Légköri erőforrások elmélet A biogáz

Hasznosítási technológiák Szuperkritikus gázfejlesztés Pirolízis Gázosítás Bio-olaj előállítás Biogáz Égetés Működő Demonstrációs fázis K + F Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

Biomassza energiaforrásként való hasznosításának lehetőségei Energiahordozó halmazállapota Feldolgozási technológia Energiahordozó típusa Felhasználási terület Szilárd tüzelés szilárd tüzelő hőenergia elgázosítás éghető gáz villamos energia pirolízis éghető folyadék – olaj hajtóanyag Folyékony fermentálás alkohol préselés növényi olaj Gáz biogáz

Biomassza alapanyagok felhasználási irányai Szilárd biomassza Folyékony biomassza Típus Alapanyag Gáz biomassza Hulladék Állati hulladék   X Melléktermék Hígtrágya Almostrágya Szalma Kukoricaszár Napraforgószár Venyige Cukorrépaszelet Olajos ipari növ. hull. Szántóföldi termesztett növény Silókukorica Rostkender Repce Napraforgó Burgonya Cukorrépa Csicsóka Cukorcirok Energiafű Kínai nád Erdőgazdasági ültetvény Akác Nyár Fűz

Biogáz A biogáz szerves anyagok levegőtől elzárt (anaerob) lebomlása során keletkező gázelegy. Oxigéntől elzárt térben, un. metánbaktériumok jelenléte esetén a biogáz képződés önmagától végbemegy (50–70% metán, 30–40% CO2, egyéb gázok). Természetes biogáz képződés: (mocsarak, nedves hulladéktelepek, állatok) Biogáz előállításra alkalmas anyagok: szerves trágya (híg és almos), mezőgazdasági termékek, energianövények, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, növényi maradványok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek Kivétel: a szerves vegyipari termékek Kerülni kell a tisztító-, fertőtlenítő- és gyógyszerek üzembe jutását

A biogázüzemek csoportosítása a felhasznált anyagok szerint hulladéklerakó telep — depóniagáz szennyvíztelep — szennyvíziszap állati hulladékokat feldolgozó üzemek növényi hulladékokat hasznosító üzemek energianövényeket feldolgozó biogáz üzemek

A biogázképződés szakaszai A biogáz képződésének három szakasza: – első szakasz: a szerves anyagban található fehérjék, zsírok és szénhidrátok bomlanak egyszerűbb vegyületekre (aminósavak, zsírsavak, cukor) – második szakaszban az acetogén baktériumok a fenti anyagok bontásával szerves savakat (ecetsav, propionsav, vajsav) hidrogént és aldehideket hoznak létre – harmadik szakasz: a metántermelő mikroorganizmusok egyik csoportja a szerves savakat metánná, CO2-dá és vízzé. A másik csoport a CO2 és a hidrogén felhasználásával metánt hoz létre. A biogázüzemben a szakaszok nem különülnek el, ezért érzékeny az üzem biotechnológiai egyensúlya.

A biogáztermelés szakaszai

A biogázüzem felépítése Minden biogáztelep alapvetően következő részekből áll: - Előtároló tartály: tárolás, keverés, aprítás (ha szükséges hígítás) - Fermentáló: A biológiai folyamat „színtere”. Légmentes lezárása után üzemi hőmérsékletre kell melegíteni (többnyire 35-40°C). - Gáztározó: A biogáz felfogására és közbenső tárolására szolgál. Itt általában megtörténik a biogáz részleges tisztítása is. - Gázhasznosító: A biogázt fűtőkazánokban, ill. blokkfűtő-kazánokban lehet felhasználni. A szubsztrátumok áramlása alapján két nagy típusa: átfolyó rendszerű üzemek tároló rendszerű üzemek A biogáz üzemek lehetnek egy és többlépcsős változatúak, ebben az esetben a biogáztermelés mikrobiológiai folyamatai térben is elkülönülnek egymástól.

Így épült!

