Biologiczne metody przedłuŜania eksploatacji biogazu wysypiskowego w celach energetycznych na przykładzie składowiska odpadów komunalnych

Dr inŜ. Jacek Wereszczaka

Agro-Eko-Land@o2.pl

601 749 567

Czy Polskę staćna redukcjęemisji gazów

cieplarnianych?

Z 1 tony odpadów komunalnych powstaje w ciągu ok. 20 lat przeciętnie 230 m3 gazu wysypiskowego.

Potencjał energetyczny wysypisk śmieci, w zakresie moŜliwości wykorzystania biogazu,

wynosi w Polsce ok. 595 mln m3/rocznie przy ok. 13 mln ton zgromadzonych odpadów.

Dla lepszego zobrazowania potencjału energetycznego: z odpadów komunalnych zgromadzonych w ciągu roku z milionowego miasta powstaje taka ilość gazu, z której w okresie 12 miesięcy moŜna uzyskać 24000 MW mocy cieplnej.

RENERRenewables Environment Nature Education Resources

http://www.agroenergetyka.apra.pl/index.php?content=823

Gazy fermentacyjne zaliczane są do grupy biogazów tj. gazów powstałych w wyniku aktywności metanogennych bakterii beztlenowych powodujących rozkład substancji organicznej.

Głównym składnikiem biogazów jest metan i dwutlenek węgla.

Proces utylizacji odpadów organicznych przy wykorzystaniu fermentacji metanowej najbardziej rozpowszechniony jest w rolnictwie.

Ostatnio, coraz częściej, znajduje on zastosowanie do utylizacji odpadów z innych źródeł.

W całkowitej masie odpadów deponowanych na wysypiskach znaczną częśćstanowią odpady ulegające biodegradacji, W wyniku fermentacji substancji organicznych powstaje ogromna ilość gazu wysypiskowego. Jego utylizacja poprzez energetyczne wykorzystanie jest jedną z moŜliwości prowadzących do spełnienia wymagań dyrektyw unijnych, dotyczących zarówno wzrostu udziału energii ze źródeł odnawialnych w ogólnym bilansie energetycznym państwa, jak i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Gaz wysypiskowy powstaje w procesie biologicznego rozkładu substancji organicznej zawartej w odpadach poddanych odpowiednio prowadzonemu procesowi składowania.

Zasadniczym składnikiem palnym gazu wysypiskowego jest metan CH4, który powstaje w wyniku rozkładu:

odpadów celulozowych 90 % metanu,

z organicznych związków azotowych 8.5 % i 0.5 % z cukrów.

Typowy skład gazu wysypiskowego z prawidłowo utworzonego i eksploatowanego złoŜa składa się około 45 - 58 % metanu, 32 - 45 % dwutlenku węgla, 0 - 5 % azotu, >1 - 2 % wodoru, 2 % tlenu oraz śladowe ilości innych związków jak chlorowodór, węglowodory wyŜszych rzędów, związki alkaiczne, siarkowodór (10 – 200 ppm), amoniak, tlenek węgla i inne [Toward a Renewable Power Supply: The Use of Bio-based Fuels in Stationary Fuel Cells. Northeast Regional Biomass Program.

Washington DC, USA, 2001.]. Wartość opałowa gazu wysypiskowego wg danych amerykańskich waha się w granicach 12 – 22 MJ/mn3 [Comparative analysis of landfill gas utilization

technologies. Northeast Regional Biomass Program. CONEG Policy Research Centre. Washington, D.C., USA, 2001].

Składowiska odpadów stare

(oraz mniejsze niŜ 0,5 ml ton)

nie nadają się do energetycznego wykorzystania

CO

DALEJ?

Na składowiskach, gdzie od wielu lat pozyskuje się metan notowane jest spowolnienie procesów „metanizacji” czego objawem jest ograniczenie - zjawisko to nosi nazwę stabilizacji, a w efekcie końcowym zakończenie wydzielania gazów.

W tym momencie producent energii elektrycznej staje

przed trudną decyzjąo wyłączeniu instalacji lub poszukuje metod

pozwalających przedłuŜyć jej eksploatację.

2011 r.

Dla długo eksploatowanych składowisk, w celu utrzymania procesu produkcji metanu na poziomie gwarantującym efektywność ekonomiczną i energetycznąwykorzystania elektrowni, zaproponowano autorską metodę polegającą na intensyfikacji pierwszego etapu rozkładu materii organicznej.

