Transcript Biogaz

Biogaz
gaz palny , powstający samoczynnie w
wyniku fermentacji beztlenowej materii
organicznej, np. biomasy, odchodów
zwierzęcych, osadów ściekowych,
biodegradowalnych stałych odpadów
komunalnych
Skład biogazu
Składniki
Metan
Dwutlenek węgla
Azot
%
55
- 75
25 - 45
0
- 0,3
Wodór
1 - 5
Siarkowodór
0 - 3
Tlen
0,1 - 0,5
Produkcja biogazu może odbywać się samorzutnie
w procesach rozkładu substancji organicznych lub
może się odbywać celowo.
• Na torfowiska (gaz
•
•
•
błotny, gaz gnilny)
Na wysypiskach (gaz
wysypiskowy)
Z osadów ściekowych w
oczyszczalniach ścieków
Z odpadów zwierzęcych w
gospodarstwach rolnych
• Biogazownie rolnicze
• Komory fermentacyjne
•
osadów ściekowych w
komunalnych
oczyszczalniach ścieków
Instalacje odgazowania
składowisk odpadów
komunalnych
Źródła biogazu w biogazowniach rolniczych
Zwierzęce (z produkcji rolniczej)
Odchody zwierząt
Z produkcji roślinnej
Uprawy energetyczne ,rośliny zielone
Obornik , gnojowica
Komunalne
Odpady organiczne ,osad ściekowy
Trawy , żyto
Osad ściekowy
Bydło , trzoda hodowlana
Kukurydza
Odpady z terenów zielonych
Drób , kozy , owce
Słonecznik
Odpady organiczne , kuchenne
Buraki , rzepak
Serwatka
Możliwości pozyskiwania i wykorzystywania
biogazu w biogazowni
Wydajność produkcji biogazu
Substraty [1 tona]
Gnojowica bydlęca
Gnojowica świńska
Serwatka
Krajanka buraczana
Wywar gorzelniany
Odpady zielone
Odpady biologiczne
Kiszonka kukurydzy
Tłuszcz
Ilość biogazu [m3]
25
36
55
75
80
110
120
200
800
Sposoby zagospodarowania
biogazu
• Otrzymywanie energii cieplnej w wyniku
•
•
•
- spalania bezpośredniego (dostarczanie gazu do sieci)
- ogrzewania wody
Otrzymywanie energii elektrycznej
- z odzyskiem ciepła
- bez odzysku ciepła
Otrzymywanie energii mechanicznej
- w silnikach spalinowych
- do napędu pojazdów
Wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np.
w produkcji metanolu , chemikaliów.
Na instalacje biogazowni składa się
zazwyczaj:
• układ podawania biomasy
• zbiornik surowca
• komora fermentacyjnej (z układem dozowania,
•
•
•
•
•
podgrzewania i mieszania mechanicznego)
zbiornik magazynowy przefermentowanego
substratu (szlam)
zbiornik biogazu
agregat kogeneracyjny
układu kontrolno – sterującego
instalacji gazowej
Schemat ideowy systemu do produkcji
biogazu w biogazowni rolniczej
1.Zbiornik surowca
2.Komora fermentacyjna
3.Zbiornik produktu przefermentowanego
4.Zbirnik biogazu
5.System do produkcji ciepła lub ciepła i energii elektrycznej w
skojarzeniu
Komora fermentacyjna
To kluczowy elementem instalacji w której zachodzi proces
fermentacji beztlenowej. Jest to proces biologiczny
rozkładu substancji organicznych przeprowadzany w
warunkach bez dostępu powietrza przez bakterie
anaerobowe (beztlenowe). Produktem tego rozkładu są
związki proste – głównie metan i dwutlenek węgla oraz
niewielkie ilości wodoru, siarkowodoru, amoniaku i
innych gazów śladowych. Skład biogazu i tempo jego
wytwarzania zależy od składu surowca i temperatury w
komorze. Zbiornik jest ogrzewany – optymalna
temperatura to 35-40 ºC (fermentacja mezofilowa). W
celu przyspieszenia procesu, komory posiadają
urządzenia mieszające. Pozostałość pofermentacyjna
może być wykorzystywana jako nawóz.
Proces powstawania biogazufermentacja anaerobowa
Temperatura i czas fermentacji podstawowych
beztlenowych mikroorganizmów
Mikroorganizmy
Temperatura
[oC]
Czas fermentacji
[dni]
Psychrofilowe
Mezofilowe
Termofilowe
12 - 16
32 - 37
51 - 60
90 - 120
25 - 30
10
Biogaz jest najczęściej wykorzystywany na miejscu
do skojarzonego wytwarzania energii
elektrycznej i ciepła. Dokonuje się tego w
systemie konegeracyjnym na który składa
się silnik tłokowy spalający biogaz sprzęgnięty z
prądnicą synchroniczną produkującą energię
elektryczną. Na skutek spalania gazu w silniku
powstaje ciepło, które jest odprowadzane i
wykorzystywane jako ciepło użytkowe.
Kogeneracja - jednostki
skojarzone
Proces jednoczesnej produkcji energii elektrycznej i cieplnej , przy
maxymalnynm ograniczeniu strat przesyłu i transformacji.
Wykorzystywana z dużą wydajnością energia chemiczna paliwa wpływa
na obniżenie kosztów energii przy jednoczesnym zredukowaniu
emisji CO2 i in. zanieczyszczeń towarzyszących spalaniu.