Bruck an der Leitha

Bruck an der Leitha

A biogázüzem felépítése

A biogáztermelés folyamata Az előtárolókba (fermenterokba) bekerül a hígtrágya ami vegyíthető szilárd szerves anyagokkal (aprítás után) → hidrolízis elkezdődik → biogáz-képződés felgyorsul. A keverék a biogázreaktorba jut → (gázreaktor: jól tömített, víz-, gáz-, korrúzió álló, fény nem juthat be.) A fermentor fűtése szükséges a biológiai folyamatokhoz. Számukra optimális hőmérsékleti-tartományok alapján 3 csoport: pszichofil zóna, környezeti hőmérsékleten üzemelő biogáz technológiák, kb. 25 oC-ig → biogáztermelésük alacsony mezophil zóna, a +32 - +42 °C → a baktériumok igen aktívak, a nagyobb hőmérsékletingadozást is elviselik termophil zóna, a +50 - +57 °C között → a baktériumok gáztermelése nagyobb, de érzékenysége is jelentős a hőmérséklet változására

A fermentor mérete 100 számosállat (500 kg súlyú állat) esetén 200–250 m3 közötti. A kierjesztett anyag az utótárolóba kerül (utóerjesztő) (előírt méret: 6 hónap) A reaktorban keletkezett gáz → gáztároló (át nem eresztő fólia) Az égetés előtt gáz tisztítás (szennyező elemek, kénhidrogén) → gáz nedvességtartalmának csökkentése (talajba fektetett csővezetékben) → ismét felmelegítve ismét szárazon kerül a motorba.

A biogázüzem: irányítástechnika, biztonság A biogáztermelés biztonsága érdekében elengedhetetlen a hőmérséklet, a pH, a képződött gáz mennyisége, metán és kénhidrogén tartalom mérése és szintet tartása. Az üzembiztos termelés változását előre jelzik pl. a felhasznált alapanyagok, a termelt energia pontos mennyisége. A már fel nem használt, és nem is tárolható gáz → gázfáklya Üzembiztonság: a fermentor tér levegőtartalma <10%

Pirolízis Elsődleges termékek Gázok kondenzáció biomassza Szerves gőzök kátrány Bio-olaj Faszén A pirolízis során a szerves anyagok az elégetéshez nem elegendő levegő jelenlétében, 450-600 OC –ra hevítve, az atomok gyors mozgásának következtében szétesnek

(típusai: pirolízis-, szintézis-, generátorgáz) A keletkezett biogáz Autoterm (levegő) Alloterm (gőz) (típusai: pirolízis-, szintézis-, generátorgáz) átlagos fűtőértéke: 22 MJ/kg összetétele: CH4 (60-70%), CO2 (30-40%), mellékgázok (H2; CO – 4%, H2S, O2, N2) A kinyerhető metán mennyiségét befolyásoló tényezők: a kiindulási szerves anyag összetétele, a biogáz-erjesztő berendezés műszaki színvonala, az alkalmazott erjesztési technológia, a szárazanyag-tartalom, az erjesztő tér hőmérséklete és egyéb mikrobiológiai feltételek.

Szuperkritikus gázosítás A „szuperkritikus vizet”: 221 bar feletti nyomáson 374 oC hőmérséklet feletti vízből kapunk. Ilyen körülmények között a víz oxidáló hatásúvá válik és megváltoztatja szubsztrát szerkezetét: A víz molekulák O atomjai a szubsztrát C atomjaival CO2-ot képeznek A víz és a szubsztrát H atomjai H2 – t képeznek A biomassza szuperkritikus vízben történő kezelése a szerves anyagok üzemanyagokká alakíthatóak és könnyen elválaszthatók a vízfázistól szobahőmérsékletre történő hűtéskor. Az előállított magasnyomású gáz igen gazdag hidrogénben.

Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

A biogáz hasznosításának lehetőségei – településen belül: fűtés, főzés, melegvíz-előállítás, stabil munkagépek közvetlen hajtása, villamosenergia-termelés, és a termelt áram felhasználásra, világítási célokra, vagy ipari munkagépek hajtására – nagy gáztermelő telepeken: felhasználás közvetlenül gázenergia-formában, eltüzeléssel, gázból villamosenergia-termelés, gáztisztítás és mosás után a földgázhálózatba való betáplálás, folyékony motorhajtó üzemanyag (metanol) előállítása – településen lévő ipari hasznosítás: istállók fűtése, mezőgazdasági hűtőberendezések üzemeltetése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, élelmiszeripari üzemek energiaellátása – biogáz földgáz minőségűre történő átalakítása – biogáz-tárolás végrehajtása – robbanó motor hajtása – villamosáram-termelés – a termelt biogáz egész évi optimális szétosztása

Biometán - robbanó motor hajtása Földgáz minőségűre történő tisztítás után: – földgázhálózatba betáplálás – üzemanyagként A biogáz mint üzemanyag elterjedésének gátló tényezők: – beruházási költségek: a termelő és tisztó berendezések drágák, töltőállomás kiépítése költséges – üzemanyagként nem mentesül a jövedéki adó fizetése alól

A biogáz felhasználás előnyei Gazdasági előnyök: – sokoldalú hasznosítási lehetőség, – jelentéktelen az emisszió, – hulladékok és melléktermékek hasznosítására ad lehetőséget, – hulladéktárolóknál, szennyvíz-telepeken képződő gázok hasznosítása, Környezetvédelmi előnyök: – CO2 csökkentés – CH4 csökkentés – hulladéklerakóink többsége alkalmatlan biogáz-termelésre, magas befektetési költségek → szelektív hulladékgyűjtés – trágya, maradék szervesanyag kihelyezése és műtrágya készítése

A nyírbátori üzem paraméterei Magyarországon 15 üzem van → de többnyire a szennyvíziszap kezelése) kevés a mezőgazdasági hulladékot feldolgozó üzem Felhasznált alapanyag: 300 t/nap Fermentáció: 38 oC-on 24 nap 55 oC-on 24 nap Biotrágya tárolás: 120 nap Összes műtárgy térfogat: 27 000 m3 Keletkező biogáz mennyiség: 10 000 m3/nap Villamos energia termelés: 21 000 kW/nap

Példa Magyarország biomassza potenciáljára: A hulladékképződés várható alakulása (Országos Hulladékgazdálkodási Terv) alapján az ebből előállítható biogáz és villamos energia mennyisége Hulladék típusa 2000. 2005. 2008. Mg.-i és élelmiszeripari 5,0 3,0 Települési szilárd hulladék ( 50 %) 2,3 2,4 2,6 Települési folyékony 5,5 5,2 4,6 Szennyvíziszap 0,7 1,1 1,5 Mg.-i és erdőgazdasági maradványok 28,0 30,0 32,0 ÖSSZESEN (millió t) 41,5 43,7 Biogáz termelés (milliárd m3) 6,6 6,9 Nyerhető összes villamos energia(milliárd kW) 13,2 14,8 Értéke (milliárd Ft) 238 266 Erőművi kapacitás (MWh) 1500 1690

A betáplálás szempontjából figyelembe vehető gázok jellemzői, osztályozása az anaerob forrásokból származó biogáz jellemzői: a földgáznál jóval kisebb az energiatartalmuk az összetétel nem felel meg a közszolgáltatású gázokénak tartalmaznak inert komponenseket (N2, CO2) a depóniagázban oxigén is előfordulhat egyéb nem kívánatos komponensek (H2S, NH3) az összetétel és a minőség időben változó a biogáz energiatartalma a metán térfogathányadtól függ mezőgazdasági telepeken (60–70%) szennyvíziszapból (55–65%) depóniatelepeken (44–45%)

A biogáz összetételében megjelenő komponensek CO2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, savas közeg N2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx O2 – korróziós hatás, + vízgőz → fagyveszély H2 – biztonságtecnikai kockázat H2S – leválasztásuk alapvető követelmény CO – vérméreg, erős redukálószer NH3 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx Cl, F – sóképzők aromás szénhidrogének (benzol, tulol) – a műanyag alaktrészeket károsítja sziloxánok – mozgó alkatrészek kopása Európában 6 országban van valamilyen szintű előírás