CENTRALA CU BIOGAZ

1. Ce este biogazul?

Biogazul este amestecul de gaze obtinut prin fermentarea anaeroba a materiilor organice. Materiale cum sunt: balegarul, deseurile biodegradabile sau hrana furajera sunt transformate in metan si dioxid de carbon.

Compozitia tipica de biogaz

• 50-75 % Metan, CH4
• 25-50 % Dioxid de carbon, CO2
• 0-10* % Nitrogen, N2
• 0-1 % Hidrogen, H2
• 0-3 % Hidrogen sulfurat, H2S
• 0-2* % Oxigen, O2

*deseori 5 % din aer este introdus pentru desulfurizare microbiologica

In procesul de fermentare anaeroba actioneaza bacteriile metanogene. Conditiile de mediu necesare sunt: 

• Mediu anaerob
• Temperaturi intre 15C si 55C
• Valori ale PH-ului intre 6.5 si 8.0
• O varietate de furaj in cantitati nu prea mari
• Evitarea factorilor de incetinire, cum sunt: sarurile metalice grele, antibioticele, dezinfectantii
• Existenta urmelor de minerale cum ar fi nichelul si molibdenul

2. De ce este biogazul sustenabil?

Producerea de biogaz este sustenabila, regenerabila, neutra din punct de vedere al emisiilor de dioxid de carbon si reduce dependenta de combustibilii fosili importati.  Deseori operatorii sau beneficiarii centralelor de biogaz sunt capabili sa devina sustenabili energetic. Ei consuma electricitatea si caldura pe care o produc in propriile centrale de biogaz

Utilizarea biogazului sprijina obiectivele Uniunii Europene de utilizare a energiei regenerabile in procent de 20% pana an 2020. Biogazul este he use of biogas supports the objectives of the European Union of 20 % of renewable energy by 2020. Biogas este o sursa de energie neutra din punct de vedere al amisiilor de dioxid de carbon.  Sursele provenite de la plante si animale emit dioxidul de carbon pe care l-au acumulat pe parcursul vietii si pe care l-ar fi eliberat si fara utilizare energetica.  In ansamblu, electricitatea produsa din biogaz genereaza mult mai putin dioxid de carbon decat energia conventionala.  1 kW de electricitate produsa prin biogaz impiedica eliberarea a 7,000 kg CO2 pe an.

Alte beneficii:

• Reducerea emisiilor de metan, acesta fiind de asemenea un gaz cu efect de sera
• Alimentare cu energie descentralizata
• Producerea fertilizatorilor de inalta calitate  
• Reducerea mirosurilor neplacute  
• Consolidarea economiei la nivel local si regional
• Crearea autonomiei energetice

3. Ce este fermentarea anaeroba?

Fermentarea anaeroba este un proces strict bacteriologic. Procesul are loc in absenta aerului si poate fi impartit in patru etape. 

In prima faza, bacteriile anaerobe folosesc enzime pentru a descompune substantele organice cu un numar mare de molecule, cum ar fi proteinele, carbohidratii, celuloza si grasimile in compusi cu putine molecule. In timpul celei de-a doua faze acidul ce formeza bacteria continua procesul de descompunere in acizi organici, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat si amoniac. Bacteriile acide formeaza acetat, dioxid de carbon si hidrogen in timpul celei de-a treia faze, aceto-geneza. A patra faza, metano-geneza, implica bacteria de creare a metanului, producand metan, dixid de carbon si apa alcalina.

Bacteria poate digera orice fel de material biologic, cu exceptia biocombustibililor solizi ce contin o cantitate mare de lignit, cum ar fi lemnul.

Bacteria din faza de metanizare necesita o mai mare perioada de reproducere decat bacteria din faza de acidifiere.  Astfel, viteza si proportia fermentarii depind de metabolismul bacteriei de metan. Pe de alta parte, bacteria de metan are nevoie de metabolismul produs de bacteria de acid. Astfel, acestea doua se afla in simbioza, iar conditiile necesare pentru ambele bacterii sunt imperative pentru a asigura un flux continuu.

4. Cum este utilizat biogazul?

Datorita compusilor cum ar fi: vaporii de apa, hidrogenul sulfurat, dioxidul de carbon si particulele de praf, biogazul nu poate fi folosit imediat ce a fost extras din instalatie. Totusi, dupa indepartarea vaporilor de apa si dioxidului de carbon, biogazul poate fi folosit la fel ca orice alt gaz natural curat.

Experienta in realimentarea tractoarelor sau compactoarelor folosite in cadrul instalatiilor de deseuri arata ca biogazul poate fi folosit ca si combustibil alternativ pentru vehicule. Dar , datorita legislatiei corespunzatoare, este folosit mai ales in instalatiile combinate de caldura si energie. In aceasta procedura, biogazul este folosit pentru operarea unui motor cu combustie ce alimenteaza un generator pentru producerea energiei electrice. Apa calda rezultata din procesul de racire cat si evacuarile pot fi folosite pentru incalzire atat direct on-site cat si la consumatori apropiati de locatia instalatiei.

O alta utilizare a biogazului este aceea de pompare a acestuia in reteaua publica de gaze. Acest lucru necesita rafinarea biogazului la calitatea gazului natural. Fiind la fel de eficient pe cat este de flexibil, biogazul poate fi directionat in locul unde este efectiv necesar pentru producerea de caldura si electricitate.

5. Ce materiale sunt introduse intr-o centrala de biogaz?

In centralele de producere a biogazului, acesta poate fi produs folosind numeroase si diferite tipuri de surse. Materialul organic este esential ca tip de sursa de generare a biogazului si ca punct de plecare in procesul de producere. Materialul organic ar trebui sa nu contina lemn (lignina) pentru ca bacteriile din instalatie nu pot procesa aceasta substanta. Exista sapte categorii de material organic care este potrivit ca sursa de generare a biogazului: 

 Potential maximal de producere a biogazului pe tona de sursa de generare

Cum am mai mentionat bacteriile sunt foarte sensibile. Temperatura si valoarea pH-ului ar trebui sa fie precise si constante. Anumite substante sunt toxice pentru bacterii si pot opri fermentarea. Aceste substante toxice pot fi:

• Medicamente- cum ar fi antibioticele
• Medii de denitrificare
• Zinc
• Cupru
• Amoniu (NH₃)
• Acizi grasi
• Hidrogen sulfurat (H₂S)

6. Ce tip de tratare necesita sursele materie prima de producere a biogazului?

Tipurile de surse-materia prima pentru producerea biogazului trebuie sa fie supus unui proces de tratare preliminara inainte de a fi introdus in instalatia de fermentare a centralei de biogaz.  Tipul de tratare depinde foarte mult de tipul de fermentare (uscat sau lichid). In general, materia uscata nu ar trebui sa fie in cantitate prea mare. Sursele cu un procentaj de materie uscata de 12 % sunt cele mai bune pentru fermentarea lichida. In acest fel transportul si amestecarea se realizeaza usor.

Fermentarea uscata:

Fermentarea uscata nu este o metoda curenta pentru ca mare parte din materia prima de generare a biogazului are un continut redus de materie uscata.  Cand este folosita aceasta metoda de fermenetare, materia prima introdusa ar trebui sa aiba un continut de materie uscata peste 45 % si este bine sa fie depozitate in containerul de fermentare. Acest tip de fermentare foloseste tipuri de materie prima care curg in mod liber, dar care nu sunt fluide sau potrivite pentru a fi pompate.  Acest tip de proces este folosit in principal pentru centralele de biogaz care nu folosesc balegar lichid ca sursa principala si economisesc multa apa. In Germania, fermentarea lichida este o metoda general folosita, si cu toate acestea fermentarea uscata este o alternativa buna pentru cereale, fanete si culturi de paioase.

7. Care sunt componentele unei centrale de biogaz?

Desi exista mai multe tipuri de instalatii de biogaz, partea tehnica a fiecarei instalatii trebuie sa functioneze conform aceleiasi metode. Aceasta "inima" a instalatiei serveste doar scopului de a produce biogaz. Principala diferenta apare la nivelul alegerii substraturilor si tratamentului relevant (partea de intrare). Utilizarea energetica, mai departe, a gazului face de asemenea subiectul unor discordante si poate fi vazuta ca o caracteristica aditionala a instalatiei, depinzand de principalele rezultate: gaz, electricitate sau caldura (partea de iesire).

Pregatirea si tratarea colectorului:
Majoritatea substraturilor necesita pre-tratare cum ar fi amestecarea, indepartarea materiei necorespunzatoare, taierea sau diluarea.

Unitatea de fermentare 1
Dupa tratare, pregatire si o posibila depozitare, substraturile sunt introduse in unitatea de fermentare 1. Acest prim container este destinat substraturilor proaspete si este necesar pentru inceperea procesului de fermentare. Este nevoie de o cultura de start pentru procesele discontinue, in cele continue culturile de bacterii sunt deja existente. Timpul in care aceste substraturi raman in primul digerator variaza intre 20 si 80 de zile. Cantitatea de gaz produsa nu este foarte mare, tot gazul generat fiind captat in colectorul de gaz. Temperatura digeratorului trebuie sa fie intre 40-60 C. Astfel, digeratorul trebuie sa dispuna de un sistem de incalzire, deseori amplasat in subsolul unitatii de fermentare.

Unitatea de fermentare 2:
Ambele containere ale unitatii trebuie neaparat sa fie protejate impotriva apei si gazelor,  etanse si incalzite. De obicei sunt realizate din otel sau fier-beton.

Agitatorul/ Mixerul:
Fiecare digerator trebuie sa contina un mixer, crucial pentru pastrarea omogenitatii substratului si garantia ca gazul este eliberat in mod egal. 

Rezervorul de gaz:
Gazul din rezervor variaza, deci acesta ar trebui s afie flexibil. Totusi, trebuie prevenita intrarea aerului. Primul rezultat al progresului este producerea biogazului si reziduurilor din unitatile de fermentare.

Reziduurile:
Reziduurile din unitatile de fermentare sunt fertilizatori de o inalta calitate. In timpul procesului de fermentare carbonul este descompus iar raportul carbon-azotat din ingrasamant se apropie. Deci azotul este mai usor de manevrat iar efectul de fertilizare este mai usor de calculat. De asemenea volumul este redus iar ingrasamantul mai cursiv. Exista si avantaje aditionale: atenuarea mirosurilor neplacute si distrugerea buruienilor.

Unitatea de caldura si instalatia de energie: De obicei, biogazul ajunge in unitatea de producere a caldurii sau in instalatia de energie, insa poate fi curatat si folosit pentru alimentarea vehiculelor sau introdus in reteaua de gaz natural.