazowni rolniczej jest stosunkowo prosta, a powierzchnia niezbędna do jej powstania i funkcjonowania może być znacząco ograniczona. Biogazownia rolnicza składa się z poszczególnych elementów które tworzą całość. Warto jednak podkreślić, że w ramach instalacji należy połączyć ze sobą urządzenia związane z magazynowaniem i przetwarzaniem wstępnym odpadów, z fermentacją metanową, z zagospodarowaniem powstałego biogazu rolniczego oraz z zagospodarowaniem wytworzonego pofermentu.
Na wstępie należy wspomnieć o przyjęciu i przygotowaniu substratów, w tym odpadów. Na tym etapie niezbędna jest waga do ewidencji przyjętych substratów, a magazynowanie substratów wykorzystywanych do produkcji biogazu powinno być ograniczone do minimum. Rozwiązaniami pozwalającymi na czasowe przetrzymywanie surowców mogą być m.in. miejsca ma placu czy w hali, wydzielone silosy, czy wszelkiego rodzaju zbiorniki na surowce w formie stałej, jak i ciekłej. Następnym elementem będą urządzenia wykorzystywane do homogenizacji i podania wsadu do zbiornika fermentacyjnego. W przypadku stosowania odpadów pochodzenia zwierzęcego niezbędne będą również rozwiązania pozwalające na sterylizacje wsadu.
Zbiornik fermentacyjny inaczej zwany komorą fermentacyjną jest najważniejszym elementem biogazowni. To w tym miejscu zachodzi proces fermentacji metanowej i produkowany jest biogaz. W zależności od stosowanych technologii liczba komór fermentacyjnych może być różna, a ich rola w kontekście produkcji biogazu może być podzielona na produkcję wstępną i wtórną. Kolejnym elementem, często podobnym z wyglądu do komór fermentacyjnych jest zbiornik na poferment. Jego budowa jest związana z koniecznością czasowego magazynowania pofermentu będącego drugim produktem procesu. Zbiornik ten może mieć również formę otwartą (laguna), jednak ze względu na wymogi ochrony środowiska odchodzi się od tych rozwiązań. Wytworzony biogaz należy przetworzyć na energię. Najczęściej odbywa się to poprzez jego spalanie w agregacie kogeneracyjnym, a wynikiem procesu jest energia elektryczna oraz ciepło. W przypadku zaawansowanych rozwiązań możliwe jest oczyszczenie biogazu do biometanu, co jednak jest związane z zakupem dodatkowych urządzeń.
Schemat działania biogazowni rolniczej
Biogazownie rolnicze są instalacjami, w których biogaz produkowany jest przez bakterie w wyniku procesu fermentacji metanowej. Aby proces przebiegał prawidłowo, a produkcja zarówno biogazu, jak i metanu była na wysokim i stałym poziomie należy zadbać o czynniki mające wpływ na działanie biogazowni.
Pozyskane substraty, w tym odpady po ich ujednoliceniu trafiają do komory fermentacyjnej będącej kluczowym elementem instalacji. Komory fermentacyjne dzięki wyposażeniu w system do mieszania oraz utrzymywania stałej, odpowiednio zaplanowanej temperatury są odpowiednim miejscem do bytowania bakterii. To właśnie bakterie systematycznie rozkładają materie organiczną i korzystają ze składników pokarmowych dostępnych w substratach. Z biegiem czasu substraty ulegają biodegradacji czego efektem jest produkcja biogazu, którego głównym składnikiem jest metan.
W związku z ciągłym ubytkiem materii organicznej, każdego dnia wybierany jest poferment który trafia do kolejnego zbiornika a w jego miejsce jest dostarczana nowa porcja substratów. Magazynowany biogaz trafia do silnika kogeneracyjnego, dzięki któremu produkowana jest energia elektryczna oraz ciepło. Media te w niewielkim stopniu są zużywane na terenie biogazowni rolniczej celem prowadzenia procesu fermentacji metanowej. Większość energii jest sprzedawana, a przychód stanowi główny zysk instalacji. Poferment natomiast jest magazynowany najczęściej w zamkniętych zbiornikach i rozprowadzany na terenach uprawnych w dogodnych terminach.
