INSTALATII DE BIOGAZ

De multi ani este pusa in miscare dezvoltarea sistemelor de productie a energiei electrice pe baza exploatarii de surse energetice alternative. Biogazul este una dintre aceste surse energetice. Datorita noilor norme in materie de autoproductie, recunoasterii valorii ambientale a energiei electrice din surse alternative si unei tehnologii de acum omologata, astazi este posibil sa se produca biogaz pentru generarea de caldura si electricitate in conditii avantajoase. Centrul de Cercetare Mediu Ambiental si Materiale ENEL a condus, in primii ani de dupa 90, in colaborare cu Centrul Cercetari Productii Animale din Regiunea Reggio Emilia, o investigatie pe raza larga in Campia Padana pe potentialitatea biogazului productibil plecand de la dejectiile zootehnice. Din investigatie a rezultat ca cogenerarea de energie electrica si caldura prin biogaz poate da nastere a avantaje evidente, fie in campul energetic, fie in cel ambiental. Cogenerarea se poate integra in mod convenabil in instalatiile crescatoriei, in special in cazul in care trebuie sa fie realizate opere corespunzatoare pentru solutionarea celor mai presante restrictii normative in materie de depurare a dejectiilor. Finalitatea este aceea de a promova biogazul ca energie alternativa, evidentiind elementele normative si tehnologice, permitand viziunea unui cadru realist si util al folosirii de biogaz in spatiul modernei practici zootehnice.

PROCESUL BIOLOGIC DE DIGESTIE ANAEROBICA

Digestia anaeroba este un proces biologic complex, prin intermediul caruia, in absenta oxigenului, substanta organica este transformata in biogaz (sau gaz biologic), constituit in principal din metan si anhidrida carbonica. Procentul de metan din biogaz variaza in functie de tipul de substanta organica digerata si de conditiile de proces, de la un minim de 50% pana la 80% circa.

Ca procesul sa aiba loc, este necesara actiunea diferitelor grupuri de microorganisme, in masura sa transforme substanta organica in compusi intermediari, in principal acid acetic, anhidrida carbonica si hidrogen, utilizabile de microorganismele metanigene care conclud procesul , producand metanul. Microorganismele anaerobe prezinta o scazuta viteza de crestere si o mica viteza de reactie si deci e necesar sa mentina optime, pe cat posibil, conditiile mediului de reactie. Cu toate aceste scurtari, timpii de proces sunt relativ lungi daca se compara cu cei ale altor procese biologice; totusi avantajul procesului este ca materia organica complexa este transformata in metan si anhidride carbonice si astfel duce la productia finala a unei surse alternative de energie, sub forma de un gaz combustibil de o inalta putere calorica. Ambientul de reactie, definit de obicei digestor( sau reactor anaerob), pentru a permite cresterea simultana a tuturor microorganismelor implicate, va trebui sa rezulte dintr-un compromis intre exigentele fiecaror grupuri microbice. Ph-ul optim, de exemplu, este in jur de 7/7.5. Temperatura optima a procesului este in jur de 35 grade C, daca se utilizeaza bacterii mezofile, sau in jur de 55 grade C, daca se utilizeaza bacterii termofile.

La proces participa urmatoarele grupuri de bacterii:

bacterii hidrolitice, care descompun macromoleculele biodegradabile in substante mai simple;

bacterii acidogene, care utilizeaza ca substrat compusii organici simpli eliberati de bacteriile hidrolitice si produc acizi organici cu lant scurt, care la randul lor reprezinta substratul pentru grupurile urmatoare de bacterii;

bacterii acetogene, producatoare obligate de hidrogen (OPHA: ObbligateHydrogen Producing Acetogens), care utilizeaza ca substrat produsele din bacterii acidogene dand nastere la acetat, hidrogen si anhidride carbonice;

bacterii omoacetogene care sintetizeaza acetat plecand de la anhidride carbonice si hidrogen;

bacterii metanigene, diferentiate in doua grupe:

a) cele care produc metan si anhidride carbonice din acid acetic, numite acetoclastici;

b) cele care produc metan plecand de la anhidride carbonice si hidrogen, numite hidrogenotrofe.

In timp ce metanul este eliberat aproape complet in faza de gaz vazuta fiind scazuta sa solubilitate in apa, anhidrida carbonica participa la echilibrul carbonatilor prezente in biomasa in reactie. Interactiunile intre diferitele specii de bacterii sunt foarte stranse si produsele metabolismului anumitor specii pot fi utilizate de alte specii ca substrat sau ca factori de crestere.

INFLUENTA CALITATII DEJECTIILOR DE TRATAT IN RANDAMENTUL BIOGAZULUI

Biodegradabilitatea complexiva a dejectiilor analizata la nivelul bazinului de colectare a canalizarilor poate varia intre 60 si 80%, in functie fie de varsta dejectiei fie de tipul de alimentatie. O clasificare ulterioara a fractiunilor biodegradabile , permite distingerea in interiorul fractiunii solubile intre o parte rapid biodegradabila (circa 20% din SSV) si una mai usor biodegradabila, si in interiorul partii suspendate intre o parte suspendata usor hidrolizabila si una hidrolizabila mai lent.

