BIOGAZOWNIEKORZYŚCI CZY ZAGROŻENIA

Bogdan Szymański

współpracaAgnieszka Szymańska

Fundacja Wspierania Inicjatyw Ekologicznych2012

Wydawca:Fundacja Wspierania Inicjatyw Ekologicznychul. Czysta 17/4, 31-121 Krakówe-mail: biuro@fwie.plhttp://www.fwie.pl

Copyrigt ©by Fundacja Wspierania Inicjatyw EkologicznychKraków, 2012

SPIS TREŚCI

Wstęp ................................................................................................. 6

Co to jest i jak powstaje biogaz ........................................................... 8

Produkcja biogazu w procesie fermentacji beztlenowej ...................... 10

Czynniki wpływające na przebieg fermentacji .................................... 12

Etapy procesu fermentacji ................................................................. 18

Z czego można wytwarzać biogaz, czyli kilka słów o substratach ....... 26

Technologie biogazowe – poznajemy biogazownie ............................... 37

Zalety i wady biogazowni ............................................................. 58

Jakie korzyści niosą biogazownie ........................................................ 62

Biogazownie w Polsce – biogazownie rolnicze .................................... 64

6

WSTĘP

Zmniejszające się zasoby paliw kopalnych wymuszają na nas szukanie al-ternatywnych źródeł energii. Jest nim między innymi biogaz pozyskiwany w procesie fermentacji. Potencjał biogazu w Polsce jest znacznie więk-szy niż zużycie gazu ziemnego. Surowiec do produkcji tak znacznej ilości biogazu można pozyskać zwłaszcza na polskiej wsi. Do zagospodarowania jest ogromna ilość powstających odchodów w postaci gnojowicy i obornika w fermach chowu zwierząt, olbrzymi areał użytków i nieużytków rolnych, które można przeznaczyć na uprawę roślin energetycznych oraz odpadki roślinne z rolnictwa i przemysłu rolno-spożywczego. Biogazownie przyczy-niają się jednocześnie do zwiększenia zatrudnienia na terenach wiejskich a także zapewniają większą stabilizację energetyczną kraju.

Wymogi Unii Europejskiej dotyczące zmniejszenia emisji gazów cieplarnia-nych do atmosfery w znacznej mierze przyczyniły się do szybkiego rozwoju biogazowni w krajach unijnych. Również promocja i wdrażanie OZE miało duże znaczenie w rozwoju technologii biogazowych. W krajach zachodniej Europy zwłaszcza w Niemczech, Austrii czy Dani wykorzystanie biogazu do produkcji energii jest szeroko rozpowszechnione zarówno w postaci małych lokalnych biogazowni, jak i dużych scentralizowanych obiektów. Szacuje się, że w Polsce ilość dostępnych odpadów z rolnictwa oraz areał

Biogazownia rolnicza

7

rolny możliwy do zagospodarowania jest podobny do tego, jaki występuje w Niemczech. U naszych zachodnich sąsiadów w 2010 roku zlokalizowa-nych było około 5900 biogazowni rolniczych. Dla porównania w Polsce w 2012 roku zarejestrowanych było jedynie 27 tego typu instalacji.

Co w takim razie stoi na przeszkodzie, by w Polsce budować nowoczesne i przyjazne środowisku biogazownie i czerpać z nich korzyści w postaci czystej energii elektrycznej i cieplnej?

W niniejszym poradniku postaramy się przybliżyć technologie produk-cji biogazu i rodzaje biogazowni. Przedstawione zostaną także korzyści, jakie z biogazowni czerpać mogą inwestorzy oraz ci, którzy produkują surowiec, czyli rolnicy. Poradnik spróbuje dać także odpowiedź, w jakim przypadku biogazownie to korzyść, a w jakim zagrożenie dla lokalnej społeczności.

Biogaz – zwany także gazem wysypiskowym – powstaje w wyniku fer-mentacji metanowej (beztlenowej) i jest mieszaniną gazów. Składa się z metanu (CH4), dwutlenku węgla (CO2) oraz innych śladowych domieszek takich jak azot (N2), siarkowodór (H2S) czy amoniak (NH3). Jest to gaz bezbarwny i bezwonny (w zależności od składu może mieć charaktery-styczny zapach siarkowodoru), mający szerokie zastosowanie w energe-tyce oraz przemyśle chemicznym. Substratami do produkcji biogazu są odchody zwierzęce, organiczne części odpadów komunalnych oraz ście-ków, odpadki z przemysłu rolno-spożywczego itp.

Zgodnie z rozporządzeniem ministra gospodarki z dnia 30 października 2011 roku: „Biogaz rolniczy oznacza paliwo gazowe otrzymywane w pro-cesie fermentacji metanowej z surowców rolniczych, produktów ubocz-nych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, z wyłączeniem gazu pozyskanego z surowców pochodzą-cych z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów”.

Zawartość metanu w biogazie decyduje o jego kaloryczności, czyli właś-ciwościach energetycznych. Im jest go więcej, tym wartość opałowa jest wyższa, czyli można uzyskać więcej energii. Biogaz o zawartości około 65% metanu ma wartość opałową na poziomie 23 MJ/m3, a po oczyszcze-niu może mieć nawet 35 MJ/m3.

CO TO JEST I JAK POWSTAJE BIOGAZ?

Skład biogazu w znacznej mierze zależy od rodzaju biomasy poddanej fermentacji, temperatury procesu, pH itp. W szczelnie zamkniętych ko-morach można uzyskać nawet do 85% metanu w powstałym biogazie, średnio jest to około 65%.

Czy wiesz, że...Energia zawarta w 1 m3 oczyszczonego biogazu odpowiada energii zawartej w 0,93 m3 gazu ziemnego lub w 1,25 kg węgla.

?

8

Tab. 1. Procentowa zawartość składników biogazu

Biogazownia rolnicza w Skrzatuszu (Archiwum Biogaz Zeneris Sp. z o.o.)

Dane: M. Seppa, Biogazownie rolnicze, IBMER, Warszawa 1988

Składnik Zawartość % Średnia zawartość %

Metan CH4 52–85 65

Dwutlenek węgla CO2 14–48 34,8

Siarkowodór H2S 0,08–5,5 0,2

Azot N2 0,6–7,5 Śladowe ilości

Wodór H2 0–5 Śladowe ilości

Tlenek węgla CO 0–2,1 Śladowe ilości

Tlen O2 0–1 Śladowe ilości

9

Fermentacja beztlenowa (zwana metanową) jest to proces bioche-miczny, podczas którego substancja organiczna ulega przekształceniu (rozkładowi) w warunkach beztlenowych przy udziale mikroorganizmów. Wyróżniamy cztery etapy fermentacji, w której produkty z etapu po-przedniego są wykorzystywane w kolejnym:

• Hydroliza – następuje rozkład polimerów organicznych do związków o prostszej budowie, m.in.: białek do aminokwasów, lipidów do alko-holi i wyższych kwasów tłuszczowych oraz węglowodanów do cukrów prostych.

• Acidogeneza – następuje rozkład produktów powstałych podczas hy-drolizy do związków prostszych w budowie, m.in.: powstają kwasy karboksylowe: walerianowy, mrówkowy i propionowy;

• Acetogeneza – następuje kolejny rozkład na związki o prostszej bu-dowie, powstaje octan produkowany z glukozy (przez heterotrofy) lub z dwutlenku węgla i wodoru (przez autotrofy)

• Metanogeneza – powstaje metan produkowany z octanu lub jako wy-nik redukcji dwutlenku węgla wodorem.

PRODUKCJA BIOGAZU W PROCESIE FERMENTACJI BEZTLENOWEJ

Czy wiesz, że...Z 1 kg węglowodanów powstaje średnio 0,42 m3 CH4, z białek – 0,47 m3 CH4, z tłuszczów – 0,75 m3 CH4.

?

10

11

12

Prawidłowo dobrane parametry do procesu fermentacji mogą korzystnie wpłynąć na ilość i jakość powstałego biogazu oraz na stopień neutralizacji i przetworzenia surowego wsadu. Czynnikami mającymi wpływ na proces fermentacji są m.in.: temperatura, pH, zawartość suchej masy, czas prze-bywania substratu w komorze (hydrauliczny czas retencji), stosunek węgla do azotu, czynniki toksyczne (inhibitory), sposób mieszania wsadu.

Temperatura Bardzo istotne jest utrzymanie stałej temperatury procesu. Zazwyczaj zakres temperatur jest utrzymywany w przedziale 28–32oC, ale w szcze-gólnych przypadkach temperatura może być inna. Przekroczenie okre-ślonego zakresu temperatur może doprowadzić do zahamowania procesu lub do jego całkowitego zaprzestania na skutek wyginięcia bakterii. Każdy szczep bakterii potrzebuje innego zakresu temperatur, w którym może się rozmnażać, z tego względu wyróżniamy fermentacje:• psychrofi lną – zachodzi w temperaturze 10–25oC – produkcja biogazu

jest nieopłacalna, • mezofi lną – zachodzi w temperaturze 26–42oC – najczęściej stosowana, • termofi lną – zachodzi w temperaturze 43–57oC – stosowana, gdy

część substratu wymaga wcześniejszej higienizacji, np. odpady po-ubojowe, resztki spożywcze.