Układ kogeneracyjny
składa się z:
Wymienniki ciepła służą do
wykorzystania energii
cieplnej z:
Silnika (lub turbiny),
Zespołu generatora,
Wymienników ciepła.
-chłodnicy turbosprężarki,
-wody z płaszcza chłodzącego,
-olejów smarowniczych,
-gazów wylotowych.
Projekt biogazowni
Zalety wynikające ze stosowania
rolniczych instalacji biogazowych:
• produkowanie „zielonej energii”
• ograniczanie emisji gazów cieplarnianych poprzez
•
•
•
•
•
wykorzystanie metanu
obniżanie kosztów składowania odpadów
zapobieganie zanieczyszczeniu gleb oraz wód
gruntowych, zbiorników powierzchniowych i rzek
uzyskiwanie wydajnego i łatwo przyswajalnego przez
rośliny nawozu naturalnego
eliminacja odoru
eliminacja patogenów w procesie higienizacji (bakterie
Salmonelli , Escherichia Coli , wirusy pryszczycy)
Zagrożenia i oddziaływanie
biogazu na środowisko
• eksplozje
• pożary
• niebezpieczeństwo uduszenia ludzi i zwierząt w
•
•
•
zagłębieniach terenu, studzienkach lub innych miejscach
gromadzenia się gazu
grozi zatruciem ludzi i zwierząt poprzez działanie
zawartego w nim siarkowodoru i innych trujących
związków chemicznych
migrując przez warstwy gleby blokuje dostęp tlenu do
korzeni roślin, powodując ich obumieranie
emisja metanu i dwutlenku węgla pogłębia efekt
cieplarniany
• Obecnie funkcjonuje około 20 biogazowni o
•
mocy ok. 40 MW (większa część obejmuje
gazowe kotły służące do spalania biogazu)
pierwsza biogazownia rolnicza w Polsce
wybudowana została między innymi w mieście
zwanym Duchownem, gdzie wykonywała pracę
cięgiem od 1993 roku do 1995 roku lecz uległa
ona zamknięciu z materialnych powodów
• Znaczna ilość biogazowni działa w Danii,
gdzie jest ich około dwadzieścia. Są one
scentralizowane i duże oraz odbierają
nieczystości z wielu zwierzęcych farm oraz
dwadzieścia instalacji na indywidualnych
farmach
• W sąsiednich Niemczech znajduje się
ponad 600 rolniczych biogazowni
Biogazownie rolnicze
POWSTAWANIE GAZU
WYSYPISKOWEGO
I - FAZĘ TLENOWĄ (hydroliza)
II - FAZĘ ACIDOGENEZY
III - FAZĘ OCTANOGENEZY
IV - FAZĘ METANOGENEZY (niestabilną ,
stabilną , zanikającą)
Teoretyczny skład gazu wysypiskowego
w funkcji czasu.
METODY PRZECIWDZIAŁANIA
NIEKONTROLOWANEJ MIGRACJI, WYDOBYWANIA,
I WYKORZYSTANIA GAZU WYSYPISKOWEGO
- Odgazowanie bierne.
- Odgazowanie aktywne (zasysanie).
- Systemy mieszane.
Studnia odgazowująca
Schemat wykorzystania gazu
wysypiskowego
Zalety odgazowania składowisk
• Zapogieganie niekontrolowanej ucieczce
gazu ze składowiska
• Zmniejszenie groźby wybuchów
• Zmniejszenie rozprzestrzeniania się
odorów
• Ograniczenie niekontrolowanej emisji
gazów cieplarnianych
ZAGROŻENIA POWODOWANE
PRZEZ GAZ WYSYPISKOWY
Gaz wysypiskowy może powodować liczne zagrożenia
należące do 5 kategorii:
1. Zagrożenie dla roślin - degradacja strefy ukorzeniania.
2. Zagrożenia dla budowli - osiadanie, wybuchy, pożary.
3. Zagrożenia dla ludzi - nieprzyjemny zapach,
niedotlenienie, działanie toksyczne, wybuchy, pożary.
4. Zagrożenie wód - degradacja wód gruntowych.
5. Zagrożenie dla atmosfery - zanieczyszczenie powietrza "
gazami cieplarnianymi"
• Jedna z pierwszych w Polsce instalacja energetycznego
•
•
wykorzystania gazu ściekowego w oczyszczalni ścieków
powstała w 1998 r. w Inowrocławiu
W Polsce działa prawie 40 instalacji bazujących na gazie
wysypiskowym
Szacuje się, że w chwili obecnej na świecie działa co
najmniej 800 instalacji do energetycznego wykorzystania
gazu wysypiskowego. W Europie najbardziej
zaawansowana jest pod tym względem Wielka Brytania
Instalacje odgazowania składowisk
odpadów komunalnych
Skutki środowiskowe ujmowania
biogazu
• produkcja energii odnawialnej
• zmniejszenie zużycia kopalnych surowców
•
•
energetycznych
zmniejszenie emisji związków powstających
podczas spalania kopalnych surowców
energetycznych
wytwarzanie biogazu zachodzi w sposób ciągły i
nie jest uzależnione od warunków pogodowych
(wiatr , słońce)
Schemat instalacji biogazu w
oczyszczalni ścieków w Tychach
Produkcja energii elektrycznej ze źródeł
odnawialnych w Polsce w 2004 r.
Narodowa strategia rozwoju EO 2001
przewiduje 7,5% udział OZE w
bilansie energii pierwotnej w 2010
roku i 14% w 2020 roku.