Estimarea cantitatilor de biogaz productibile prin fermentare anaeroba plecand de la diferite materiale reziduale organice

Tipul de material Continut de subst.

uscata(%) Subst. organica

(%subst.uscata) Randament de biogaz

m3 / t subst. organica

CRESCATORII

Dejectii lichide bovine 6-11 68-85 200-260

Dejectii solide bovine 11-25 65-85 200-300

Dejectii lichide porcine 2.5-9.7 60-85 260-450

Dejectii solide porcine 20-25 75-90 450

Dejectii lichide pasari 10-29 75-77 200-400

Dejectii solide pasari 32.0-32.5 70-80 400

Dejectii solide ovine 25-30 80 240-500

Dejectii solide cabaline 28 75 200-400

AGRICULTURA

Siloz de porumb 34 86 350-390

Siloz de ierburi 26-82 67-98 300-500

Fan 86-93 83-93 500

Trifoi 20 80 300-500

Paie 85-90 85-89 180-600

Coceni de porumb 86 72 300-700

AGRO-INDUSTRIE

Rebuturi distilatie Mere 2.0-3.7 94-95 330

Melasa 80 95 300

Zer 4.3-6.5 80-92 330

Rebuturi vegetale 5-20 76-90 350

Din aplicarea valorilor prezentate in tabelul precedent se pot calcula, la nivel exemplificativ, urmatoarele randamente de biogaz si energie in cogenerare referitoare la valorile medii pe unitate de produs:

Datele recoltate din probele de laborator pe termen lung, in conditii normale ale reactorului anaerob, cu timpi de stabilitate hidraulica limitati, ating niveluri de transformare a substantei organice in gaz biologic variabile intre 70 si 90% din biodegradabilitatea maxima in functie de starea dejectiilor. Scazute niveluri de transformare in biogaz pot fi imputabile pe temperaturi joase, cu timpi de retentie hidraulica prea scurti (sau cu incarcaturi organice prea ridicate) in functie de temperatura de proces, cu comportamente urate hidrodinamice a reactorului cu formare de zone moarte si fluxuri de bypass intre intrare si iesire sau in prezenta substantelor inhibante sau antibiotice in concentratii ridicate.

O ulterioara reducere de 12,5% circa din substanta organica transformabila in biogaz rezulta din operatiile de pretratament a dejectiilor necesare pentru remiscarea solidelor mai grosolane care pot provoca probleme de cruste superficiale in reactori neamestecati. La sfarsit se calculeaza randamentul de biogaz, trebuie sa se recurga la analiza stechiometrica, din care se obtine ca pentru fiecare g de COD distrus se produc 0,35l de metan in conditii standard (volum calculat la 0sC si la presiune de 1 atmosfera absoluta).

In realitate aceasta valoare va fi corectata in masura in care o fractiune in medie care poate fi evaluata la 5% din COD distrus este utilizat pentru cresterea celulara a biomasei anaerobe responsabile de proces. Factorul de transformare scade asadar la 0 . Dat fiind ca biogazul este de obicei masurat la temperatura si presiunea diferita de conditiile standard, aceasta valoare va fi multiplicata printr-un factor egal cu (273 + T)/273 unde T este temperatura de masura in sC, si impartita printr-un factor (10 + P)/10,33 unde P este presiunea de masura in mm de coloana de apa(procedura inversa va fi facuta daca se vrea o masura in conditii de reactor la o masura in conditii standard). Deseori insa, dupa cum este indicat mai sus, se estimeaza randamentele de productie de biogaz cu parametrii se considera mai usor de determinat la nivel zootehnic, si totusi corelate la COD, ca substanta organica prezenta in dejectii.

Produs Volum (m3) Greutatea (t) Biogaz (m3) Energie electrica (Kwh) Energie termica (Kwh)

Dejectie lichida bovine 1 1 15 27 54

Dejectie solida bovine 1 0.3 10.1 18 36

Dejectie lichida suine 1 1 15.6 28 56

Dejectie solida suine 1 0.3 23.5 42 84.6

Dejectie lichida avicole 1 1 44.5 80 160

Dejectie solida avicole 1 0.3 29.3 52 105

Dejectie solida ovine 1 0.3 21.1 38 76

Dejectiesolida cabaline 1 0.3 18.9 34 68

Siloz de porumb 1 0.625 67.6 121 243

Siloz de ierburi 1 0.5 89 160 320

Fan 1 0.35 137.8 248 496

Trifoi 1 0.3 64 115 230

Paie 1 0.04 12 21 49

Coceni de porumb 1 0.4 123.8 222 445

Rebuturi mere 1 0.3 2.6 4.6 9.4

Melasa 1 0.3 68.4 123 246

Zer 1 1 15.3 28 56

Rebuturi vegetale 1 0.4 14.5 26 52

Coji de Rosii 1 0.4 29.8 53.6 107

Rebuturi de la teasc 1 0.5 357 642.6 1285

Pasta citrice 1 0.3 36.8 65.8 131.7

DE CE SE EFECTUEAZA TRATAMENTUL ANAEROB IN DEJECTII

Intr-un context de extrema si continua necesitate energetica si de un crescut risc ambiental tratamentul anaerob cu recuperarea biogazului produs se dovedeste azi a fi un sistem de mare interes, in masura sa ofere multiple avantaje:

1) Productie de energie: tratamentul anaerob in conditii controlate duce la degradarea substantei organice si la producerea de biogaz. Cogenerarea de energie electrica si caldura prin ardere de biogaz se dovedeste a fi economic avantajoasa fie pentru autoconsumul firmei, fie pentru o cesiune a tertilor, marita de recentele normative asupra productiei de energie din surse alternative.

2) Eliminarea mirosurilor si emiterilor contaminate (NH3 si CH4): substantele rau mirositoare care eventual se formeaza in timpul procesului (acid sulfhidric, mercaptani, amoniac) sunt puse in miscare cu biogazul la ardere.

3) Stabilizarea dejectiilor: eliminarea incarcaturii organice care contine carbon obtinut din digestia anaeroba confera dejectiilor o stabilitate suficienta chiar si in perioadele ulterioare de stocaj; exista o incetinire a proceselor degradante si fermentative cu consecinte de diminuire in productia de compusi urat mirositori.