Substraty wykorzystywane do produkcji biogazu rolniczego
Kluczem do prawidłowego przebiegu procesu fermentacji metanowej jest dostarczenie mikroorganizmom odpowiednich substratów, w tym odpadów. Zazwyczaj substraty nazywane inaczej wsadem dostarczane są do biogazowni każdego dnia. Należy jednak mieć na uwadze ich ilość i różnorodność oraz ich przemyślany sposób doboru. Zbyt mała ilość może spowodować ograniczoną produkcję biogazu i metanu, niższą od zaplanowanej. Z kolei zbyt duża dawka substratów może być powodem przeciążenia komory, co doprowadzić może do ograniczenia, a nawet zatrzymania procesu fermentacji metanowej.
Niezalenie od rodzaju wykorzystywanych substratów, ich cechą wspólną musi być wysoka zawartość materii organicznejoraz podatność na rozkład w warunkach beztlenowych. Często surowce wykorzystywane do produkcji biogazu są również porównywane ze względu na zawartość cukrów, białek i tłuszczy. Cukry są najłatwiej rozkładane, jednak dają najmniejszą ilość biogazu i stężenie metanu w biogazie. Tłuszcze natomiast charakteryzują się długim czasem rozkładu, jednak z dużą wydajnością stężenia metanu w biogazie przekraczającą nawet 70%.
Biogazownie rolnicze często kojarzone są z instalacjami przetwarzającymi przede wszystkim kiszonkę z kukurydzy oraz gnojowicę. Wynika to z faktu, że taki model był często praktykowany w części krajów europejskich, jak również w wielu polskich biogazowniach na początkowych etapach rozwoju rynku biogazowni. Jednak z upływem lat i nabytym doświadczeniem na znaczeniu zaczęły przybierać odpady i produkty uboczne z przemysłu rolno spożywczego. W grupie tej można wymienić m.in. odpady poubojowe, wywar gorzelniany, popsute owoce i warzywa, wysłodki browarniane, czy odpady z przemysłu mleczarskiego. Powodem zachodzących zmian było docenienie rolni wymienionej wyżej grupy odpadów w procesie fermentacji metanowej oraz pozytywny wpływ na wynik finansowy, który był związany z ich pozyskaniem i wykorzystaniem. Tym bardziej, że kiszonka zawsze stanowiła koszt w odróżnieniu od omawianych odpadów często dających przychód związany z ich zagospodarowaniem.
Biogazownie komunalne i rolnicze na jednej mapie. Sprawdź!
Rodzaje biogazowni
Aktualne rozwiązania techniczne oraz dostępne technologie pozwalają na produkowanie biogazu w wielu różnych wariantach. Pierwszym kryterium podziału będzie miejsce powstawania biogazu. Wśród instalacji biogazowych wyróżnia się przede wszystkim biogazownie rolnicze, biogazownie przetwarzające odpady komunalne, biogazownie na oczyszczalniach ścieków oraz instalacje do odgazowywania składowisk odpadów. Kolejnym kryterium pozwalającym podzielić biogazownie jest temperatura prowadzenia procesu. W tym przypadku wyróżnia się technologie psychrofilowe, mezofilowe oraz termofilowe. Już na początkowej fazie planowania inwestycji biogazowej należy mieć wizję dotyczącą substratów, które mają być w niej przetwarzane. Zarówno w kontekście ilości, jak i ich różnorodności. Informacje te będą pomocne przy wyborze rodzaju biogazowni oraz technologii produkcji biogazu. Jest to kluczowe dla prowadzenia dalszych działań zmierzających do powstania biogazowni oraz uzyskania niezbędnych pozwoleń.
Rynek biogazu i biometanu. Czytaj za darmo w internecie!
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