Prowadzenie procesu powstawania biogazu w zakresie mezofi lnym (temp. 26–42oC) jest najbardziej rozpowszechnione i najkorzystniejsze z punktu ekonomicznego. Można wtedy uzyskać relatywnie największą ilość bioga-zu z jednoczesnym zachowaniem dużej stabilności procesu.

W celu zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu i utrzymania stałej temperatury zazwyczaj wsad jest ogrzewany. W przypadku awarii i ob-niżenia temperatury, zaczynają się gromadzić kwasy na skutek działania bakterii octowych i hydrolizujących, bardziej odpornych na niższe tempe-ratury i spadek pH. Aby zapobiec takim sytuacjom nie powinno się wpro-wadzać nowej porcji substratu do komory fermentacyjnej.

pH – odczyn wsadu Bakterie uczestniczące w procesie fermentacji mają różny zakres tole-rancji pH. Bakterie metanowe oraz produkujące kwas octowy wymagają środowiska obojętnego w zakresie 6,8–7,5. Niewielka zmiana odczynu, zwiększenie kwasowości może przyczynić się do zmniejszenia produkcji biogazu lub nawet jego zahamowania. W przypadku zakwaszenia wsadu konieczne jest podanie wapna jako CaO lub Ca(OH)2 bądź zaprzestanie

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NAPRZEBIEG FERMENTACJI

13

podawania świeżej porcji wsadu, aby umożliwić bakteriom rozkład nagro-madzonych kwasów.

Zawartość suchej masy Rozróżniamy dwa rodzaje fermentacji w zależności od zawartości suchej masy. Fermentacja sucha to taka, gdy zawartość suchej masy przekracza 12% (może dochodzić do 15%), a mokra, gdy zawartość suchej masy wynosi mniej niż 12% (wsad do biogazowni jest pompowalny). Częściej stosuje się fermentację mokrą, gdyż substraty krócej przebywają w komorze. Natomiast nie powinno się prowadzić fermentacji jedynie na gnojowicy, gdyż bakterie rozwijające się potrzebują stałego podłoża, w którym mogą się namnażać.

Czas przebywania substratu w komorze (hydrauliczny czas retencji) Jest to okres, kiedy substraty przebywają w zbiorniku fermentacyjnym. Najdłuższy czas retencji mają substancje zawierające duże ilości celulozy, hemicelulozy czy ligniny np. kiszonka z kukurydzy czy wytłoki z rzepaku. Ich rozkład można przyśpieszyć stosując rozdrabnianie lub zwiększoną temperaturę i ciśnienie podczas obróbki wstępnej. Przykładowo czas re-tencji dla gnojowicy trwa 20 dni a dla roślin energetycznych 60 dni.

Stosunek węgla i azotu (C:N)Duże stężenie azotu w substracie może powodować powstawanie amoniaku. To z kolei sprawia, że proces fermentacji może zostać zaburzony, a bakterie mogą wyginąć. Z tego powodu stosunek węgla do azotu nie powinien prze-kraczać 100:3. Ważne jest również dostarczenie bakteriom składników po-karmowych i pierwiastków śladowych, m.in.: żelaza, niklu, kobaltu, selenu, molibdenu i wolframu w celu utrzymania ich optymalnego wzrostu.

Czynniki toksyczne (inhibitory) Są to różnego typu substancje toksyczne niekorzystnie wpływające zarówno na bakterie metanowe, jak i na cały proces fermentacji. Mogą być dostarczo-ne wraz z osadem (na skutek zanieczyszczenia osadu np. związkami metali ciężkich) oraz powstawać podczas źle prowadzonego procesu fermentacji.

14

Sposób mieszania wsaduMieszanie wsadu ma na celu:• utrzymanie jednakowej temperatury i konsystencji,• niedopuszczenie do powstawania kożuchów na powierzchni,• ułatwienie pozbycia się nagromadzonych gazów w tym dwutlenku węgla,• zwiększenie dostępu bakterii do cząstek substancji organicznej,• zapewnienie jednorodności procesu fermentacji w całej komorze,• zapewnienie równomiernego rozprowadzenia nowej porcji substratu

w komorze,• niedopuszczenie do powstawania tzw. martwego pola - miejsc, gdzie

bakterie nie mogą dotrzeć.

Nie należy zbyt często i zbyt intensywnie prowadzić mieszania wsadu, ponie-waż może to doprowadzić do zakłócenia procesu. Najłatwiejszym sposobem mieszania jest ciągłe podawanie nowej porcji substratu. Gdy jest to niewy-starczające, stosuje się aktywne mieszadła mechaniczne, urządzenia pneu-matyczne lub pompy hydrauliczne. Najtańszym rozwiązaniem i zarazem naj-prostszym jest montaż mieszadeł mechanicznych wewnątrz komory.

Komora fermentacyjna z urządzeniem dozującym wsad

15

Fermentacja może być prowadzona w sposób ciągły – gdy substraty są dostarczane stale do komory fermentacyjnej lub okresowy – gdy substraty są wprowadzane partiami. Najczęściej stosuje się okresowy załadunek. Sposób wprowadzania produktu jest dobierany indywidual-nie podczas projektowania danej instalacji i zależy głównie od rodzaju użytych substratów. Na jakość i ilość powstałego biogazu ma również wpływ liczba komór fermentacyjnych. Wielokrotny proces fermentacji, jest znacznie korzystniejszy ze względu na powstawanie większej ilości biogazu, niestety wiąże się to ze zwiększonymi nakładami inwestycyjny-mi podczas budowy biogazowni.

Czy wiesz, że...1 metr sześcienny (m3) znormalizowanego biogazu ma wartość kaloryczną 0,6 l oleju opałowego.

?

16

Biogazownia rolnicza

17

18

Prawidłowo przeprowadzony proces fermentacji pozwala na uzyskanie dużej ilości biogazu. Proces technologiczny zarówno w biogazowni rolni-czej, jak i utylizacyjnej jest praktycznie taki sam. Niewielkie różnice wy-stępują na etapie przygotowania wsadu w biogazowniach utylizacyjnych, o czym będzie szerzej w następnych rozdziałach. Generalnie rzecz biorąc, w biogazowniach można wyróżnić pięć etapów procesu technologicznego. 1. Dostarczenie, przygotowanie i składowanie substratówSubstraty mogą być magazynowane przy biogazowni w specjalnych zbior-nikach (np. gnojowica) lub silosach (np. kiszonka z kukurydzy), albo mogą być regularnie dostarczane bezpośrednio z miejsca, w którym powstają. Wsad wprowadzany do zbiornika fermentacyjnego powinien być stosun-kowo jednorodny, z tego względu substraty muszą być uprzednio roz-drobnione i wymieszane. W przypadku utylizacji w instalacji biogazowej odpadów poubojowych kategorii 2 i 3 wymagana jest ich wcześniejsza higienizacja w wysokiej temperaturze.

2. Wprowadzenie substratów do komory fermentacyjnejSubstraty ciekłe zazwyczaj transportuje się do komór fermentacyjnych szczelnymi rurociągami, co ogranicza emisję odorów. Substraty o niskim uwodnieniu dostarczane są do zbiornika taśmociągiem i podajnikiem śli-makowym, który jednocześnie je rozdrabnia.

3. Wytwarzanie biogazuProces fermentacji metanowej, czyli wytwarzanie biogazu, odbywa się w zbiornikach wykonanych z żelbetu, stali lub tworzywa sztucznego (rzadko). Zbiorniki takie powinny być dobrze ocieplone, a wewnątrz mogą mieć zainstalowane dodatkowo instalacje ogrzewające wsad. Zbiorniki powinny być również zaopatrzone w mieszadła. Wytworzony biogaz może gromadzić się w szczytowej części komory pod dachem (często stosowane są dachy membranowe, które mogą zwiększać ob-jętość) lub w osobnym zbiorniku.

ETAPYPROCESU FERMENTACJI

19

Zielonka zmagazynowana

w balach przy biogazowni

Widok komory fermentacyjnej

wewnątrz – biogazownia w Skrzatuszu

(Archiwum Biogaz Zeneris

Sp. z o.o.)

Komorafermentacyjna

20

4. Uzdatnianie i zagospodarowanie osadów pofermentacyjnychProduktem ubocznym procesu fermentacji jest przefermentowana substancja organiczna, czyli tzw. osad pofermentacyjny, zwany również pulpą pofermen-tacyjną. Jest to wysokiej jakości nawóz naturalny, który po stabilizacji może być wykorzystywany do nawożenia pól. Osad ten charakteryzuje się dużą płyn-nością i może być transportowany na pola w takiej właśnie postaci lub można oddzielić frakcje stałą od płynnej. Powstały kompost jest łatwiejszy w skła-dowaniu i dalszej dystrybucji. Zaletą powstałego osadu jest duża zawartość związków biogennych łatwo przyswajalnych dla roślin i mniejszych emisjach zapachu niż gnojowica i inne nawozy naturalne. Jest także bezpieczniejszy w nawożeniu (nie zawiera żadnych patogenów chorobotwórczych, a także nie powoduje wypalania roślin). Odciek można wykorzystać jako nawóz lub za-wrócić do komory fermentacyjnej (w celu rozrzedzenia wsadu).