4). Reducerea incarcaturii patogene: digestia anaeroba in mezofilie poate reduce partial eventuala incarcatura patogena prezenta in dejectiile lichide. Operand in termofilie este posibil,in schimb, sa se obtina completa igienizare a dejectiilor cu completa distrugere de patogeni.

TIPOLOGIA SI FUNCTIONAREA INSTALATIILOR DE BIOGAZ

Cele mai frecvente instalatii de biogaz de uz si aplicatie sunt asimilabile in 3 tipologii distincte, avand fiecare trasatura caracteristica speciala si de aceea fiecare este adaptata la specifice si diferite realitati ale firmei:

1) Instalatia cu canal tip plug-flow sau flux cu piston

Instalatia plug-flow este caracterizata de maxima simplicitate in realizare.

Carcteristici principale: acest proces de digestie anaeroba poate fi utilizat fie in tratamentul dejectiilor zootehnice, fie in stabilizarea namolurilor obtinute din flotatia dejectiilor agrozootehnice. In cazul utilizarii dejectiilor zootehnice se solicita o separare preventiva a solidelor grosiere, care nu sunt din punct de vedere tehnic biodegradabile in timpi tehnici rationali, utilizand in procesul anaerob doar partea lichida a dejectiilor. Digestorul, asadar, este absolut fara organe de amestecare interne si trebuie sa fie realizat tip scurgere la canal.

In cazul namolurilor din flotatie nu se va avea o separare a fazelor in digestor. In cazul dejeciilor zootehnice al caror efect de separare a solidelor sedimentabile fata de partea lichida din dejectii, datorata lipsei de agitatie in digestor, va provoca un efect avantajos de crestere a timpilor de retentie a partii solide fata a partii lichide. Acest fenomen, de fapt va permite indepartarea mai rapida din digestor a partii lichide, care contine substante prompt disponibile pentru digestie si de sustragere din interiorul digestorului moleculele mai comlexe pentru un timp superior, consimtind bacteriilor sa distruga si de a le face disponibile pentru transformarea in biogaz. Solidele totusi vor ajunge la sectiunea de iesire din digestor exploatand efectul combinat al miscarilor de urcare provocate de biogaz si de prezenta serpentinei de incalzire pozitionata in apropierea fundului digestorului, cu miscarea de avansare provocata de pozitionarea, in sectiunea initiala si finala a digestorului, a tubulaturilor de introducere si descarcare a dejectiei proaspete si digerate.

Cui ii este indicat: in mod deosebit crescatoriilor de dimensiuni medii si mari care intentioneaza sa produca energie cu scopul de a o utiliza aproape in totalitate pentru nevoile directe si doar in cazul unui eventual surplus de a o ceda gestionarului de retea. In plus cine in general este constrans intr-o maniera speciala la reducerea impactului ambiental indus de propria activitate zootehnica, prin flotatie si depurare biologica a resturilor destinate deversarii in partile hidrice superficiale.

Fazele procesului: cu scopul de a obtine o majora productie posibila de biogaz, este fundamental ca dejectiile produse sa ajunga proaspete la digestor; pentru aceasta trebuie adoptate cele mai oportune solutii pentru a evacua din adaposturile zootehnice cel mai rapid posibil dejectiile produse in crescatorii. Dejectia produsa este dirijata spre un prebazin de colectare si astfel, transferat, prin intermediul unei statii de pompare corespunzatoare, la tratamentul de separare.

Tratamentul de separare mecanica a partii lichide din solidele grosiere este aproape intotdeauna necesar si serveste pentru a elimina din dejectie partile nebiodegradabile in timpi tehnici de digestie prevazuti, a caror de exemplu, reziduri vegetale si par, care tind sa iasa la iveala pentru efectul urcarii de biogaz si sa formeze pe suprafata dejectiei o crusta de material celulos impletit, care ocupa volum util si poate provoca in timp infundari ale digestorului. Partea solida separata a monte de digestor va putea fi compostata sau acumulata si dusa (este vorba despre substantele folosite pentru imbunatatirea solului) pe terenurile agricole, in timp ce partea lichida, bogata in substante organice, va alimenta digestorul, de regula pe sectiunea transversal rectangulara, printr-unul sau mai multe canale paralele. Digestia anaeroba a dejectiilor este obtinuta in interiorul unui digestor adecvat prin activitatea bacteriilor capabile sa faramiteze moleculele complexe prin formare de metan, anhidride carbonice, apa si hidrogen sulfurat.

Activitatile biologice expuse mai sus sunt conditionate de diferiti factori ca: PH-ul, temperatura si timpul de sedere al dejectiei in digestor. Pentru diminuarea temperaturii de digestie, in special, este necesar a garanta un timp de sedere (HRT) al dejectiei in digestorul mai ridicat. Totusi, in conditii psihrofile, este oportun a prevedea un HRT de cel putin 60 de zile, in timp ce in conditii mezofile este posibil a garanta un HRT de doar 18-20 de zile. Respectand aceste conditii, emiterile energetice ale instalatiei ating rezultate optime in fiecare sezon. Pentru a opera in conditii controlate din punct de vedere termic, peretii digestorului trebuie sa fie bine si adecvat izolati si interiorul digestorului este incalzit si mentinut la temperatura procesului de un schimbator de caldura pus in apropierea fundului, realizat cu tubulaturi din otel inoxidabil in care apa calda miscata circular este produsa de arderea biogazului in cogenerare.

Biogazul produs este strans direct in partea superioara a digestorului printr-un acoperis in forma de cupola gazometrica si eventual alte acoperisuri colectoare de gaz cu cupola cu presiune statica.

Cupola gazometrica are forma de semicilindru sau calota sferica si este realizata cu trei membrane suprapuse din tesut de fibre poliestere din PVC si sudata cu un sistem electronic la frecventa inalta.

Membrana care este situata la interior are menirea de a inchide biogazul intr-o camera in contact cu dejectia, cea intermediara este in contact cu exteriorul de-a lungul bordurilor laterale si evita ca biogazul sa se poata , eventual, amesteca cu aerul continut in volumul inchis intre membrana intermediara si cea mai exterioara, care ramane intotdeauna umflata.

Camera de aer este mentinuta in presiune de o centrala de control si de supape care, atingand sau scapand aer, mentin biogazul mereu la presiunea de 200mm H2O, independent de cantitatea de biogaz continut. In acest mod, alimentarea arzatoarelor este constanta si membrana externa este intotdeauna intinsa, cu beneficii imaginabile vis-a-vis de vant, apa sau zapada.

Sistemul de acoperire cu membrana presostatica ofera intre altele urmatoarele avantaje:

evita construirea separata a unui gazometru;

simplifica intretinerea digestorului, fiind usor de inlaturat;

asigura un grad ridicat de izolare al cupolei digestorului;

este adaptabil la bazinele existente;

permite inmagazinarea biogazului la presiunea de utilizare a arzatoarelor, evitand instalatia compresoarelor pentru gaz;

este rezistent la zapada si vant;

face posibila o gestiune mai flexibila a utilizatorilor de biogaz datorita volumului mare inchis in interior;

favorizeaza deumidificarea gazului continut, mai ales in lunile mai racoroase, prin condensarea apei in contact cu peretele cupolei.

De-a lungul unei conducte corespunzatoare legata de acoperisul inmagazinator de gaz al digestorului, gazul produs si recuperat este orientat spre o instalatie de cogenerare, care arzand biogaz produce energia electrica si caldura. O parte din caldura produsa este recuperata si utilizata pentru termostatarea si mentinerea in temperatura digestorul. In sfarsit dejectia la iesirea din digestor, de acum stabilizata si dezodorizata, va fi acumulata intr-unul sau mai multe bazine de stocare in asteptarea utilizarii agronomice.

2) Instalatie cilindrica tip up-flow amestecat

Caracteristici principale: acest proces de digestie anaeroba utilizeaza dejectiile asa cum sunt (parte lichida + parte solida), asadar digestorul, care in aceasta tipologie de instalatie este de forma cilindrica, va fi dotat cu o instalatie de amestecare cu elice, cu pompa de recirculare externa temporizata si sistem cu deschizaturi de fund pentru a obtine miscarea dejectiei si efectul up-flow si rupere de crusta. Digestorul va fi alimentat zilnic cu dejectie proaspata, in timp ce dejectia digerata va iesi dupa un timp mediu de sedere in bazin de aproximativ 20 / 25 zile.

Ingroparea digestorului poate substitui, in anumite limite, izolarea.

Cui ii este indicat: la crescatoriile care vor sa gestioneze dejectiile ca unic produs omogen si sa aiba o rentabilitate majora in termeni energetici si deci economici; datorita mentinerii intregii parti solide prezente in dejectii se sporeste productia de biogaz. Este de sfatuit chiar si pentru crescatoriile de dimensiuni mai modeste, dar care au disponibilitatea in timp de a adauga biomasa si a le digera impreuna cu dejectiile. Raman si pentru aceasta instalatie valabile notabile avantaje ambientale, dar trebuie amintit ca: dejectia neseparata trebuie administrata cu masini corespunzatoare in fazele de pompare; digestorul necesita componente electromecanice majore; instalatia are un autoconsum electric mai ridicat si eventuala ajungere a substantelor care contin azot duce la necesitatea de a avea mai mult teren pentru bilantul firmei prevazut de planul de utilizare agronomica.

Schema instalatie up-flow

Fazele procesului: la sfarsit cu scopul de a obtine o mai mare productie posibila de biogaz, este fundamental ca dejectiile produse sa ajunga proaspete la digestor; pentru aceasta trebuie adoptate toate mijloacele cele mai oportune pentru a evacua din adaposturile zootehnice cel mai rapid posibil dejectiile produse in crescatorii. Dejectia produsa este dirijata spre un prebazin de depozitare, omogenizare, amestecare si ridicare, prevazut cu mixer si o pompa de maruntire, unde poate fi adaugata in doze prestabilite o moderata cantitate de biomasa pentru a obtine un amestec pompabil, cu un continut de solide nu mai mare de 10%, care imbogateste cu substanta organica dejectia destinata sa alimenteze digestorul. Digestia anaeroba a dejectiilor asa cum sunt cu cantitati moderate de biomasa, este obtinuta in interiorul unui digestor adecvat prin activitatea bacteriilor capabile sa faramiteze moleculele complexe cu formarea de metan, anhidride carbonice, apa si hidogen sulfurat.

Activitatile biologice expuse mai sus sunt conditionate de diferiti factori ca: PH-ul, temperatura si timpul de sedere al dejectiei in digestor. In cazul digestorilor Up-Flow, alimentati cu amestec de dejectii si biomasa, este potrivit a garanta timpi de sedere de cel putin 30-40 de zile si temperaturi in campul mezofil si termofil. Este posibila si divizarea volumului de digestie in doi reactori, unul primar si unul secundar, adaptati la a permite desfasurarea intr-un mod mai controlat a fazelor acidogena si metanigena.