Przy wykorzystaniu nowoczesnej biotechnologii ze Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej (SCD Probiotic)

w połączeniu z innowacyjnością polskich autorów wyprodukowano i wprowadzono do stosowania bioprodukt – PROBIOMET™

PROBIOMET jest cieczą - kompozycją róŜnych gatunków bakterii, zarówno tlenowych jak i beztlenowych, grzybów oraz dodatków organicznych aktywizujących procesy przekształcania masy organicznej będącej źródłem pokarmów pokrywającym potrzeby mikroorganizmów biorących udział w produkcji metanu.

Prezentowane wyniki, dotyczą dwóch działających elektrowni spalających metan pozyskiwany z gazu wysypiskowego.

Odpady gromadzone na wysypisku od 1998 roku na kwaterze o powierzchni około 4 hektary, zawierają w swoim składzie odpady komunalne.

Instalacja Małej elektrowni metanowej:

systemu pozyskiwania biogazu (35 pionowych szybów wydobywczych),

dwóch rurociągów zbiorczych,

rurociągu przesyłowego,

jednej studni odwadniającej,

dwóch silniki spalających biogaz,

dwa generatory prądotwórcze 200 kW,

instalacje automatyki, sterowania i kontroli

oraz stacja transformatorowa z napowietrzną linią energetyczną

Celem pracy było określenie wpływu preparatu PROBIOMET™ zastosowanego w postaci iniekcji bezpośredniej do odwiertu (w ilości 20 l na jeden otwór) na intensywność fermentacji metanowej złoŜa

Doświadczenie przeprowadzono na dwóch wysypiskach odpadów komunalnych.Pomiary wykonano na jednym z nich wczesną wiosną 2011 r.,Na drugim w okresie od listopada do grudnia 2011 r.

Pomiary stęŜenia metanu i tlenu wykonywano urządzeniem firmy Gas Data GFM series, 19 lipca 2006, 10074. w okresie przed zastosowaniem do 30 dni po zastosowaniu Preparatu do otworów.

Intensywność fermentacji metanowej określano na podstawie pomiarów stęŜenia metanu i tlenu w gazie wysypiskowym

W jednej z Elektrowni produkcja energii elektrycznej po 4 latach działalności obniŜyła się.

Początkowo produkowano 400 kW przez całą dobę,

a obecnie TYLKO 120 kW

obecnie tylko 115

PROBIOMET™

Iniekcja biopreparatu bezpośrednia do 8 otworów

% metanu w gazie wysypiskowym

Pionowe szyby wydobywcze

CH4 O2

27,4 3,1

34,3 1,8

32,9 2,2

29,9 2,9

30,5 2,5

29,0 3,5

30,67 2,67

Wiosna 2011 r. Elektrownia I

Przed zastosowaniem preparatu przeprowadzone pomiary wykazały

następujący uśredniony skład biogazu: metan 24%, tlen 3,1%,.

16 marca

19 marca

21 marca

28 marca

9 kwietnia

Średnio w okresie badawczym

Rozmieszczenie pionowych szybów wydobywczena powierzchni wysypiskaElektrownia II, pomiary zimowe XI-XII 2011

Zima 2011 r. Elektrownia II ProBioMet zastosowano 15 listopada 2011 r.

Zima 2011 r. Elektrownia II ProBioMet zastosowano 21 listopada 2011 r.

Po zastosowaniu biopreparatu PROBIOMET wg metody autorskiej,

zarówno w okresie wczesno wiosennym,jak i zimowym, notowano wzrost udziału

metanu w gazie wysypiskowym.

W gazie wysypiskowym w okresie badawczym

od 15 marca do 9 kwietnia 2011 r.

po zastosowaniu bioprepatatu

zanotowano:

wzrost zawarto ści metanu

z 24% do średnio 31 %

oraz

obni Ŝenie zawarto ści tlenu z 3,1 do 2,7%

PROBIOMET

Ze względu na krótki okres gromadzenia danych (prowadzenia pomiarów) po zastosowaniu biopreparatu

PROBIOMET,jako stymulatora produkcji metanu na składowiskach odpadów,

naleŜy kontynuowa ć obserwacje i badania oraz zwi ększy ć liczb ękontrolowanych składowisk.

Redukcja emisji gazów cieplarnianych o 80% do

roku 2050?

POLSKIEWETO

Dziękuję

za

uwagę