Nastanak i primena biogasa

Biogas je mešavina metana i ugljen-dioksida, koja se dobija prilikom razgradnje organskih materija pod anaerobnim uslovima. To je kvalitetno gorivo, koje može da zameni fosilna goriva, a takođe je i CO2 neutralno. U vreme kada rezerve fosilnih goriva opadaju, energetski troškovi rastu, a životnu sredinu ugrožava nepravilno odlaganje smeća, pronalaženje rešenja za problem biološkog otpada i tretman otpadnih organskih materija, postaje pitanje od najveće važnosti.

Kako funkcioniše ovaj proces?

Biogas je metabolički proizvod bakterija koje proizvode metan, i koje su uzrok raspadanju. Osim odsustva kiseonika, neophodni uslovi su konstantna temperatura i pH vrednost od 6,5 do 7,5. Raspadanje je najefektivnije na temperaturi od 15°C (psihrofilne bakterije), 35°C (mezofilne) i 55°C (termofilne). U praksi se pokazalo da je zadržavanje od oko 10 dana najefektivnije za termofilne bakterije, 25 do 30 za mezofilne i 90 do 120 za psihrofilne . Većina postrojenja koja danas rade, rade u mezofilnom temperaturnom rangu.

Pošto se biogas proizvodi tamo gde se organski materijal razgrađuje bez vazduha, postoji širok spektar organskih materija koje su pogodne za anaerobnu razgradnju (sl.1 - 1).

Neke od tih materija su:

• tečno i čvrsto stajsko đubrivo
• posebno prikupljan biolški otpad iz stambenih delova
• obnovljivi materijali, kao što su kukuruzna silaža, semenke koje se ne koriste za ishranu, itd
• mulj iz kanalizacije i masti
• korišćeni podmazivači
• trava (npr. u EU neobrađena zemlja)
• biloški otpad iz klanica; pivara, destilerija; prerade voća i proizvodnje vina; mlekara; industrije celuloze, šećerana...

Napomena: drvo nije pogodno za proizvodnju biogasa, jer bakterije koje proizvode metan ne mogu da svare lignin, kojeg ima u drvetu. Takođe i pesticidi, dezinfekcija i antibiotici imaju negativan efekat na bakterije.

Proces proizvodnje biogasa

Osnovni proces proizvodnje biogasa obično se sastoji iz tri dela:

• priprema biološkog inputa
• razgradnja
• tretman ostataka

Kao što je prikazano na dijagramu, organski materijal se prvo skuplja u tanku za pred-skupljanje i mešanje (sl.1 - 2). Ovaj tank služi za mešanje i homogenizaciju različitih fermentacionih materija. Nakon čišćenja na 70°C, gde se uništavaju sve bakterije negativne po proces fermentacije (sl. 1 - 3), materijal se prebacuje u anaerobni digestor (sl.1 - 4). U slučaju prestanka rada postrojenja (npr. redovan servis), kao i u slučaju veće proizvodnje gasa, neophodna je gasna baklja, koja taj višak sagoreva (sl.1 - 5). Prečišćena biomasa predstavlja početak anaerobne razgradnje. Neophodni uslov je konstantna temperatura i pH vrednost 6,5 do 7,5.

Biogas je gasna mešavina, koja se sastoji od 60-70% metana (CH4) i 30-40% ugljen-dioksida (CO2). Sa toplotnom vrednošću od 6,5 kWh/Nm3, jedan kubni metar biogasa sadrži približno istu količinu energije kao 0,6 litara lož-ulja, ili 0,65 Nm3 prirodnog gasa (sl.1 - 6).

Kako bi se osigurao stalni dotok gasa, nezavisno od protoka inputa, proizvedeni biogas se skuplja u gasnom rezervoaru (sl.1 - 7), odakle se zatim prosleđuje u gasni motor (sl.1 - 8). Toplota koja se stvara tokom rada motora, može da se efektivno iskoristi preko izmenjivača toplote (sl.1 - 9). Ukupno je moguće iskoristiti oko 50% inputa kao toplotnu energiju za potrošače, preko izmenjivača toplote iz gasne smeše, ulja, rashladne vode i izduvnih gasova.

Zahvaljujući dobrim gorivim karakteristikama biogasa i optimalnoj Jenbacherovoj tehnologiji sagorevanja, zahtevani limiti emisija sigurno se postižu. Biogas, kao obnovljivi energetski izvor, proizvodi izduvne gasove koji slobodno mogu da se vrate u prirodni krug. Stoga se može reći da je biogas CO2 neutralan (sl.1 – 10).

Korišćenjem generatora, mehanička energija gasnog motora se pretvara u električnu energiju (sl.1 – 11). Električna efikasnost motora GE Jenbacher je oko 40%.

Substrat može da se koristi kao poljoprivredno đubrivo (sl.1 - 12).

Ključni parametri (zapremina biogasa u Nm3 po toni tečnog materijala)

• Biološki otpad: 100 – 200
• Otpad od hrane: 120 – 150
• Mast iz kolektora: 80 – 150
• Korišćeno ulje, mast: 1.000
• Destilerija: 20
• Mlečna surutka: 25
• Otpad iz klanica: 100
• Tečni otpad, balega: 20 – 70

Posmatrano iz drugog ugla, za rad CHP postrojenja električne snage 500 kW potrebna je balega oko 2.500 krava, 30.000 svinja ili 300.000 kokošaka.