3) Instalatie tip super flow pentru biomasa superdensa

Caracteristici principale: procesul de digestie anaeroba utilizeaza dejectiile asa cum sunt (parte lichida + parte solida), cu introducere de biomasa chiar si in cantitati mari, peste limita de pompare. De regula instalatia prevede doi digestori, unul primar si unul secundar. Digestorul primar, de tip cilindric, este dotat cu un amestecator special, cu axe orizontale, care garanteaza amestecarea completa a dejectiilor si a biomasei. Digestorul primar este alimentat constant cu dejectie proaspata si biomasa , dupa un plan de incarcatura prestabilit in functie de compozitiile si caracteristicile diferitelor completari de adaos, in timp ce dejectia digerata va iesi dupa un timp mediu de sedere in bazin, de aproximativ 20-30 de zile pentru a fi transferat in digestorul secundar, amestecat la randul sau si in masura sa recupereze cantitatea reziduala de biogaz. Timpul de sedere in al doilea digestor se dovedeste a fi de aproximativ 30-40 de zile pentru o sedere medie complexiva egala cu aproximativ 60 de zile.

Digestorii pusi in serie asigura cele mai bune productii de biogaz in instalatii tip super-flow

Eficienta amestecarii este esentiala pentru a putea atinge densitati ridicate in digestor. Incalzirea masei se obtine prin tubulaturi fixate pe peretele digestorului.

Cui ii este indicat: firmelor agricole si zootehnice care dispun de terenuri set-aside sau de bimasa constanta de-a lungul anului, datorita careia se sporeste substantial productia de biogaz si astfel cea de energie electrica produsa, maximizand in acest fel randamentul procesului. .

Prim plan al supapei de suprapresiune a gazului Digestor al cupolei gazometrice nivel maxim de Biogaz

Fazele procesului: pentru a obtine o majora productie posibila de biogaz, este de sfatuit ca dejectiile produse sa ajunga praspete la digestorul primar si calitatea biomasei sa fie intreaga in structura sa energetica. Dejectia produsa este directionata spre un prebazin de colectare, omogenizare, amestecare si ridicare, prevazut cu mixer si pompa maruntitoare care omogenizeaza si alimenteaza dejectia in digestorul primar cilindric. Un contaniner (palnie) speciala dotata cu spirale de dozaj , alimentata corespunzator, prevede incarcarea biomasei, care printr-un program specific introduce in digestor cantitatea necesara de materiale pentru a garanta o buna functionare a procesului de digestie. Biogazul astfel produs, in conditii anaerobe este colectat direct in partea superioara a digestorului / digestorilor prin intermediul unui acoperis gazometric sub forma de cupola care va avea forma de calota sferica cu volum variabil.

Prin intyermediul unei conducte legate de acoperisul de colectare a gazului digestorului, gazul produs si recuperat este mentinut in echilibru, racit, deumidificat, filtrat si atrimis grupurilor de cogenerare care arzand biogazul, produc energia electrica si caldura. In sfarsit, dejectia la iesire, stabilizata si dezodorizata, va fi acumulata asa cum este, sau prin separare, intr-unul sau mai multe bazine de stocaj in asteptarea utilizarii agronomice.

Container dozator pentru automatizarea operatiilor de alimentare a digestorului Spirale laterale de amestecare si spirale de fund puse in palnia de incarcare pentru introducerea biomasei

Usite pentru accesul in digestor pentru eventualele controale si / sau intretineri

TRATAMENTE SI UTILIZARI A BIOGAZULUI

Depurarea biogazului

Tratarea biogazului este esentiala pentru a garanta corecta functionare a cogeneratoarelor.

In biogaz sunt prezente mici cantitati de anumiti compusi care, din cauza proprietatilor lor exidante sau de incombustibilitate, trebuie sa fie eliminate pentru a favoriza un bun proces de ardere prin urmatoarele tehnici

Filtrarea cu filtre de nisip sau pietris, necesara pentru a elimina solidele in suspensie care sunt in mod esential material organic, grasimile si eventualele spume inainte de aspirarea compresoarelor de recirculare sau a compresoarelor auxiliare ale cazanului sau ale motoarelor cu gaz;

Deumidificarea, temperatura biogazului la iesirea din digestor este de cel putin 35s C cu un grad de umiditate ridicat care duce vaporii de apa prezent la condensare, pentru care se predispun de-a lungul tubulaturilor puturi de colectare a apei condensate. Dar pentru a evita formarea condensului in camera de ardere (combustie) trebuie sa se elimine in mod drastic umiditatea, utilizand de exemplu un utilaj de condensare compus dintr-un frigorifer cu expansiune directa, un schimbator cu legatura tubulara apa / biogaz si un filtru cu coalescenta unde sunt condensati vaporii care vin apoi extrasi prin descarcare automata sau manuala;

Desulfurarea necesara pentru abaterea compusilor pe baza de sulf se poate desfasura prin filtre chimice reumplute cu oxizi de fier care provoaca precipitarea compusilor si astfel, extractia lor; prin turnurile de spalare care spala gazul in contracurent printr-un flux de apa si oxid de fier; sau prin desulfurarea biologica emitand direct in digestor un procentaj de aer de aproximativ 5-10% din gaz, pentru a permite cepilor bacterieni speciali sa pregateasca o reactie de precipitare biologica a sulfului.

Sistemele de control si de regularizare sunt esentiale pentru a garanta cele mai bune randamente ale instalatiei.

Utilizatorii biogazului

Dupa ce a suportat tratamentele necesare, biogazul poate fi utilizat in doua modalitati:

a) doar pentru productia de caldura;

b) pentru cogenerarea de energie electrica si caldura.

Arderea pentru simpla producere de caldura:

se utilizeaza instalatii cu tehnologii simple; este suficient un generator simplu de caldura pe gaz constituit dintr-un arzator, in care sunt din belsug combustibil si comburant si iese energia termica sub forma de flacara si din schimbatorul de caldura, in care produsii arderii cedeaza caldura produsa printr-un fluid termovector. Biogazul este tratat ca gazul metan, in timp ce sunt realizate diferite modificari ale arzatorului pentru introducerea de gaz, amestecul combustibilului cu comburantul si utilizarea de materiale mai rezistente la coroziune pentru schimbatorul de caldura si arzatorul insusi.

Cogenerarea pentru producerea simultana de energie electrica si caldura:

Este producerea simultana de caldura si energie mecanica imediat transformata in energie electrica (aceasta metoda este un sistem unic integrat la energia totala), plecand de la aceeasi energie primara. Acest sistem de productie de energie permite o substantiala economisire energetica fata de cazul productiei separate ale acelorasi cantitati de caldura de energie electrica / mecanica; se poate ajunge de fapt la a depasi 90% din randament (30% din randamentul electric si 60% din randamentul termic).

Se utilizeaza doua tipologii diferite de masini:

motoare endotermice alternative

microturbine

Pentru cogenerarea cu motoare endotermice alternative se folosesc motoare care functioneaza cu ciclu opt sau cu ciclu diesel modificat, constituite din urmatoarele componente:

motor endotermic alternativ, care in afara de a produce energia mecanica este si componentul unde vine produsa energia termica;

alternator, asincron pentru productia de curent electric alternat trifazic;

recuperator de caldura, compus dintr-un schimbator de caldura care recupereaza caldura produsa de intreg sistemul, atat din gazul din descarcare, cat si din circuitul de racire al motorului si din uleiul de lubrifiere;

panou electric, care permite utilizarea energiei electrice produse si interferenta cu linia electrica nationala.

Pentru cogenerarea cu microturbine se utilizeaza turbomasini pe gaz de derivare aeronautica de mici dimensiuni, cu urmatoarele componente principale:

turbina cu gaz si recuperator;

sistem electric generator de curent;

schimbator de caldura pe fumurile din descarcare;

sistem de gestionare si control.

Cedarea in retea , pentru puteri mai mari de 50 Kw, este de regula acceptata doar in tensiune medie.

Cogeneratoarele pot functiona in functie de urmatoarele modalitati:

in paralel cu reteaua publica: este cedata retelei firmei in legatura cu reteaua externa toata energia produsa de motorul care functioneaza in regim constant la puterea maxima. Energia magnetizanta este total absorbita de retea, nu exista probleme asupra eventualelor sarcini de varf si controalele asupra energiei electrice produse sunt referitoare doar la tensiune si la frecventa care trebuie sa fie mentinute constante. Un inconvenient al unui astfel de sistem se verifica in cazul lipsei de curent electric in reteaua publica, in masura in care se stinge chiar si cogeneratorul.

In insula independenta de linia electrica, tipica in locuri in care nu exista linia publica, sau in cazul in care sunt individualizate utilizari separate de reteaua firmei, de exemplu instalatii de depurare. Este necesar sa se aiba un generator autostimulant cu un motor de pornire pe baza de baterii. Aceasta solutie are avantajul de a garanta curentul electric in cazul lipsei de tensiune in reteaua publica, dar prezinta doua inconveniente sau necesitatea de a supradimensiona cogeneratorul in masura in care trebuie sa obtina puncte de pornire ale diferitelor utilitati si necesitatea de a predispune grupuri de continuitate in cazul prezentei de circuite electronice sau de aparaturi care nu pot fi stinse deoarece la pornire va fi lipsita de curent pentru cateva secunde;

in stand-by: in cazul functionarii normale cogeneratorul este conectat in paralel la reteaua publica, in cazul lipsei de tensiune cogeneratorul nu se stinge, ci continua sa functioneze, garantand curentul electric pe liniile privilegiate, decuplandu-se automat de la retea, dar furnizand energia in functie de cererea utilitatii; in momentul reactivarii de la reteaua publica sistemul se conecteaza din nou intorcandu-se la functionarea in paralel.

SITUATIA IN EUROPA

In Europa difuzarea digestiei anaerobe este initiata in sectorul stabilizarii namoalelor de depurare si momentan se estimeaza aproximativ 2.000 de digestoare operative, circa 400 instalatii care produc biogaz tratand apele reziduale industriale la inalta incarcatura organica si 500 instalatii recupereaza biogaz din deseurile urbane. Pe deasupra sunt circa 2.500 de digestoare anaerobice operante pe dejectii zootehnice in tarile Uniunii Europene, in mod special Germania (circa 2.000), urmata de Danemarca, Austria, Italia si Suedia. In ultimii ani a crescut si utilizarea digestiei anaerobice in tratamentul fractiunii organice adunata in mod diferentiat din deseurile urbane, in amestec cu reziduurile industriale si cu dejectiile zootehnice. In Danemarca functioneaza astazi 25 de instalatii centralizate de codigestie care trateaza anual circa 1 milion de tone de deseuri organice industriale si deseuri urbane. Referitor la ajutoarele si subventiile pentru realizarea de instalatii de biogaz in tarile europene situatia astazi este urmatoarea:

Luxemburg: este alocata o subventie de 60% din costul investitiei si este posibil sa se castige pana la 0.10 / kWh pentru energia vanduta;

Belgia: nu este alocata nici o subventie pentru constructie, dar se pleaca de la un castig baza pentru vanzarea de energie electrica de 0.07 / kWh, la care se adauga un bonus de 0.05 pentru kWh termic cedat pentru teleincalzire, atingand un castig maxim total pe energie vanduta de 0.12 / kWh;

Franta: energia introdusa in retea este retribuita cu doar 0.05 / kWh, care explica slabul interes al sectorului agricol;

Olanda: momentan energia introdusa in retea are o valoare de 0.08 / kWh, dar norma care trebuie sa intre in vigoare in decursul acestui an prevede stimulente similare cu cele germane;

Germania: tara europeana in care digestia anaeroba a avut cel mai mare impuls datorita subventiilor care pleaca de la minim 25% din costul investitiei si preturi pentru energia electrica din biogaz garantate pe o perioada de 20 de ani care sunt rezumate in tabelul urmator:

Incarcari pina la 150 Kw de la 150 la 500 kw de la 500kW la 5 Mw

Baza 0 0,09 0,08

Biomasa 0 0,06 0,06

Teleincalzire 0 0,02 0,02

Eficienta tehnologica 0 0,02 0,02

Incarcare Maxima Posibila 0 0,19 0,18

Puternica stimulare pentru producerea de biogaz se dovedeste a fi bazata pe obiective energetice, fara a se preocupa de aspectul ambiental si in special de impactul nitratilor pe terenul din care deriva, datorita si minorelor concentratii zootehnice prezente fata de Italia.

SITUATIA IN ITALIA

In tara noastra, in special in zonele cu o puternica vocatie zootehnica, situatia este absolut diferita: aspectul ambiental si incarcarea de azot in special, au o deosebita importanta si poate juca un rol fundamental in promovarea sau limitarea dezvoltarii de biogaz zootehnic. Pot fi diverse motivatiile care imping crescatorul-agricultor inspre biogaz, conectate atat la problematicile ambientale, cat si la cele in rezultate energetice, cu posibilitatea de a utiliza in acest scop chiar si biomasa rezultata din suprafete set aside, valorizandu-le prin culturi no food ca : siloz de porumb, siloz de iarba, siloz sorg si altele.

Un recensamant realizat in anul 1999 demonstreaza ca 72 de instalatii de biogaz functionau cu dejectii zootehnice in Italia. Cinci din acestea sunt instalatii centralizate si 67 sunt instalatii ale firmelor. Aproape toate din instalatiile sunt localizate in regiunile din Nord (39 in Lombardia, 7 in Emilia Romagna, 12 in Trentino Alto Adige).

Din date referitoare la sfarsitul lui 2004, sunt peste 100, din care circa 70 sunt de tip simplificat cu cost redus, realizate cu cupola gazometrica din material plastic pe bazin de stocare al dejectiilor zootehnice.

Marea majoritate a instalatiilor functionante in prezent pe teritoriul nostru au fost concepute si deci dimensionate dupa criteriul de economisire energetica din partea crescatoriei, utilizand toata energia produsa in procesul de digestie pentru satisfacerea cererilor energetice ale crescatoriei insasi si necesitatilor domestice anexate.

Instalarea grupurilor de cogenerare intr-un spatiu destul de amplu faciliteaza diferitele lucrari de intretinere

Din acest motiv s-au predispus cogeneratoare care functioneaza in insula ( izolat) adica fara posibilitatea de a se interfera cu reteaua energetica nationala pentru o eventuala cedare din surplusul de energie. In prezent, dezvoltarea noilor tehnologii de instalatii si posibilitatea de digerare a biomasei, care au imbunatatit si au ridicat capacitatea de productie de biogaz si noile normative energetice care stimuleaza productia si deci vanzarea de energie din resurse alternative, au modificat conceptia si proiectarea noilor tipologii de instalatii. Chiar si in cazul unei cereri majore a necesarului intern al crescatoriei se opteaza de regula pentru o cenexiune in paralel la retea, care consta in a putea vinde un surplus de energie non autoconsumata.

Are si ulterioare avantaje financiare, deoarece vanzarea surplusului de energie electrica si certificatele verzi (valabile in Italia pe o perioada de 8 ani) da posibilitatea roprietarului sa primeasca anual venit financiar, care la randul sau in unele cazuri injumatatesc timpii de recuperare a investitiei fata de vechile tipologii de instalatii

Biomasele interesate: Cantitati:

Dejectii animale 180.000 t/an

Deseuri agro-industriale 12.000.000 t/an

Deseuri abator 2.000.000 t/an

Namoluri de depurare 2-3.000.000 t/an

Partea organica din deseurile urbane 9.000.000 t/an

Reziduri culturale 10.000.000 t SS/an

Culturi energetice 230.000 ha set a side

Din aceste biomase, disponibile in prezent pe teritoriul nostru, se vor exploata doar in circa 120 de instalatii namolurile provenind din depuratoarele apelor reziduale urbane, in 7 instalatii partile organice ale reziduurilor urbane si in unele instalatii reziduri din lucrarile agro-industriale. In Italia norma si facilitatile pentru producerea de energie electrica din energie alternativa ar trebui sa dea un nou impuls dezvoltarii instalatiilor de biogaz; de aici deriva necesitatea de potentiare si rationalizare a sistemelor care exploataeaza procese de codigestie anaeroba de biomasa de diferita natura (de origine zootehnica si agroindustriala, culturi energetice si reziduri culturale, namoluri de depurare si parti organice rezultate din colectarile diferentiate ale deseurilor urbane).

Este de dorit stimularea realizarii sistemelor integrate anaerobe / aerobe pentru tratamentul unit al rezidurilor si al rezidurilor organice urbane si al altor biomase.

Introducerea in fermentator de substante vegetale cu un inalt continut de substanta uscata comporta problematici tehnice de infruntat in mod specific din faza de proiect, fie in ceea ce priveste dotarile de incarcare a biomasei, fie pentru exigenta sistemelor de faramitare si amestecare adecvate. O deosebita atentie solicita folosirea silozurilor, care comporta o scadere a valorii PH-ului in digestor si posibile coroziuni ale dotarilor de incarcare.

Este bine sa amintim ca a activa o instalatie pentru producerea de biogaz este echivalent cu a adauga la cel deja prezent in firma, o noua crescatorie constituita dintr-o categorie diferita de animale: microorganismele, cu toate exigentele lor in termeni ambientali si alimentari.

Este necesar pentru crescatorul-agricultor sa dezvolte o gestiune corecta raspunzand la exigentele specifice tratamentului, cat mai putine ineficiente, insuccese si deziluzii asupra restituirii economice a investitiei.

Cum se cedeaza energia

Energia produsa de surse alternative, in prezent la cererea producatorului, este retrasa de administratori de retea la pretul en-gross al energiei electrice cedate de catre cumparatorul unic de la firmele distribuitoare, deci posibilele destinatii ale energiei produse sunt urmatoarele

1) Pe piata:

vanzand energia unui client final sau unui en-grossist prin contract bilateral

vanzand energia la bursa

2) Sa soliciti administratorului de retea la care este conectata instalatia, retragerea energiei electrice produse. Exista o conventie precisa stipulata de Federenergie, Enel Distribuzione, GRTN, Cumparator Unic si asociatia producatorilor care are scopul de a defini modalitatile tehnice, economice si contractuale pentru preluarea energiei electrice. .

Asemenea conventie este de durata anuala si se poate reinnoi pentru teritoriul propriu producatorul cedeaza administratorului din retea intreaga energie electrica produsa neta mai putin cea autoconsumata.

Datorita conventiei pentru instalatiile alimentate cu energii alternative cu putere de pana la 1MW administratorii de retea garanteaza urmatoarele preturi minime definite pe trepte: pentru primele 500.000 kWh anual 95 euro/MWh , de la 500.000 KWh pana la 1 milio de KWh anual 80 euro / MWh , de la 1 milio pana la 2 milioane de KWh anual 70 euro / MWh , peste 2 milioane KWh anual pretul Cumparatorului Unic (pe secvente orare sau indiferentiat)

Aplicarea acestor preturi minime a fost recunoscuta pentru garantarea acoperirii costurilor micilor instalatii care utilizeaza energii alternative, dar care nu sunt in masura sa participe si sa concureze pa piata, in primul rand pentru ca energia retrasa de administratorii de retea este remunerata pe emiterile efective producatorii au avantajul de a nu prezenta programe de productie, si deci nu sunt aplicate echivalentele debalansarii. Costurile ce trebuiesc platite gestionarului de retea sunt 120 euro anual pentru instalatie pentru acoperirea costurilor administrative si 0.5% din contravaloarea energiei preluata; daca administratorul de retea gestioneaza contractele trebuie sa se predispuna alti 120 euro anual pentru instalatie si 0.5% din contravaloarea energiei preluate.

Ce sunt si cum functioneaza certificatele verzi

Certificatele verzi sunt adevarate titluri negociabile pe piata electrica, emise si controlate de administratorul retelei de transformare nationala (GRTN), avand scopul de a stimula productia de energie electrica din energii alternative si atestand provenienta acestei energii din instalatii alimentate din energii alternative ca: soarele, vantul, resursele hidrice, resuresele geotermice, si transformarea in energie electrica a produselor vegetale sau a rezidurilor organice si anorganice.

Pentru a avea drept la certificare, instalatile trebuie sa fie calificate de GRTN ca instalatii alimentate din energii alternative ( IAFR), deci instalatile de biogaz care folosesc deseuri organice si/ sau produse vegetale cu scopul de a produce energia electrica au drept la calificarea IAFR si la eliberarea certificatelor verzi care se obtin dupa urmatoarea procedura:

solicitare la GRTN recunoasterea IAFR

avand recunoasterea se poate solicita la GRTN emiterea certificatelor verzi pentru anul in curs

impreuna cu cererea pentru anii ulteriori intrarii in productie, trebuie sa fie prezentata declaratia facuta la UTF care va demonstreaza productia efectiva.

Pentru a obtine un certificat verde este nevoie sa se produca anual cel putin 50.000 kwh de energie electrica, dar pentru instalatiile mici este suficient o productie de energie peste 25.000 kwh anual pentru a avea drept la un certificat verde.Certificatele sunt acordate instalatiei calificate pentru 8 ani consecutivi intrarii in exercitiu, cu posibilitatea de a obtine pentru anii urmatori noi certificate prin remodernizare sau reintensificare a instalatiei. In present se discuta posibilitatea din punct de vedere legislativ de a creste la 12 ani perioada de eliberare a certificatelor verzi. Cererea de certificate este impusa de lege, in masura in care ramane in vigoare obligatia de a introduce in sistemul electric national o cota parte din energia produsa din energii alternative echivalent cu 2,35% sporit cu 0,35% pe an din 2004 pana in 2006 si pentru urmatorii 3 ani 2007-2009 si 2010-2012 sporirea va fi egala sau mai mare.

Conditiile tehnice pt cedarea energiei trebuie sa fie in concordante cu societatea distribuitoare.

Pretul certificatelor verzi este variabil si fixat de la an la an pe baza facilitatilor acordate, amintind faptul ca pe anul 2004 valoarea a fost fixata in 9,739 eurocent/kwh si este recunoscut pe toata productia atat cea autoconsumata cat si a cea cedate. Este foarte important a se evidentia ca certificatele verzi din posesia administratorului unei instalatii de biogaz si energie electrica produsa de aceeasi instalatie, pot fi vandute separat intrucat certificatele verzi sunt platite pe cantitate totala de energie electrica produsa de instalatie, in timp ce energia electrica care e platita este cea cedata retelei nationale , care la randul sau foloseste conditia favorabila de prioritate intrucat este produsa din energii alternative. In plus operele pentru realizare unei instalatii IAFR sunt de utilitate publica, dupa cum prevede dectretul legislativ 387/03. Ramanand in competanta CPI, a serviciului anti incendiu al Ministerului de Interne, toate operele referitoare la realizare si gestionare sunt supuse unei autorizatii unice eliberata de regiune sau de alt subiect delegat si IAFR de putere mai mica decat 3 MWt sunt activitati luate in considerare ca si activitati cu poluare atmosferica putin semnificativa.