5. Uzdatnianie i wykorzystanie biogazuPowstały biogaz w procesie fermentacji jest wykorzystywany głównie do celów energetycznych. Zazwyczaj jest spalany w agregacie kogeneracyj-nym w celu wytworzenia energii elektrycznej i cieplnej. Wykorzystanie powstałej energii jest indywidualne dla konkretnej biogazowni. Jeżeli za-

Rozprowadzanie nawozu pofermentacyjnego na polach

21

Czy wiesz, że...W Sztokholmie pod koniec 2009 r. zarejestrowanych było 130 autobusów na gaz i 500 na etanol (35% wszystkich autobusów w Sztokholmie).

?

wartość metanu jest powyżej 40%, to może być on również wykorzysty-wany do innych procesów technologicznych.

Biogaz można wykorzystać do:• produkcji energii cieplnej w kotłach gazowych,• produkcji energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,• produkcji energii cieplnej i elektrycznej w kogeneracji (np. wyko-

rzystując silniki tłokowe),• pojazdów i silników trakcyjnych – może stanowić paliwo,• sieci gazowej – po wzbogaceniu może być do niej wtłaczany• produkcji metanolu (może być wykorzystywany również w innych

procesach technologicznych).

22

Samochód, który alternatywnie może być zasilany biogazem

23

24

25

26

Ze względu na źródło pochodzenia surowce do produkcji biogazu możemy podzielić na źródło rolnicze, odpady z wysypisk śmieci oraz oczyszczalni ście-ków, odpadki przemysłu spożywczego oraz z upraw roślin energetycznych.

Z CZEGO MOŻNA WYTWARZAĆ BIOGAZ, CZYLI KILKA SŁÓW O SUBSTRATACH

27

Biogaz można produkować praktycznie ze wszystkich odpadów i produk-tów ubocznych powstających w fermach chowu zwierząt oraz w prze-myśle spożywczym i rolniczym. Również rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do produkcji biogazu. Każdy produkt wyjściowy zawiera różne ilości białka, tłuszczów czy węglowodanów, więc ilość powstałego biogazu nie jest jednakowa.

W tabeli 2 podano uzysk metanu dla poszczególnych substratów wyjścio-wych do produkcji biogazu, w przeliczeniu na tonę świeżej masy.

Tab. 2. Zawartość biogazu i metanu w substratach wykorzystywanych w biogazowniach

Substrat wyjściowy do produkcji biogazu

Uzysk biogazu [m3/tśm]

ZawartośćCH4 [% obj.]

Po

cho

dze

nie

ro

lnic

ze

Gnojowica bydła 20–30 60

Gnojowica świń 20–35 60–70

Obornik bydła 40–50 60

Obornik świń 55–65 60

Obornik kurzy 70–90 60

Osad ściekowy 35–280 60–72

Odpady z terenów zielonych 150–200 55–65

Odpady organiczne z wysypisk 200–250 45–65

Odpadki kuchenne, przetermi-nowane produkty spożywcze 50–480 45–61

Up

raw

y rośl

in

ener

get

yczn

ych

Kiszonki traw 170–200 54–55

Kiszonki kukurydzy 170–200 50–55

Żyto 170–220 ok 55

Burak cukrowy 170–180 53–54

Nać buraka ok 70 54–55

Burak pastewny 75–100 53–54

Od

pad

ki

z p

rzem

ysłu

sp

oży

wcz

eg

o

Wysłodziny browarniane 105–130 59–60

Wywar zbożowy 30–50 58–65

Wywar ziemniaczany 36–42 58–65

Wytłoki owocowe 250–280 65–70

Wytłoki winorośli 250–270 65–70

Serwatka 55 lub 34 b.d.

28

Zbiór zielonki z kukurydzy

29

30

Klasyczne biogazownie rolnicze wykorzystują do produkcji biogazu za-zwyczaj kiszonki z kukurydzy oraz odchody zwierzęce. Nie zawsze jednak jest możliwe pozyskanie tego typu substratów w ilości wystarczającej, dlatego też pozyskuje się inne odpady organiczne. Wśród tak wielu sub-stratów kilka z nich warto poznać bliżej. Są to kiszonka z kukurydzy, gnojowica bydlęca i świńska, buraki cukrowe, osady ściekowe, odpady organiczne z wysypisk śmieci.

Kiszonka z kukurydzyWśród kiszonek roślinnych najczęściej stosowana jest kiszonka z ku-kurydzy. Kukurydza charakteryzuje się średnimi wymaganiami glebo-wymi, dając w zamian wysokie plony z hektara, średnio rocznie 45 ton masy zielonej / ha. Fermentacji poddaje się kiszonkę kukurydzy lub zielonkę kukurydzy, a także rozdrobnione kolby (CCM) i łodygi. Kiszon-ka powstaje w około sześć tygodni. Badania wykazały, że rozdrobniona kiszonka z kukurydzy daje o około 15% więcej biogazu niż kiszonka nierozdrobniona. Dodatkowo kukurydza stosowana w procesie fermen-tacji korzystnie wpływa na utylizację (przefermentowanie) gnojowicy oraz osadów ściekowych.

Czy wiesz, że...W 2011 roku w Polsce do produkcji biogazu wykorzystano 108 876,14 ton kiszonki z kukurydzy oraz 265 960,7 ton gnojowicy.

?Gnojowica bydła i świń Gnojowica bydła i świń stosowana jest w biogazowniach głównie rolni-czych. Wykorzystanie ich w biogazowniach przynosi podwójne korzyści. Gnojowica nie może być samodzielnym substratem ze względu na jej dużą płynność i stosunkowo niski uzysk biogazu na poziomie 20–35 m3/tśm. Z drugiej strony dzięki jej płynności można ją łączyć z innymi substratami o większej zawartości suchej masy np. kiszonką z kukurydzy czy rośli-nami energetycznymi. Zutylizowana gnojowica pozbawiona jest zarówno przykrego zapachu, patogenów, jak i swego palącego działania na glebę i może być wykorzystywana jako nawóz.

Czy wiesz, że...Jedna sztuka bydła (DJP – duża jednostka przeliczeniowa) produkuje dziennie obornik wystarczający na wytworzenie 1,7 m3 biogazu.

?

31

Ferma bydła – źródło gnojowicy

32

Buraki cukrowe i pastewneZarówno buraki cukrowe, jak i pastewne ze względu na wysoką wydajność w produkcji biogazu na poziomie 170 m3/tśm mogą być z powodzeniem wy-korzystywane do jego produkcji. Dodatkowo wysokie plony ok. 50 do 60 t/ha buraka cukrowego i ok. 60 do 70 t/ha pastewnego, skłaniają do jego energe-tycznego wykorzystania. Obecnie buraki jako surowiec dla biogazowni są po-zyskiwane na niewielką skalę. Problem stanowi ich przechowywanie ponieważ bulwy buraków są podatne na gnicie i mogą ulegać samoistnej fermentacji alkoholowej zamiast metanowej, tak samo jak odpadki z przetwórstwa z prze-mysłu cukrowniczego. Dalsze badania nad odpowiednim przechowywaniem i zakiszaniem buraków i ich odpadków z przemysłu spożywczego mogą przy-czynić się do zwiększenia ich wykorzystania w procesie produkcji biogazu, zwłaszcza w kontekście ograniczenia przez Unię Europejską produkcji cukru.

Osady ściekowe Osady ściekowe powstają podczas oczyszczania ścieków bytowo-gospodar-czych i gospodarczych. Ich udział w ściekach komunalnych dopływających do oczyszczalni to około 2–3%. Największe znaczenie mają osady powstałe w oczyszczalniach biologicznych. Osady ściekowe są niebezpieczne pod wzglę-dem sanitarnym, zawierają bakterie chorobotwórcze, wirusy oraz pasożyty, a podczas zagniwania rozsiewają nieprzyjemny zapach. Z tego względu ich unieszkodliwienie oraz stabilizacja ich składu chemicznego jest konieczna.

Czy wiesz, że...Budowanie biogazowni przy oczyszczalni ścieków opłacalne jest jedynie tedy, gdy ta przyjmuje średnio 8000–10000 m3 ścieków/dobę (dla 125–155 tys. gospodarstw domowych).

?

Czy wiesz, że...Z 1 t odpadów otrzymuje się ok 200 m3 biogazu, co daje ok. 380 kWh energii elektrycznej i ok. 600 kWh energii cieplnej (wody o temp. 90oC).

?

Odpady organiczne ze składowiska odpadów Odpady organiczne stanowią znaczny udział w odpadach komunalnych. Obec-nie na terenie Polski zlokalizowanych jest ponad 578 wysypisk zarejestrowa-nych, a także kilkaset nielegalnych, na których składuje się około 10 tys. ton odpadów rocznie. Średnio z jednej tony świeżych odpadów komunalnych moż-na otrzymać około 200–250 m3 biogazu, co w skali roku daje miliony metrów sześciennych biogazu, który można wykorzystać do produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Gdy ilość biogazu pozyskanego na składowisku nie jest wy-starczająca i jego energetyczne wykorzystanie nie jest opłacalne, jest on spalany w pochodniach (bez odzysku zawartej w nim energii). Pozyskiwanie i wykorzystanie gazu wysypiskowego przyczynia się do poprawy stanu śro-dowiska, a także zapobiega samozapłonom składowisk odpadów.

