Centrale Biogaz

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 în propriile centrale de biogaz..

Utilizarea biogazului sprijina obiectivele Uniunii Europene de utilizare a energiei regenerabile în procent de 20% pana in 2020. Biogazul este o sursa de energie neutra din punct de vedere al emisiilor 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.  În ansamblu, electricitatea produsa din biogaz genereaza mult mai putin dioxid de carbon decât energia conventionala.  1 kW de electricitate produsa prin biogaz împiedica 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 înalta calitate  

• Reducerea mirosurilor neplacute  

• Consolidarea economiei la nivel local si regional

• Crearea autonomiei energetice

Instalatiile industriale de biogaz sunt foarte similare sau chiar identice cu instalatiile la scara redusa sau cele agricole, în ceea ce priveste tehnica de fermentare.  Difera doar materialele sursa  si capacitatea instalatiilor.  Materialele necesare instalatiilor industriale de biogaz sunt asigurate de industria de procesare a alimentelor.  Principalele materii sunt reprezentate de deseurile alimentare, grasimi si deseuri din abatoare.  Acestea trebuie amestecate, dispensate de compusii nepotriviti, taiate sau diluate. Trebuie avuta mare grija atunci când se lucreaza cu deseurile din abatoare, care trebuie omogenizate dar si igienizate. Deseori, reziduurile fermentate nu pot fi folosite ca îngrasamânt.

Mai mult, forma de proprietate a instalatiilor industriale de biogaz difera de cea a instalatiilor din fermele private. Proprietarii sunt în general companii mici sau asociatii. Instalatiile industriale au nevoie de o mai buna organizare a muncii. Uneori, instalatiile de biogaz sunt folosite ca si sisteme de evacuare, deci materialele  sunt micsorate împreuna cu celelalte. Acest lucru necesita o infrastructura corespunzatoare.

Pentru utilizarea biogazului în instalatii combinate de caldura si energie, caldura trebuie folosita eficient. Un procent de 20 % pâna la 40 % din caldura generata pote fi folosit chiar pentru instalatia de biogaz, însa surplusul ar trebui folosit în sprijinul industriei apropiate, în eventualitatea existentei unei cereri pentru uscarea lemnului, paletilor sau ierbii. De asemenea, utilizarea caldurii în procesele de racire este o optiune pentru folosirea surplusului. 

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

În 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 în compusi cu putine molecule. În timpul celei de-a doua faze acidul ce formeza bacteria continua procesul de descompunere în acizi organici, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat si amoniac. Bacteriile acide formeaza acetat, dioxid de carbon si hidrogen în timpul celei de-a treia faze, aceto-geneza. A patra faza, metano-geneza, implica bacteria de creare a metanului, producând 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 decât 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 în simbioza, iar conditiile necesare pentru ambele bacterii sunt imperative pentru a asigura un flux continuu.

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 îndepartarea vaporilor de apa si dioxidului de carbon, biogazul poate fi folosit la fel ca orice alt gaz natural curat.

Materia prima pentru Centralele de Biogaz

În 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: 

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, depinzând de principalele rezultate: gaz, electricitate sau caldura (partea de iesire).

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

Unitatea de fermentare 1:

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

Unitatea de fermentare 2:

Ambele containere ale unitatii trebuie neaparat sa fie protejate împotriva apei si gazelor,  etanse si încalzite. 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 în 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 înalta calitate. În timpul procesului de fermentare carbonul este descompus iar raportul carbon-azotat din îngrasamânt se apropie. Deci azotul este mai usor de manevrat iar efectul de fertilizare este mai usor de calculat. De asemenea volumul este redus iar îngrasamântul mai cursiv. Exista si avantaje aditionale: atenuarea mirosurilor neplacute si distrugerea buruienilor.

Unitatea de caldura si instalatia de energie:

De obicei, biogazul ajunge în unitatea de producere a caldurii sau în instalatia de energie, însa poate fi curatat si folosit pentru alimentarea vehiculelor sau introdus în reteaua de gaz natural.

Curatarea gazului:

Tot biogazul folosit în mod normal trebuie curatat prin îndepartarea hidrogenului sulfurat si amoniacului.

O centrala de biogaz poate produce trei lucruri: electricitate, caldura si gaz. Pentru transformarea biogazului în electricitate, este folosita o centrala cu doua surse combinate, caldura si electricitate. Sunt folosite motoare diferite.

Motorul produce caldura care poate fi folosita pentru diverse procese:

• Încalzirea instalatiei de fermentare

• Încalzire pentru casele si a companiile din vecinatate 

• Uscarea namolului, a lemnului sau peletelor 

• Convertirea caldurii printr-un sistem de absorbtie în frig 

În afara de elementele de constructie, alte instalatii sunt necesare, de exemplu, instrumente de masurare. Ce produce o centrala de biogaz depinde de criteriile pentru care este folosita. Biogazul poate fi folosit pentru vehicule si introdus în reteaua de alimentare cu gaze naturale.  Dupa ce stim cât de mult gaz, caldura si electricitate pot fi folosite, un plan detaliat al centralei este necesar sa fie realizat , incluzând numarul de instalatii de fermentare, potentialul sistem de curatare a gazului si sistemul de schimbare a gazului, pentru masa de intrare si compozitie.    

Valoare energetica în functie de substrat materie prima

Motor electric= 100 kW el
Factor eficienta= 31.1 %
Timp de functionare= 8,000 h / a

Balegar / 10 unitati animale

Culturi de cereale cu valoare energetica ridicata per ha

Deseuri alimentare industriale