BiogazowniaAnaliza wykonalności_Kielpin.pdf

Institut fr Energetik und Umwelt

Analiza wykonalności

Produkcja i wykorzystywanie biogazu w gospodarstwie

rolnym w Złotowie

napisali:

dr inż. Frank Scholwin (Institut fr Energetik und Umwelt)

mgr inż. Małgorzata Lechwacka

Analiza opracowana w ramach projektu R EGIO S USTAIN .

R EGIO S USTAIN wspłfinansowany jest ze środkw

Unii Europejskiej.

Spis treści

Wstęp

Technologia produkcji biogazu

2.1.

Biochemiczne powstawanie procesu

2.2.

Parametry i optymalizacja procesu

2.3.

Technologia biogazu

Wykorzystywanie biogazu w gospodarstwie rolnym Î zagadnienia do

analizy wykonalności

3.1.

Kryteria decyzyjne

Cel i zakres analizy wykonalności

Charakterystyka analizowanego gospodarstwa rolnego

Substraty do produkcji biogazu

6.1.

Efektywność energetyczna produkcji biogazu

6.2.

Zapotrzebowanie na energię w gospodarstwie rolnym

Szczegły techniczne biogazowni

Wykorzystywanie biogazu

8.1.

Gospodarka odpadami z biogazowni

Organizacja pracy biogazowni

10.

Kryteria ekonomiczne

10.1. Koszty inwestycyjne

10.1.1 Wykorzystywanie gnojowicy Î pierwszy wariant produkcji biogazu

10.1.2

Wykorzystywanie gnojowicy i odpadw z gorzelni Î drugi wariant produkcji

biogazu

11.

Wnioski

Literatura

1. Wstęp

W wielu krajach zużycie energii oparte jest na jej tradycyjnych nośnikach (drewno,

resztki roślin i zbż, odpady zwierzęce czy też siła mięśni ludzkich). W Polsce, nadal

głwnym źrdłem energii jest węgiel kamienny. Ok. 90% produkowanej energii elektrycznej

pochodzi z procesw spalania węgla kamiennego.

Obecnie energia z biomasy pokrywa ok. 10% całkowitego zapotrzebowania na energię

a świecie. Tym samym jest to najważniejsze źrdło energii odnawialnej, a udział biomasy

wśrd innych OZE stanowi 90-98% [1].

Niezwykle trudno jest podać dokładne dane na temat wykorzystywanie odnawialnych

źrdeł energii w Polsce. Można jedynie ocenić, iż udział OZE w zużyciu energii pierwotnej

jest na poziomie ok. 2,5% (ok. 104 PJ), podczas gdy całkowite zużycie energii pierwotnej

w Polsce to ok. 4 000 PJ [2].

Obecnie w Polsce głwnymi źrdłami energii odnawialnej są biomasa

i hydroenergetyka. Energia geotermalna, energia wiatru i słoneczna mają raczej znaczenie

marginalne i są głwnie wykorzystywne na szczeblu lokalnym. Tym samym energia biomasy

wydaje się być najbardziej obiecującym źrdłem energii. Jej udział wśrd OZE w Polsce stale

rośnie. Wg opinii POLBIOM-u (Polska Izba Biomasy) w roku 2010 produkcja energii

z biomasy będzie ok. 800 razy większa niż w roku 2001 (naturalnie pod warunkiem, iż nastąpi

ogromny transfer technologii) [1].

Wg rżnych źrdeł, w Polsce eksploatowanych jest obecnie ok. 50 instalacji

wykorzystujących biomasę (głwnie w przemyśle papierniczym i przetwrstwa drewna)

do produkcji elektryczności (produkcja na poziomie ok. 90 GWh) i ciepła (ok. 12 500 TJ).

Ponadto pracuje ok. 70 automatycznych kotłw do gazyfikacji drewna, ok. 85 kotłw

do spalania słomy, ok. 10 instalacji do produkcji biogazu i ok. 15 do ekstrakcji gazu

wysypiskowego [1].

Obecnie istnieje wiele technologii wykorzystywania biomasy. Jedną z najbardziej

popularnych jest biochemiczna konwersja biomasy do postaci biogazu i jego

wykorzystywanie.

2. Technologia produkcji biogazu

2.1. Biochemiczne powstawanie biogazu

W produkcji biogazu bierze udział wiele grup rżnie pracujących mikroorganizmw.