3333

Uprawa buraka cukrowego

Osad ściekowy

Składowisko odpadów

komunalnych

Najprościej można powiedzieć, że biogazownia to miejsce, w którym z odchodów zwierzęcych czy z roślin celowo uprawianych, zwanych substratami, produkowany jest biogaz – mieszanina gazów, której głównym składnikiem jest metan tak samo jak w gazie ziemnym po-

TECHNOLOGIE BIOGAZOWE– POZNAJEMY BIOGAZOWNIE

34

Komory fermentacyjne w biogazowni rolniczej

wszechnie dostępnym w naszych domach. W zależności od tego, jaki substrat stanowi wsad w biogazowni wyróżniamy różne typy tych in-stalacji. Produkcja biogazu to bardzo elastyczna technologia, która oferuje możliwość utylizacji wielu uciążliwych odpadów z jednoczesną produkcją użytecznej energii odnawialnej. Odnawialnej w tym wzglę-dzie, że źródło materiału wsadowego do biogazowni stale się odnawia zarówno poprzez sezonowy wzrost roślin, jak też ciągłą produkcję odpadów podczas produkcji żywności czy hodowli zwierząt.

35

36

Komory fermentacyjne

37

38

Istotną zaletą i cechą wspólną wszystkich biogazowni jest możliwość za-gospodarowania różnych grup odpadów, a zwłaszcza odpadów płynnych, np. gnojowicy, co nie jest możliwe w przypadku innych metod ich uty-lizacji, np. spalania. Istnieją jednak pewne ograniczenia technologiczne funkcjonowania biogazowni, które sprawiają, że wykorzystanie niektó-rych surowców do produkcji biogazu jest trudne i nieopłacalne.

Generalnie biogazownie możemy podzielić na:• rolnicze,• rolniczo – utylizacyjne,• inne np. wykorzystujące osad ściekowy lub zlokalizowane

na składowisku odpadów.

Biogazownie innego typu zostały wyróżnione ze względu na definicję biogazu. Według rozporządzenia z dnia 30 października 2011 roku biogaz powstający na składowisku odpadów lub w oczyszczaniach ścieków nie jest biogazem rolniczym. Nie zmienia to jednak faktu, że gaz powstający w wyżej wymienionych miejscach jest paliwem produkowanym ze źródeł odnawialnych.

Ideowy schemat biogazowni

39

Biogazownia rolnicza – prąd, ciepło i nawózBiogazownie rolnicze stają się coraz bardziej popularne zwłaszcza w dużych gospodarstwach rolnych, gdzie możliwe jest zagospodarowanie znacznych terenów pod uprawy surowca do biogazowni oraz powstaje dużo odpadów w fermach chowu zwierząt. W biogazowni rolniczej wsa-dem do produkcji biogazu są:• surowce rolnicze np. buraki cukrowe i pastewne, kukurydza, słoma,• produkty uboczne rolnictwa np. liście buraczane,• płynne i stałe odchody zwierzęce,• produkty uboczne przemysłu rolno-spożywczego.

Odpady organiczne to bardzo korzystne „paliwo” głównie dla małych elektrowni biogazowych, gdyż charakteryzuje je łatwość pozyskania i niska cena. Odpady z przeróbki roślin, łęty (badyle) ziemniaczane i inne nadgniłe rośliny często oddawane są przez rolników za darmo, gdyż ich utylizacja jest dla nich kłopotliwa. W klasycznej biogazowni rolniczej naj-częściej wykorzystuje się kiszonkę z kukurydzy w 70%, resztę stanowi gnojowica. Miejscem przetwarzania surowca w biogazowni jest zbiornik fermentacyjny, w którym zachodzą reakcje biochemiczne prowadzące do powstania biogazu, o którym szerzej pisano w rozdziale 1.

Instalacje do produkcji biogazu rolniczego mogą się różnić między sobą pod względem doboru elementów ciągu technologicznego. Już w fazie planowania biogazowni należy uwzględnić przede wszystkim ilość i ro-dzaj dostępnych substratów, sposób zagospodarowania powstałego bio-gazu oraz osadu pofermentacyjnego. Rodzaj, ilość i jakość substratów ma znaczący wpływ na wielkość komór fermentacyjnych i innych in-stalacji oraz mocy agregatów kogeneracyjnych produkujących energię cieplną i elektryczną.

Możliwe konfi guracje stosowane w biogazowniach rolniczych przedstawio-no w tabeli 3.

Tab. 3. Możliwe technologie stosowane w biogazowniach

Kryterium Opcje technologiczne

Liczba etapów procesu technologicznego

- jednostopniowa (standard)- dwustopniowa (odpady tłuszczowe)- wielostopniowa (substancje trudno rozkładalne)

Temperatura procesu technologicznego

- psychrofi lna 10–25°C (nie stosuje się)- mezofi lna 32–42°C (najczęściej stosowana)- termofi lna 50–57°C

Zawartość suchej masy w substratach

- fermentacja mokra do 12% s.m. (standard)- fermentacja sucha: powyżej 12% s.m.

Tryb napełniania materiałem- nieciągły (okresowy)- quasi-ciągły- ciągły (standard)

40

Biogazownia rolnicza

42

Prowadzenie dwustopniowego procesu fermentacji jest konieczne w przy-padku wprowadzania jednorazowo dużej ilości odpadów tłuszczowych, których rozkład może zakwasić środowisko wewnątrz komory fermen-tacyjnej i zagrozić żyjącym tam bakteriom. Również wtedy, gdy odpady zawierają dużo ligniny, celulozy i hemicelulozy – związków trudno rozkła-dalnych, konieczne jest prowadzenie fermentacji dwustopniowej.

Typowe biogazownie rolnicze składają się z: • urządzeń i elementów koniecznych do składowania i obróbki wstępnej

odpadów Zaliczamy do nich m.in.: zbiorniki magazynujące, płyty, rękawy fo-liowe lub silosy na kiszonkę i inne odpady, zbiornik na odpady płyn-ne, zbiornik mieszania, rozdrabniacze, wagę, dozownik, przenośniki taśmowe lub ślimakowe oraz tabor samochodowy.

• instalacji wodno-kanalizacyjnej Zaliczamy do niej m.in.: pompy i armaturę, rurociągi wodne i ście-kowe, przepompownie oraz studzienki.

• instalacji gazowejZaliczamy tutaj m.in.: zbiorniki na gaz, fi ltry do oczyszczania bio-gazu, ciśnieniomierze, sprężarki, pochodnie do spalania nadwyżki

Rurociągi ciepłownicze w biogazowni w Skrzatuszu

43

biogazu, instalacje do oczyszczania biogazu do wysokich standar-dów, rurociągi.

• systemu grzewczegoZaliczamy tutaj: agregaty kogeneracyjne lub/i kotły grzewcze, rozdzielnie ciepła i rurociągi ciepłownicze, wymienniki ciepła oraz armaturę.

• instalacji elektrycznej i elektroenergetycznejZaliczamy tutaj: generator elektryczny (w agregacie kogeneracyj-nym), urządzenia do chłodzenia generatorów, stacje transformato-rową, liczniki pomiarowe, przyłącze do GPZ, instalacje: elektrycz-ne, przeciw-przepięciowe, odgromowe.

• urządzeń do przechowywania i obróbki osadu pofermentacyjnego Zaliczamy tutaj m.in.: laguny, zbiorniki na osad, pokrycia zbior-ników, urządzenia do osuszania osadu, prasy, urządzenia do granulacji nawozu, pojazdy do transportu i rozprowadzania osa-du i nawozu płynnego.

• innych obiektówNależą tutaj: budynki socjalne, aparatura kontrolno-pomiarowa, la-boratoria, infrastruktura oraz drogi.

Fot.

Arc

hiw

um B

ioga

z Zen

eris

Tec

h Sp.

z o

.o.

Plac do odbioru substratów w biogazowni

46

Zainteresowanie biogazowniami rolniczymi rośnie z roku na rok. Jed-ną z przyczyn tego stanu rzeczy jest rządowy projekt „Biogazownia w każdej gminie”, który przewiduje powstanie około 2 tys. zakładów produkujących biogaz do 2020 roku. Realizacja tego programu ułatwio-na jest przez możliwość uzyskania dotacji w ramach Programu Zielo-nych Inwestycji, a także pożyczek z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Według danych ARR (Agencji Rynku Rolnego) w Polsce w październiku 2012 roku było zarejestrowanych 27 biogazowni rolniczych.

Ideowy schemat biogazowni rolniczej

Czy wiesz, że...W 2011 roku w Polsce wyprodukowano 36,64 mln m3 biogazu rolniczego, z którego otrzymano 73,43 GWh energii elektrycznej i 82,63 GWh energii cieplnej.

?

47

Tab. 4. Biogazownie rolnicze w Polsce (dane: Agencja Rynku Rolnego, 2012 r.)

Lokalizacja Rok oddania instalaji Właściciel Moc instalacji

MWe/MWt

1 Pawłówko 2005 Poldanor S.A. 0,946 / 1,101

2 Płaszczyca 2008 Poldanor S.A. 0,625 / 0,680

3 Kujanki 2008 Poldanor S.A. 0,330 / 0,342

4 Koczała 2009 Poldanor S.A. 2,126 / 2,206

5 Liszkowo 2009 Elektrownie Wodne Sp. z o.o. 2,126 / 1,198

6 Niedoradz 2009 Biogaz Agri Sp. z o.o. 0,252 / 0,291

7 Nacław 2010 Poldanor S.A. 0,625 / 0,686

8 Świelino 2010 Poldanor S.A. 0,625 / 0,686

9 Kalsk 2010 Spółka Rolna Kalsk Sp. z o.o. 1,140 / 1,060

10 Giżyno 2010 Poldanor S.A. 1,063 / 1,081

11 Uniechówek 2011 Poldanor S.A. 1,063 / 1,081

12 Grzmiąca 2011 Eko - Energia Grzmiąca Sp. zo.o. 1,600 / 1,600

13 Skrzatusz 2011 Biogaz Zeneris Sp. z o.o. 0,526 / 0,505

14 Uhnin 2011 Bioelektrownia Sp. z o.o. 1,270 / 1,160

15 Świdnica 2011 BIO-WAT Sp. z o.o. 0,900 / 1,100

16 Łany Wielkie 2011 BIO-BUT Sp. z o.o. 0,526 / 0,540

17 Konopnica 2012 Bioenergy Project Sp. z o.o. 1,998 / 2,128

17 Mełno 2012 Allter Power Sp. z o.o. 1,600 / 1,800

18 Śiedliszczki 2012 Wikana Bioenergia Sp. z o.o. 0,999 / 1,040

19 Zbiersk Cu-krownia 2012 AWW Wawrzyniak Sp. j. 1,600 / 1,620

20 Boleszyn 2012 Biogal Sp. z o.o. 1,200 / 1,220

21 Klępsk 2012 Gospodarstwo Rolne Kargowa - Klępsk Ryszard Maj 1,000 / 1,400

22 Szklarka Myślniewska 2012 P.P.-H.-U. „SERAFIN” Sp. z

.o.o. 0,660 / 0,640

23 Bielany Wrocławskie, 2012 Cargill (Polska) Sp. z o.o. 0,526 / 0,581

24 Piekoszów 2012 Elektrociepłownia Bartos Sp. z o.o. 0,800 / 0,855

25 Zalesie 2012 Polskie Biogazownie "Energy--Zalesie" Sp. z o.o. 2,000 / 2,016

26 Liszkowo 2012 DOBITT ENERGIA Sp. z o.o. 2,126 / 1,198

27 Liszkowo 2012 DOBITT ENERGIA Sp. z o.o. 2,126 / 1,198

Biogazownia rolnicza w Koczale

Fot.

Arc

hiw

um P

olda

nor

S.A

.

50

Biogazownia rolniczo-utylizacyjna. Energia z odpadówBiogazownia utylizacyjna, która nazywana jest także przemysłową, z założenia służy zagospodarowaniu i przetworzeniu, czyli utylizacji odpadów organicznych pochodzących z przemysłu rolno-spożywczego oraz komunalnego. Z tego względu w biogazowniach utylizacyjnych do produkcji biogazu mogą słyżyć m.in.: • odpady przemysłu spożywczego, przetwórstwa owoców i warzyw,• odpady poubojowe kategorii K2 i K3,• odpady restauracyjne i cateringowe – resztki jedzenia,• odpady z przemysłu gorzelniczego,• uboczne produkty hodowli zwierząt jak np. gnojowica, obornik,• odpady pochodzące z produkcji roślinnej,

Odpady K2 są to odpady wysokiego ryzyka i zaliczamy tutaj np. obor-nik i treść przewodu pokarmowego, zwierzęta ubite w celu likwida-cji epidemii choroby. Odpady K3 są to odpady niskiego ryzyka np. części zwierząt po uboju nienadające się do spożycia przez ludzi, skóry,kopyta,rogi, wycofane środki spożywcze pochodzenia zwierzę-

Treść żołądka krowy

51

cego i inne. Biogazownia utylizacyjna, oprócz elementów typowych dla biogazowni rolniczej, ma rozbudowany system odbioru i przygotowania surowca będącego wsadem do produkcji biogazu. Ważnym elementem podczas przygotowania surowca do fermentacji jest jego higienizacja. Dotyczy to głównie odpadów pochodzących z ubojni zwierząt kat. K2 i K3. Odpady takie, uznawane za niebezpieczne dla środowiska, przed wprowadzeniem do komory fermentacyjnej muszą zostać poddane hi-gienizacji, która przebiega w wysokiej temperaturze (70oC lub 133oC w zależności od klasy odpadów), oraz działaniu odpowiedniego ciśnienia w określonym czasie. Technologia przygotowania odpadów jest indywi-dualnie dobierana do konkretnej grupy odpadów. Koszt wybudowania biogazowni utylizacyjnej jest porównywalny do biogazowni rolniczej. Dodatkowe koszty poniesione na stację odbioru odpadów niebezpiecz-nych oraz ich higienizację są równoważone przez mniejsze nakłady na budowę innych obiektów biogazowni. Wynika to z faktu, że w bioga-zowniach utylizacyjnych o tych samych mocach, co rolnicze komory fermentacyjne i pofermentacyjne mają znacznie mniejsze wymiary, czyli koszty ich postawienia są zdecydowanie niższe.

Ideowy schemat biogazowni rolniczo-utylizacyjne

52

Biogazownia rolniczo-utylizacyjna w Skrzatuszu

53

Fot.

Arc

hiw

um B

ioga

z Zen

eris

54

Biogaz ze ściekówBiogazownie wykorzystujące osady ściekowe są szczególnym rodzajem biogazowni utylizacyjnych. Wyróżnia je to, że jedynym wsadem do ko-mory fermentacyjnej jest osad powstały podczas oczyszczania ścieków komunalnych. W Polsce funkcjonuje ponad 2800 biologicznych oczysz-czalni ścieków komunalnych i przemysłowych. Każdy z tych obiektów jest źródłem dużej ilości osadów ściekowych powstałych w wyniku oczyszczania, a te są doskonałym surowcem do produkcji biogazu. Nie zawierają bowiem metali ciężkich czy substancji toksycznych, za to mają wiele substancji organicznej stanowiącej dobrą bazę do fermentacji me-tanowej. Z osadów ściekowych, w zależności od składu osadu, można uzyskać od 0,310 do nawet 0, 740 m3 biogazu na każdy kilogram suchej masy osadu. W Polsce, podobnie jak w innych krajach europejskich, zauważalny jest wyraźny wzrost wytwarzanych osadów ściekowych, co wynika głównie z budowy nowoczesnych oczyszczalni ścieków zastępu-jących stare instalacje. Osad otrzymany po fermentacji można stosować np. w rolnictwie jako nawóz, do rekultywacji terenów zdegradowanych. W zależności od przeznaczenia produktów pofermentacyjnych muszą one spełniać określone warunki jakościowe wymagane przez prawo. Przykładowo ze względów sanitarnych nie mogą być stosowane osady, które zawierają bakterie z rodzaju Salmonella.

W ostatnich latach zachodzą pozytywne zmiany w gospodarce osadowej. Przejawiają się one obniżeniem zawartości metali ciężkich w osadach (na-dal jednak ich ilość jest ponad określoną normę). Utylizacja materiału pofermentacyjnego, w przypadku braku zgody na wykorzystanie do pro-dukcji nawozów, wiąże się z koniecznością ich spalania, co generuje kosz-ty – minimum 700 zł/t. Brak możliwości wykorzystania osadów przesądza praktycznie o braku opłacalności ekonomicznej tego typu inwestycji. Produkcja biogazu ze ścieków z roku na rok staje się coraz bardziej po-pularna. Szacuje się, że ponad połowa działających w kraju biogazowni wykorzystuje ścieki jako surowiec do produkcji biogazu.

Czy wiesz, że...W biogazowni o mocy 0,5 MW powstaje około 3660 ton rocznie mniej zanieczyszczeń (wliczając CO2, CO, SO2, NOx oraz pyły) niż w elektrowni opalanej węglem o tej samej mocy.

?

Komory fermentacyjne w oczyszczalni ścieków

56

Biogaz z odpadów gorzelnianych Od ponad 20 lat działają biogazownie zasilane wywarem z gorzelni. Surow-cem do produkcji biogazu w tego typu instalacjach oprócz samego wywaru mogą być ścieki i nadwyżki drożdży z fermentacji alkoholu z ziemniaków, ziaren zbóż, kukurydzy, a także melasy. Biogazownie współpracujące z go-rzelnią podobnie jak zlokalizowane w oczyszczalniach ścieków zaliczane są do biogazowni utylizacyjnych. Ze względu jednak na specyfi kę całego pro-cesu oraz rodzaju wsadu warto przyjrzeć się im bliżej.

Z uwagi na specyfi kę technologii produkcji gorzelnie idealnie nadają się do współpracy z biogazowniami. Zarówno produkowana energia cieplna, jak i elektryczna może być wykorzystana w trakcie pracy gorzelni, redu-kując jej zapotrzebowanie na dodatkową energię z zewnątrz. Doskonała współpraca biogazowni i gorzelni wynika z faktu, że składniki wywaru są wstępnie rozpuszczane przez drożdże w czasie fermentacji alkoholowej, dlatego też surowiec ten ma stały skład i nie wymaga podgrzewania przed jego wprowadzeniem do biogazowni.

Idealny przepływ masy i energii w gorzelni

Powstałe osady pofermentacyjne gorzelni zazwyczaj są gromadzone, prze-chowywane i wykorzystywane jako dodatek do pasz dla zwierząt gospo-darskich. Mogą również byś składnikiem nawozów organicznych. Składniki mineralne, takie jak wapń, fosfor, azot są w dużej ilości zachowane w pły-nie pofermentacyjnym. Dzięki temu po nawożeniu nimi pól obserwuje się lepsze wyniki niż po nawożeniu świeżym wywarem pogorzelnianym.

57

Gorzelnia

58

Zalety • Biogaz jest paliwem produkowanym ze źródeł odnawialnych, przyja-

znym dla środowiska• Kontrolowana produkcja i wykorzystanie biogazu przyczynia się do

redukcji metanu, dostającego się do atmosfery z dzikiej, niekontrolo-wanej fermentacji

• Zagospodarowanie obornika i gnojowicy przyczynia się do poprawy stanu higieniczno – sanitarnego środowiska

• Zagospodarowanie gnojowicy i osadów ściekowych zmniejsza nie-przyjemny zapach powietrza

• Zmniejsza się powierzchnia składowisk i innych sposobów unieszkod-liwiania odpadów (np. spalania odpadów z ubojni zwierząt)

• Istnieje możliwość wykorzystania różnorodnych substratów – ograni-czenie skażenia środowiska

• Proces fermentacji jest procesem rozkładu biochemicznego – nie są konieczne żadne związki chemiczne do prowadzenia procesu

• Wykorzystanie przefermentowanego osadu, jako nawozu zmniejsza wykorzystanie nawozów sztucznych

• Zniszczenie nasion chwastów podczas fermentacji powoduje redukcję wykorzystania pestycydów w rolnictwie

• Wykorzystywanie roślin energetycznych aktywizuje lokalny rynek rol-ny, zwiększa się zatrudnienie

• Rośnie bezpieczeństwo energetyczne kraju, następuje uniezależnie-nie się od dostaw paliw kopalnych z innych krajów

• Nadwyżki energii elektrycznej sprzedawane są do sieci, a nadwyżki ciepła okolicznym mieszkańcom

• Dzięki rozproszonym źródłom energii istnieje możliwość budowania biogazowni w miejscu powstawania odpadów

• Wzbogacony biogaz można wprowadzać do sieci lub wykorzystać jako paliwo do pojazdów

• Możliwość regulowania produkowanej mocy w zależności od zapotrze-bowania w danej chwili

• Wytwarzanie mocy nie jest zależne od warunków atmosferycznych• Następuje rozwój lokalnej infrastruktury

ZALETY I WADY BIOGAZOWNI

59

Wady • Wysokie koszty inwestycyjne związane z budową komór fermentacyj-

nych, kupna kogeneratora czy aparatury kontrolno-pomiarowej• Konieczność stałej dostawy substratów• Możliwość uciążliwego zapachu w okolicy biogazowni związanego

z dostawą substratów, a także z błędnie zaprojektowaną lub ob-sługiwaną biogazownią

• Brak kontroli nad szybkością produkowanego biogazu• Biogaz jest gazem wybuchowym – konieczność zachowania ostrożno-ści w procesie produkcji, przechowywaniu i wykorzystaniu biogazu, a także przestrzeganie odpowiednich przepisów

• Bariery prawne oraz skomplikowane procedury dofi nansowania• Zły stan infrastruktury energetycznej, kłopoty z przyłączeniem insta-

lacji do sieci gazowej• Niebezpieczeństwo upraw monokulturowych (np. kukurydzy) może

prowadzić do wyjaławiania gleby• Budowa biogazowni może wpływać na zmianę cen surowców oraz cen

energii elektrycznej• Biogaz zawiera zanieczyszczenia w postaci siarki mogące działać ne-

gatywnie na silnik spalinowy

Nawóz – produkt uboczny procesu fermentacji

60

Wiele kontrowersji związanych jest z obawą rozprzestrzeniania się nie-przyjemnego zapachu, który może być uciążliwy dla sąsiadów biogazow-ni. Prawidłowo zaprojektowana i funkcjonująca biogazownia nie emitu-je nieprzyjemnych zapachów bądź ich poziom jest niewielki i okresowy (np. w trakcie załadunku substratu do komory fermentacyjnej). Zasto-sowane rozwiązania technologiczne zarówno podczas transportu, skła-dowania, przetwarzania czy przechowywania sprawiają, że biogazownia, jako obiekt jest obojętna dla otoczenia pod względem wydzielania feto-ru. Po pierwsze transport substratów do biogazowni powinien odbywać się w szczelnych cysternach i kontenerach. Dzięki temu nie są one uciążli-we dla mieszkańców terenów, przez które muszą przejeżdżać. Dodatkowo utrzymanie pojazdów w czystości sprawia, że za pojazdami nie „ciągnie się smród”. Dobrym rozwiązaniem jest transportowanie substratów rurociąga-mi, co jest możliwe, gdy biogazownia jest zlokalizowana blisko miejsca ich powstawania np. gorzelni, chlewni itp. Rozładunek powinien odbywać się w specjalnych halach wyposażonych w biofi ltry. Pozwalają one na wyłapa-nie i oczyszczenie powietrza przed wypuszczeniem go do atmosfery. Wia-domo, że sam proces fermentacji musi przebiegać w szczelnie zamkniętych komorach. Każda usterka zbiornika nie tylko przyczynia się do zanieczysz-czenia atmosfery, ale również do strat fi nansowych, na co biogazownia jako zakład nie może sobie pozwolić. Kolejnym źródłem nieprzyjemnego zapachu może być osad pofermentacyjny. Aby ograniczyć rozciągający się zapach, osad powinien być składowany w odstojnikach lub lagunach przy-krytych specjalną gazoszczelną membraną. Dofermentowany osad ma za-pach podobny do organicznych nawozów.

Jakiekolwiek zaniedbania i odstępstwa od przyjętej technologii mogą przyczynić się do zwiększonego wydzielania nieprzyjemnego zapachu. Najbardziej dokuczliwy jest fetor wydzielany z substancji znajdującej się na odkrytych lagunach, w przypadku gdy substrat został nieprzefermen-towany w całości w komorze fermentacyjnej (zbyt krótki czas przeby-wania w komorze fermentacyjnej, niedostosowanie substratów do tech-nologii biogazowni itp.). Jednak w większości biogazownie nie tylko nie emitują „smrodu”, ale dodatkowo przyczyniają się do zmniejszenia emisji nieprzyjemnego zapachu z np. gnojowicy czy odpadów poubojowych (sto-sowanych jako substraty). Rolnicy zagospodarowują potencjalny surowiec dostarczany do biogazowni, zwłaszcza odchody zwierzęce, deponując je na polach jako naturalny nawóz. Przechowywanie ich na powietrzu bez jakichkolwiek zabezpieczeń lub deponowanie ich na wysypisku odpadów również przyczynia się do dalszego emitowania z nich odoru. Do tego jednak społeczeństwo przyzwyczaiło się, a nieuzasadniony strach przed fetorem z biogazowni często przekreśla plany inwestorów. Rzetelne kon-sultacje przeprowadzone wśród społeczeństwa mogą pozytywnie nasta-wić potencjalnych sąsiadów biogazowni.

61

Dostarczanie do biogazowni odpadów

62

Budowanie biogazowni jak i każdego innego zakładu przemysłowego, nie-sie ze sobą korzyści i zagrożenia. Jednak dobrze wybrana lokalizacja – blisko źródła odpadów wykorzystywanych w biogazowni – oraz poprawnie zaprojektowana i wykonana instalacja może się okazać bardzo korzystna zarówno dla inwestora, lokalnej społeczności, jak i dla całej gminy oraz dla środowiska.

Korzyści dla inwestora:• Sprzedaż do sieci pozyskanej energii elektrycznej i cieplnej• Sprzedaż certyfi katów

Korzyści dla lokalnych mieszkańców – rolników• Nowy rynek zbytu dla lokalnej produkcji rolnej• Dywersyfi kacja źródeł dochodów rolniczych – biogaz może stanowić

stałe dochody w rolnictwie

JAKIE KORZYŚCI NIOSĄBIOGAZOWNIE?

Składowanie przykrytej kiszonki w pryzmach

63

• Zagospodarowanie nieuprawianych areałów pod uprawę roślin ener-getycznych

• Nowe miejsca pracy• Wykorzystywanie osadu pofermentacyjnego ogranicza wykorzystanie

nawozów sztucznych oraz pestycydów• Poprawa środowiska życia poprzez zmniejszanie ilości składowanych

odpadów• Zmniejszenie wydatków na zakup energii elektrycznej i cieplnej• Niezależność od dużych dostawców energii elektrycznej i cieplnej –

bezpieczeństwo energetyczne zwłaszcza podczas awarii sieci

Korzyści dla Gminy:• Zagospodarowanie powstających odpadów z gospodarstw rolnych

i zakładów przetwórstwa rolno-spożywczego, stanowiących uciąż-liwy odpad

• Źródło dochodu z podatków• Biogazownie podnoszą atrakcyjność ekologiczną okolicy• Zwiększenie rozwoju gminy i terenów wiejskich – możliwość pozyska-

nia większych dotacji z Unii Europejskiej • Poprawa lokalnej infrastruktury

64

Biogazownia w Pawłówku Jest to pierwsza biogazownia rolnicza należąca do spółki Poldanor S.A. Uruchomiona została 9 czerwca 2005 roku w Pawłówku w woj. pomor-skim. Została wybudowana według technologii duńskiej. Rocznie bioga-zownia przetwarza prawie 40 tys. ton odpadów m.in.: gnojowicę, kiszon-kę z kukurydzy, odpady mięsne poubojowe oraz glicerynę. W ciągu roku powstaje około 1.500,000 m3 biogazu o zawartości metanu około 65%. W skład obiektu wchodzą: zbiornik wstępny ze stacją pomp, dwa zbior-niki fermentacyjne o łącznej pojemności 1500 m3, budynek techniczny z higienizatorem odpadów kat. 3, dwa zbiorniki pofermentacyjne ziemne, dwa moduły kogeneracyjne oraz kocioł gazowy.

BIOGAZOWNIE W POSLCEBIOGAZOWNIE ROLNICZE

Biogazownia w Pawłówku

65

Wyprodukowana energia elektryczna w 20% wykorzystywana jest na potrzeby własne, pozostałe 80% sprzedawane jest do sieci (pokrywa zapotrzebowanie ponad 1800 gospodarstw domowych). Zaś 40% z wy-tworzonej energii cieplnej pokrywa potrzeby własne biogazowni, a reszta wykorzystywana jest do ogrzewania ferm i budynków technicznych. Bio-gazownia kosztowała ponad 7 mln złotych.

Dane techniczne biogazowni:• 38 500 ton surowca na rok, w tym:

- 29 000 ton/rok gnojowicy,- 5 500 ton/rok kiszonki z kukurydzy,- 3 000 ton/rok odpadów poubojowych,- 1 000 ton/rok gliceryny,

• roczna produkcja biogazu około 1,5 mln m3,• roczna produkcja energii elektrycznej około 3 mln kWh,• roczna produkcja energii cieplnej około 3,9 mln kWh.

Fot.

Arc

hiw

um P

olda

nor

S.A

.

66

Biogazownia w Koczale Instalacja biogazowa została uruchomiona 15 kwietnia 2009 roku. Jest to biogazownia typu rolniczego należąca do fi rmy Poldanor S.A. W skład obiek-tu wchodzą: dwukomorowy zbiornik wstępny o pojemności 4000 m3, zbior-nik na komponenty o pojemności 615 m3, zbiornik mieszania o pojemności 352 m3, trzy zbiorniki fermentacyjne o poj. 9030 m3, 2 zbiorniki pofermen-tacyjne o pojemności 7980 m3, plac na komponenty, budynek technicz-ny, stacja transformatorowa, przepompownia. Biogazownia wyposażona jest w dwa moduły kogeneracyjne o łącznej mocy elektrycznej 2126 kW i cieplnej 2206 kW oraz kocioł gazowy o mocy cieplnej 1900 kW. Wy-produkowana energia cieplna wykorzystywana jest na potrzeby własne fermy, zaś elektryczna jest wykorzystywana również na potrzeby własne fermy trzody chlewnej oraz wytwórni pasz, nadwyżka jest sprzedawana do sieci. Inwestycja kosztowała 15 mln zł.

Biogazownia w Koczale

67

Fot.

Arc

hiw

um P

olda

nor

S.A

.

Dane techniczne biogazowni:• 110 000 ton surowca na rok w tym:

- 56 000 ton/rok gnojowicy,- 25 000 ton/rok kiszonki z kukurydzy,- 10 000 ton/rok gliceryny,

• Biogaz około 7 800 000 m3,• Energia elektryczna – około 18 000 000 kWh/rok,• Energia cieplna – około 19 500 000 kWh/rok.

68

Biogazownia w Skrzatuszu Biogazownia w Skrzatuszu, w województwie wielkopolskim uruchomiona zo-stała w marcu 2011 roku. Jest to biogazownia rolniczo-utylizacyjna, wykorzy-stująca odpady pochodzące z rolnictwa jak i przemysłu spożywczego. Należą do nich płynne odpady z gorzelni, kiszonki z traw, kiszonki z kukurydzy, od-pady białkowo-tłuszczowe (nienadające się do produkcji żywności i pasz zwie-rzęcych), odpady poubojowe. Wytworzona energia elektryczna wykorzysty-wana jest na potrzeby własne, zaś reszta sprzedawana jest do sieci. Nadmiar wyprodukowanej energii elektrycznej pozwala na zaspokojenie potrzeb około 2000 indywidualnych gospodarstw domowych. Produkowana energia ciep-lna wykorzystywana jest na potrzeby własne oraz na potrzeby sąsiadującej z biogazownią gorzelni, która jest głównym dostawcą odpadów do produkcji biogazu. Od września 2011 roku biogazownia działa na 100% mocy. W skład biogazowni wchodzą: komora fermentacyjna, zbiornik wstępny, zbiornik mie-szalnikowy, stacje przyjęć odpadów wymagających higienizacji, zbiornik na osady tłuszczowe płynne, zasobnik na kiszonkę, budynek techniczny, laguna na osad przefermentowany, pochodnia do spalania biogazu.

Należy podkreślić, że biogazownia ta dzięki swej linii technologicznej i możliwości wykorzystania zarówno odpadów rolniczych, jak i odpadów

Biogazownia w Skrzatuszu

69

z przemysłu rolno-spożywczego daje większe możliwości produkcji bioga-zu. Pozyskiwanie surowców z samego rolnictwa wymaga znacznych na-kładów fi nansowych, natomiast wykorzystywanie odpadów niebezpiecz-nych dla środowiska niesie ze sobą nie tylko oszczędności, ale również dodatnie korzyści fi nansowe dla biogazowni. Odpady z przemysłu spo-żywczego pozyskiwane do procesu fermentacji mogą być pozyskiwane nieodpłatnie, a nawet można pobierać opłaty za ich utylizację. Instalacja w Skrzatuszu kosztowała 13 mln zł.

Dane techniczne biogazowni:• 85,5 ton odpadów na dobę w tym:

- 43 tony/dobę wywar gorzelniany,- 7 ton/dobę wytłoki z marchwi,- 15 ton/dobę pulpa ziemniaczana,- 15 ton/dobę kiszonka z kukurydzy,- 5,5 tony/dobę odpady białkowe,

• Moc elektryczna 526 kWe,• Moc cieplna 505 kWt,

- z chłodzenia silnika 300 kWt,- z kotła parowego 205 kWt.

Fot.

Arc

hiw

um B

ioga

z Zen

eris

Sp.

z o

.o.

70

Biogazownia w Liszkowie – poligon doświadczalny?W niniejszym opracowaniu należy również wspomnieć o biogazowni, któ-ra niestety w wyniku pewnych niedociągnięć nie jest kojarzona z insta-lacją proekologiczną. Mowa tutaj o biogazowni w Liszkowie. Biogazownia w Liszkowie, w województwie kujawsko-pomorskim została uruchomiona 19 września 2009 roku. Zbudowana przez fi rmę Agrogaz w oparciu o tech-nologię niemieckiej fi rmy Schmack Biogas. W styczniu 2010 roku bioga-zownia została sprzedana fi rmie Enea S.A. Jest to największa biogazownia na terenie Polski, jej moc wynosi 2,126 MW. Biogazownia ta od momentu rozruchu nie osiągnęła pełnej mocy ze względu na trudności w pozyskaniu surowca. Substratem dla biogazowni miały być odpadki pogorzelniane, go-rzelni znajdującej się w okolicy oraz inne odpady pochodzenia roślinnego z okolicznych zakładów i od rolników. Niestety zamknięcie gorzelni spra-wiło, że biogazownia miała trudności w pozyskaniu substratów. Ponieważ linia technologiczna nie była do końca dostosowana do innych surowców, proces fermentacji w biogazowni Liszkowo został zaburzony. Dostarczanie i składowanie substratów na terenie biogazowni spowodowało, że w okoli-cy pojawił się nieprzyjemny zapach, wręcz fetor. Niezabezpieczone laguny również przyczyniły się do roznoszenia nieprzyjemnego zapachu (zapach ten powstawał z niedofermentowanej substancji, która trafi ała na lagu-ny, ze względu na nieprawidłową eksploatację biogazowi, a także z innych miejsc, w których popełniono błędy konstrukcyjne).

Problemy występujące w biogazowi Liszkowo nie powinny negatywnie na-stawiać społeczeństwa do tego typu instalacji. Analiza problemów występu-jących w biogazowni powinna przyczynić się do zapobiegania w przyszłości takim sytuacjom, a nie całkowicie przekreślać ich rozwój w naszym kraju.

Mikrobiogazownia w Studzionce Biogazownia w Studzionce w województwie śląskim jest pierwszą tego typu inwestycją w Polsce. Zlokalizowana jest w gospodarstwie rolnym Grzegorza i Bibiany Pojdów. Uruchomiona została w listopadzie 2009 roku. Postawienie zakładu trwało dwa lata, a roboty budowlane zostały wykonane przez fi rmę Wolf System. Do produkcji biogazu wykorzystywa-ne są obornik kurzy – pochodzący z gospodarstwa oraz gnojowica świń-ska. Moc biogazowni wynosi 30 kW. Wyprodukowana energia elektryczna wykorzystywana jest na potrzeby biogazowni i gospodarstwa, natomiast uzyskana równolegle energia cieplna ogrzewa budynek mieszkalny oraz budynki inwentarskie. Nadwyżki energii elektrycznej przesyłane są do sieci. Zawartość metanu w powstałym biogazie wynosi ok. 55%. Osad pofermentacyjny rozprowadzany jest na polach gospodarzy – właścicieli biogazowni. Całkowity koszt inwestycji wyniósł 400 000 zł i pokryty zo-stał w całości ze środków własnych gospodarzy.

71

Biogazownia w oczyszczalni ścieków „Kujawy” w KrakowieDo produkcji energii z biogazu powstającego w oczyszczalni ścieków „Kuja-wy” w Krakowie służy system CHP (moduł kogeneracyjny do produkcji energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu) fi rmy CES. Początki produkcji biogazu w oczyszczalni sięgają 2002 roku, gdy w oczyszczalni zamontowano trzy moduły kogeneracyjne typu MBk 2876L1. Każdy z modułów ma moc elek-tryczną 173 kW i cieplną 289 kW. W 2011 roku wymieniono jeden z koge-neratorów na typ MB3066L4/GC192B5 o mocy elektrycznej 192 kW i ciep-lnej 214 kW. Obecnie moc elektryczna wynosi więc 538 kW, a moc cieplna 792 kW. Dzięki zautomatyzowaniu całego układu w zależności od zapotrze-bowania na energię cieplną i energię elektryczną możliwa jest regulacja sta-nu pracy urządzeń. Zainstalowane w oczyszczalni agregaty kogeneracyjne zostały zsynchronizowane z siecią energetyczną, a cały układ jest sterowa-ny i monitorowany (głównie parametry układu CHP) dzięki zainstalowanej szafi e sterowania nadrzędnego.

Schemat technologiczny biogazowni w Studzionce

72

Oczyszczalnia ścieków „Kujawy” w Krakowie

73

Fot.

Arc

hiw

um M

PWiK

S.A

. w

Kra

kow

ie

74

Wykorzystanie biogazu na składowisku odpadów w ToruniuSkładowisko odpadów znajduje się w Toruniu przy ulicy Kociewskiej. Skła-dowisko z końcem 2009 roku zakończyło swoją działalność. Podlega ono Spółce Biogaz Inwestor Spółka z o.o. Na składowisku o powierzchni 14 ha zostały wykopane 82 studnie biogazowe. Rurociągami gaz składowiskowy transportowany jest od studni do agregatów prądotwórczych za pomocą dwóch modułów pompująco-regulujących MPR-1 i MPR-2. Na składowisku zainstalowano trzy agregaty prądotwórcze o łącznej mocy elektrycznej 1320 kWe oraz mocy cieplnej 1220 kWt. Dwa z nich AP-1 marki Jenbacher oraz AP-3 marki Perkins wytwarzają energię cieplną i elektryczną w sko-jarzeniu, zaś AP-2 marki MDE tylko energię elektryczną. Wyprodukowana energia dostarczana jest mieszkańcom Torunia za pośrednictwem lokal-nych operatorów sieciowych. W 2011 roku pozyskano 3 550 603 Nm3 gazu składowiskowego o zawartości ok. 51,7 % metanu, który posłużył do wy-tworzenia 5 927 MWh energii elektrycznej i 20 454 GJ ciepła (tyle, co z ok. 2 880 ton węgla kamiennego). Dzięki temu do atmosfery w ciągu roku dostało się mniej zanieczyszczeń, w tym: ok. 60 ton dwutlenku siarki, 170 ton tlenku węgla, 5 ton tlenków azotu i 85 ton pyłów.

75

Fot. Agregat prądotwór-czy AP – 3 Perkins na składowisku odpadów w Toruniu (archiwum Bio-gaz Inwestor Sp. z o.o. w Toruniu)

Agregat prądotwórczy AP-3 Perkins na składowisku odpadów w Toruniu

Fot.

Arc

hiw

um B

ioga

z In

wes

tor

Sp.

z o

.o.

w T

orun

iu

76

W 2020 roku Polska ma osiągnąć 15-procentowy udział odnawialnych źródeł energii w produkcji energii krajowej. Inwestowanie w biogazownie w procesie długofalowym pozwoli Polsce na wywiązanie się z tych zobowiązań i osiągnię-cie zamierzonego celu, a także przyczyni się do ochrony środowiska.

Pierwsze biogazownie zbudowane przez fi rmę Poldanor S.A. zlokalizowane zo-stały w okolicy ferm hodowlanych. Spowodowane to było dostępnością gnojo-wicy, która z jednej strony stanowiła wsad, do biogazowni a z drugiej wymagała utylizacji. Produkowana energia elektryczna i cieplna jest wykorzystywana na potrzeby własne. Obecnie biogazownie mają szansę powstawać również przy zakładach przemysłu rolno-spożywczego (gorzelniach, mleczarniach czy za-kładach przetwórstwa owoców i warzyw) oraz mięsnych, zwłaszcza ubojniach. Różnorodność substratów sprawia, że areał przeznaczony pod uprawy roślin energetyczych dla biogazowni nie zwiększy się aż tak znacząco, żeby zagrażać produkcji rolnej. Wręcz przeciwnie, wzrost ilości biogazowni ma szansę przy-czynić się do lepszego zagospodarowania tych odpadów, które stanowią cza-sami uciążliwy odpad dla rolników i przedsiębiorców zakładów spożywczych.

WNIOSKI

Biogazownia

77

Dla biogazowi o mocy 1 MW potrzeba kukurydzy zebranej z ok. 500 ha. Duża liczba gmin rolniczych w Polsce ma taki areał i chętnie przezna-czyłaby go pod uprawę roślin energetycznych z przeznaczeniem dla bio-gazowni. Ze względu na rozdrobnienie polskiego rolnictwa będą także powstawać mikrobiogazownie o mocach elektrycznych kilkudziesięciu ki-lowatów, dostosowane do niewielkich gospodarstw rolnych.

Z fi nansowego punktu widzienia dopiero konkretna poprawa warunków wsparcia dla tego typu instalacji pozwoli na dynamiczny rozwój bioga-zowni. W Polityce energetycznej Polski do roku 2030 (PEP 2030), biogaz, jako substrat do produkcji energii elektrycznej, ustępuje biomasie i ener-getyce wiatrowej. Z tego też względu biogazownie potrzebują większego wsparcia, aby osiągnąć zamierzony cel – przynajmniej jedna biogazownia w każdej gminie.

Przedstawione w poradniku przykłady funkcjonujących już biogazowni po-winny być dowodem na to, że inwestowanie w biogazownie ma sens i przy odpowiednim wsparciu państwa da więcej korzyści niż zagrożeń.

1. Steppa M. Biogazownie rolnicze, IBMER, Warszawa 19882. Buraczewski G., Bartoszek B.: Biogaz – wytwarzanie i wykorzystanie,

PWN, Warszawa 19903. Głodek E.: Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolni-

czego, IMMB, Opole 20074. Głaszczka A., Wardal W. J., Romaniuk W., Domasiewicz T.: Biogazow-

nie rolnicze, Warszawa 20105. Oniszk-Popławska A., Owsik M., Wiśniewski G.: Produkcja i wykorzy-

stanie biogazu rolniczego, Gdańsk – Warszawa 20036. Lewandowski W. M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii,

Warszawa 20067. Fugol M., Pilarski K.: Burak cukrowy jako substrat do biogazowni,

Inżynieria Rolnicza 5(130)/20118. Fugol M., Prask H.: Porównanie uzysku biogazu z trzech rodzajów ki-

szonek: z kukurydzy, lucerny i trawy, Inżynieria Rolnicza 9(134)/20119. Fugol M., Szlachta J.: Zasadność używania kiszonki z kukurydzy i gno-

jowicy świńskiej do produkcji biogazu, Inżynieria Rolnicza 1(119)/201010. Kalandyk K.: Biogaz energia z przyszłością, GLOBEnergia 2/2011 11. Kalandyk K.: Biogazownie rolnicze, GLOBEnergia 3/201112. Szeremeta J.: Biogazownie krok po kroku, GLOBEnergia 5/201113. www.arr.gov.pl14. www.biogaz.com.pl15. www.biogaz.torun.pl16. www.mpo.krakow.pl17. www.mpwik.krakow.pl18. www.poldanor.com.pl

LITERATURA