Cały proces produkcji biogazu można podzielić na trzy etapy: hydroliza, zakwaszanie

i produkcja metanu. Te poszczeglne etapy zostały opisane poniżej:

hydroliza Î biologiczny rozkład długołańcuchowych polimerw na prostsze związki,

zakwaszanie Î bakterie produkujące kwas wykorzystują produkty pośrednie

fermentacji do produkcji kwasu octowego, wodoru i dwutlenku węgla. Ponadto,

te bakterie rozkładają związki o niskiej masie cząsteczkowej na alkohole, kwasy

organiczne, aminokwasy, dwutlenek węgla, siarkowodr oraz ślady metanu,

produkcja metanu (metanogeneza) Î okres działania bakterii metanowych,

wykorzystujących wodr i kwas octowy do produkcji metanu i dwutlenku węgla [3].

Bakterie metanowe i produkujące kwas żyją ze sobą w symbiozie. Z jednej strony,

bakterie kwasowe tworzą idealne środowisko dla bakterii metanowych (warunki anaerobowe,

obecność związkw z niską masą cząsteczkową), z drugiej strony mikroorganizmy metanowe

wykorzystują produkty pośrednie działalności bakterii zakwaszających. Gdyby tego nie

robiły, nastąpiłby rozwj toksycznych warunkw dla bakterii produkujących kwas [3].

W praktyce oznacza to, iż nie istnieje tylko jedna grupa bakterii wytwarzających

produkty ferementacji Î wszystkie ze sobą wspłpracują.

2.2. Parametry i optymalizacja procesu

Aktywność metaboliczna mikroorganizmw biorących udział w metanogenezie zależy

od następujących czynnikw:

temperatura substratw Î fermentacja anaerobowa w zaszadzie możliwa jest

w zakresie temperatur od 3 C do ok. 70 C. Wyrżnia się zazwyczaj trzy zakresy

temperatur: warunki dla bakterii psychrofilnych Î poniżej 20 C, dla mezofilnych

Î w zakresie 20 C - 40 C oraz dla mikroorganizmw termofilnych Î powyżej 40 C.

Jednak przyjmuje się, iż ze wględu na produkcję metanu w biogazowni, temperatura

nie powinna być niższa niż 15 C, w przeciwnym razie taka instalacja do produkcji

biogazu przestaje być opłacalna ekonomicznie,

dostępność składnikw odżywczych Î zazwyczaj substraty wykorzystywane

do fermentacji zawierają wytsraczającą ilość wymaganych elementw, takich jak

substancje organiczne, mineralne i elementy śladowe. Wyższe stężenie niż wymagane

poszczeglnych związkw ma zazwyczaj działanie inhibitujące. Dlatego też

wymagane jest przeprowadzanie częstych analiz składu wprowadzanych do komory

fermentacyjnej substratw,

czas retencji Î czas ten zależy nie tylko od temperatury procesu, ale także od rodzaju

użytych substratw, np. dla gnojowicy świńskiej w temperaturze mezofilnej ten czas

wynosi ok. 15 - 25 dni. Jeśli czas retencji jest zbyt krtki, bakterie w komorze

fermentacyjnej są wymywane, a proces fermentacji zostaje zatrzymany,

wartość pH Î optymalny przedział dla bakterii metanowych to 7 - 8,5 (warunki

neutralne do lekko zasadowych). Jeżeli pH spadnie poniżej 6,2, środowisko pracy

będzie miało toksyczny wpływ na bakterie metanowe,

inhibitujący wpływ azotu i stosunek C/N Î obserwuje się inhibitujący wpływ azotu

na proces fermentacji przy jego stężeniu 1 700 mg

N /l substratu. Przeprowadzone

eksperymenty pokazują, iż aktywność metaboliczna bakterii metanowych jest

optymalna przy stosunku C/N na poziomie 8 - 20,

zawartość składnikw stałych i mieszanie Î generalnie rzecz biorąc, nie istnieją

surowe wymagania dotyczące pożądanej zawartości substancji stałych Î wszystko

zależy od rodzaju wykorzystywanego surowca. Wiele substratw, jak rwnież rżne

typy fermentacji wymagają zastosowania mieszadeł, ktre najczęściej wykorzystuje

się do: mieszanie świeżych substratw z florą bakteryjną czy też zabezpieczenia przed

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: