Biogas Elaborat FarmuPopovic

LIR – Lokalna Inicijativa Razvoja, Banja Luka 2010

Projekt:

Studija izvodljivosti proizvodnje biogasa na peradarskoj farmi u prnjavorskoj regiji

LIR, Banja Luka 2010

Projekat je finansijski podržan od strane Ministarstva nauke i tehnologije Republike Srpske

Proizvodnja biogasa na peradarskoj farmi u prnjavorskoj regiji 1


Proizvodnja biogasa na peradarskoj farmi u prnjavorskoj regiji

Elaborat

Sadržaj:

1. Sažetak ....................................................................................................................2

2. Uvod ........................................................................................................................2

2.1. Biogas i energija .........................................................................................2

2.2. Projektni zadatak ........................................................................................3

2.3. Metodologija izrade elaborata .....................................................................3

3. Analiza stanja ...........................................................................................................4

3.1. Statistički i iskustveni podaci o biogasu .....................................................4

3.2. Analiza stanja na Farmi Popović ................................................................6

4. Tehnička rješenja ......................................................................................................11

4.1. Tok proizvodnje biogasa ..............................................................................11

4.1.1. Homogenizator .............................................................................................12

4.1.2. Digestor ........................................................................................................13

4.1.3. Skruberi ........................................................................................................15

4.1.4. Skladištenje biogasa .....................................................................................18

4.1.5. Prateća oprema (ventili, cjevovodi, sigurnosni kontrolori,

pumpa za biogas i plastenik) ........................................................................18

4.1.6. Potrošnja biogasa .........................................................................................19

4.1.6.1. Gasni motor ..................................................................................................19

4.1.6.2. Grijanje .........................................................................................................19

4.1.6.3. Kuvanje i rasvjeta .........................................................................................20

5. Koristi i problemi anaerobne digestije ........................................................................21

5.1. Analiza mogućnosti smanjenja energetskih troškova ...................................22

5.2. Procjena troškova potrebnih za postrojenje za proizvodnju

biogasa i energetsko postrojenje ...................................................................24

5.3. Projekcija perioda otplate .............................................................................24

6. Zaključci i preporuke .................................................................................................25

7. Literatura ...................................................................................................................26



1. Sažetak

U okviru projekta Studija izvodljivosti proizvodnje biogasa na peradarskoj Farmi Popović u Prnjavorskoj regiji izradjen je opšti elaborat o mogućnostima proizvodnje i iskorištenja biogasa na farmi. Elaborat obuhvaća analizu stanja, analizu mogućih tehničkih rješenja, ekonomsku analizu i proporuke vezane za tehno-ekonomsku izvodljivost projekta proizvodnje biogasa na farmi Popović.

Elaborat odnosno studija izvodljivosti proizvodnje biogasa na peradarskoj farmi je praktičan primjer korišćenja obnovljivih izvora energije i smanjenja potrošnje električne i drugih vidova energije. Ovaj dokument je urađen s ciljem zadovoljenja potreba korisnika, očuvanja životne sredine, uštede postojeće energije, uticaja na širu proizvodnju i primjenu biogasa i razvoja u Republici Srpskoj. Nadalje, bitno je naglasiti da ovaj elaborat ne predstavlja izvedbeni projekat, koji bi dodatno trebalo uraditi, kako bi se ideja o proizvodnji i upotrebi biogasa na farmi mogla provesti u dijelo, ali daje dobru sliku i osnovu o tome kako se biogas može praktično iskoristiti, koje su potrebne investicije i kakve koristi se mogu očekivati.

Ideja o proizvodnji biogasa nije nova ideja ali je malo ispitana na našem području i na našim farmama. Biogas je idealan izvor energije iz više razloga: energija biomase je akumulisana u živim organizmima, te je praktično neuništiva; izvori za dobijanje biogasa su mnogobrojni; ulaganja su relativno mala; ostatak poslije fermentacije je prvoklasno organsko đubrivo; istovremeno se rješava pitanje zaštita životne sredine. Dakle, ovim elaboratom je analizarano opšte riješenje i date preporuke o mogućnostima korištenja biogasa za proizvodnju energije i rješavanja problema otpada sa farme za tov pilića i uzgoj svinja.

Ovaj projekat predstavlja elaborat (studiju) o izvodljivosti proizvodnje i eksploatacije biogasa na farmi za tov pilića 'Popović' kod Prnjavora.

2. Uvod

2.1. Biogas i energija

U vrijeme globalne recesije, povećanih potreba za energijom i zagađenja okoline, svaka mogućnost za proizvodnju obnovljive energije je potrebna i dobro došla.

Jedno od obećavajućih alternativnih energetskih rješenja je proizvodnja biogasa anaerobnom razgradnjom organskog otpada, naročito iskorištenjem organskog đubriva nastalog kod tova i uzgoja životinja (tov pilića), te drugih ostataka iz poljoprivredne proizvodnje.

Za proizvodnju biogasa pogodan je svaki biorazgradivi materijal (izmet, biomasa, kanalizacijski mulj, organski komunalni otpad i sl.). Biomasa, kao osnova, pripada u sirovinu od koje se najviše očekuje u proizvodnji obnovljive energije. Proizvodnjom biogasa iz pilećeg izmeta, farme za tov pilića (a i drugih farmi) mogu postati značajni proizvođači energije i smanjiti emisiju gasova staklene bašte spriječavajući odlazak metana u atmosferu.

Anaerobna digestija je proces razgradnje organskog otpada u kome nastaje biogas. Biogas je zapaljivi gas proizveden biološkim procesom, odnosno procesom anaerobne razgradnje ili fermentacije na niskim temperaturama bez prisustva vazduha. Biogas, u gruboj analizi, sadrži 55-80 % metana (CH4), 20-40% ugljen dioksida (CO2), u tragovima sumporovodika (H2S) i ostale primjese.



Kako bi se postigla što veća proizvodnja i bolji kvalitet biogasa potrebno je znati na koji način vanjski i tehnološki faktori utiču na sam proces. Ovo faktori su podijeljni u tri grupe:

o fizikalno-tehnološki: temperatura, pritisak, usitnjenost i vrsta supstrata, vrijeme zadržavanja u digestoru, miješanje;

o hemijsko-tehnološki: pH vrijednost, inhibitori, anaerobnost, odnos C:N, odnos suve tvari i vode; o biološko-tehnološki: hranjive tvari, kvalitet metanskih bakterija.

Odnos vode i organske suve tvari važan je u svim fazama anaerobne digestije (razgradnje). Količina vode posebno je važna u fazi hidrolize, jer ako nedostaje vode dolazi do usporenog rada bakterija. Ukoliko je vode previše, tada osim što je usporen rad bakterija razgradnja se ne može obaviti u predviđenom obimu pa supstrat izlazi iz fermentatora (digestora) gotovo nerazgrađen.

Razvoj obnovljivih izvora energije važan je iz nekoliko razloga: važna uloga u smanjenju emisije ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferu; obaveza BIH u zamjeni konvencionalne energije s obnovljivim izvorima energije te na taj način povećanje energetske održivosti; pomaže u poboljšavanju sigurnosti distribucije energije na način da smanjuje zavisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije. Očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije u srednjem do dugoročnom razdoblju.

2.2. Projektni zadatak

Projektnim zadatkom je definisana izrada elaborata o izvodljivosti proizvodnje i iskorištenja biogasa na farmi Popović. Svrha elaborata je: da se dobije tehnički prijedlog za rješavanje problema stelje (proizvodnja biogasa) i prijedlog za proizvodnju toplotne i električne energije; da ukaže na mogućnosti smanjenja potrošnje drveta (kao goriva) i električne energije na farmi; da pomogne Farmi Popović da bude spremna da ispuni uslove i normative Evropske Unije sa kojima se usklađuju zakoni Republike Srpske, a što će biti podsticaj izvozno orjentisanim preduzećima; da Farma Popović postane ekološki prihvatljiv proizvođač što će biti marketinški podsticaj i doprinijeti povećanju konkurentnosti preduzeća na tržištu i zapošljavanju novih radnika.

Elaborat sadrži sledeće rezultate:1. Analizu količine stelje koja nastaje uslijed tova pilića, analizu sastava stelje i procjenu količine biogasa

koja se može dobiti iz nje;2. Analizu potrošača energije (toplotne, električne) na osnovu koje je procjenjena potrošnja svih vidova

energije na godišnjem nivou i ekonomski troškovi;3. Određivanje kapaciteta postrojenja za proizvodnju biogasa i potrebne instalacije za proizvodnju

energije za energetske potrošače u sklopu farme;4. Ekonomska/eksploataciona analiza: procjena troškova potrebnih za postrojenje za proizvodnju biogasa

i energetsko postrojenje, analiza mogućnosti smanjenja energetskih troškova i projekcija perioda povrata investicije.

2.3. Metodologija izrade elaborata

U izradi elaborata primjenjena je standardna metodologija kombinacijom istraživanja, proračuna, te korištenja iskustvenih i podataka iz literature.

U cilju pripreme elaborata provedeno je:o intervjuisanje, prikupljeni podaci i izvršna analiza stanja na Farmi Popović,o provedeno istraživanje o proizvodnji i korištenju biogasa na farmama; o analaziran način i vrste korištene energije dobijene od biogasa;



o definisano stanje i potrebe farme za energijom; o analizirana tehnička rješenja za proizvodnju biogasa iz otpada sa farme za tov pilića;o provedena istraživanja i analiza potrebnih ulaganja i troškova izgradnje (instalacije) mini

postrojenja;o napravljen prijedlog tehničkog riješenja;o urađena cost-benefit analiza (analiza troškova i koristi) investicije u proizvodnju biogasa;o urađena finansijska projekcija potrebnih ulaganja i analiziran period povrata investicije.o dati zaključci i preporuke.

Tokom izrade elaborata korištene su standardne metode istraživanja, prikupljanja podataka i analiza. Eksperti LIR-a su u fazi analize izvršili prikupljanje podataka iz raznih izvora kako bi izvršili upoređivanje i tako došli do najupotrebljivijih informacija neophodnih za izradu elaborata.

Prikupljeni su i analizirani statistički podaci, postojeća literatura, iskustva eksperata i informacije. Nadalje provedeno je intervjuisanje i razgovori sa ključnim zaposlenim na Farmi Popović, posjećeno je jedino postrojenje (u izgradnji) za proizvodnju biogasa u okruženju (farma muznih krava Zadruge LIVAČ u Novoj Topoli) analiziran njihov rad i tehnička rješenja kao i prikupljeni podaci o najboljim praksama u proizvodnji biogasa u zemljama Evropske Unije.

Svi prikupljeni podaci su korišteni kao osnova za definisanje predložene varijante mini-postrojenja za proizvodnju biogasa, potrebnih prilagođavanja, preporuka za potrebno investiranje kao i izradu finansijskih projekcija. S tim u vezi dati su prijedlozi za tehničko rješenje potrebnih prilagođavanja i tehnološke linije proizvodnje biogasa u odnosu na limitirajuće faktore kao što je raspoloživi prostor, finansiranje, te vrsta i količine otpada koji će se koristiti u procesu anaerobne digestije.

Date su preporuke za naredne korake u rješavanju pitanja dobijanja stalnih dozvola za rad i ekološke dozvole. Provedena je ‘Cost-Benefit’ (‘trošak-korist’) analiza kojom se izvršila procjena i projekcija troškove ulaganja kao i koristi koje će se imati od instalacije postrojenja. Ova analiza je odredila i okvirni period otplativosti investicije.

3. Analiza stanja

3.1. Statistički i iskustveni podaci o biogasu

Problem svakog farmera koji se bavi tovom pilića u Republici Srpskoj i BIH je skupa energija i neriješeno pitanje odvoza/plasmana stajnjaka kojeg ovi farmeri proizvode u značajnim količinama. Poznato je da stajnjak sa farmi za tov plića prije svoje upotreba na poljoprivrednim površinama mora „odležati“ dug vremenski period ( 6-12 mjeseci). U toku tog perioda stajnjak otpušta veliku količinu štetnih gasova u atmosferu (amonijak, metan, ugljen-dioksid) a u zemljište se ispiraju štetna azotna i sumporna jedinjenja.

Pored zagađenja atmosfere, zemljišta i voda oslobođenim jedinjenjima iz stajnjaka, dolazi i do ekonomske „štete“ zbog nepovratnog isparavanja i oticanja jedinjenja prije svih azota, fosfor i kalijuma te drugih makro i mikro elemenata neophodnih za ishranu bilja, odnosno do gubitka značajnih nutrijenata koji se mineralizacijom organske materije, odnosno organskih jedinjenja ovih hemijskih elemenata prevode u oblike dostupne za ishranu bilja.

Biogas se iz stajnjaka dobija anaerobnom digestijom u zatvorenim digestorima koji se dalje vežu direktno sa mjestom potrošnje gasa ili sa mjestom skladištenja (slučaj sa većim kapacitetima). Prema dostupnim iskustvima i istraživanjima, može se smatrati da se iz jednog kilograma pilećeg ehskrementa može dobiti



oko 0.35 – 0.65 m3 biogasa1. Ova vrijednost može varirati u zavisnosti od ishrane životinje. Specifična snaga biogasa dobijenog iz ovakve smjese je okvirnih 6,5 kWh/m3, što opet može da se mijenja u zavisnosti od sastava stajnjaka te načina na koji se on tretira.

U tabelama koje slijede su navedeni podaci u kojima se vidi prosječna proizvodnja stajnjaka i potencijal biogasa po vrstama u Republici Srpskoj i BIH.

Prosječna dnevna proizvodnja stajnjaka za prosječan tip životinje koji se uzgaja na farmama u Republici Srpskoj

GOVEDA SVINJE ŽIVINAKapacitet farmi (komada) 20 100 5 000 12 000

Proizvodnja stajnjaka (kg/dan) 840 800 345 828

Proizvodnja stajnjaka (t/dan) 0.84 0.8 0.35 0.83

Proizvodnja stajnjaka (kg/godinu) 306600 292000 125925 302220

Proizvodnja stajnjaka (t/godinu) 306.6 292 125.925 302.22

Prosječna proizvodnja stajnjaka

( )15.33 2.92 0.02519 0.02519

Prosječna proizvodnja biogasa(m3/dan/po SJ ) 1,32 0,87 2,76 2,76

Analiza proizvodnje stajnjaka i moguća proizvodnja biogasa na tipskim farmama, sa karakterističnim vrstama i odredjenim brojem životinja koje je moguće dobiti na farmama u Republici Srpskoj

Mogućnosti korištenja dobijenog biogasa su različite. Njegove karakteristike su gotovo identične karakteristikama prirodnog (zemnog) gasa pa mu je i primjena praktično ista. Ograničavajući faktor za širu primjenu je transport. Naime, da bi se transportovao potrebno je proizvesti veću količinu, radi isplativosti, koja bi, u slučaju pakovanja, zahtijevala instalaciju skupog postrojenja za purifikaciju (čišćenje) i komprimovanje što sa sobom povlači druge zakonske propise čije poštivanje traži skupe dozvole i licence. Ovakav način korištenja je isplativ samo kod velikih količina biogasa što nije svojstveno kapacitetima farmi koje postoje u Republici Srpskoj i okruženju. Drugi, prihvatljiviji i mnogo rasprostranjeniji način korištenja ovog obnovljivog prirodnog energenta, je na mjestu nastanka tj. na farmi. Biogas može biti korišten kao gorivo za zagrijavanje prostorija, za rasvjetu (gasne lampe, na mjestima koja ne zahtjevaju jaku svjetlost), za kuhanje u objektima u kojima stanuju radnici ili porodičnoj kući, za pogon gasnog motora sa generatorom električne energije.

1Izvor: Steffen et al (2000); MEKARN MSc 2001-2003


Masa životinja(kg)

Ukupna količina stajnjaka (kg/dan)

krava 500 39.00 - 42.00tovne svinje 100 6.5brojleri 1,8 0.1134


Postoji mnogo literature i podaci koji se tamo mogu naći su veoma različiti te se može zaključiti da je svaka farma specifična po pitanju primjenjivosti tehnologije korištenja i proizvodnje biogasa te zahtjeva pojedinačan pristup pri ocjeni isplativosti.

Pored poboljšanja „energetskog bilansa“ na farmama iskorištenje životinjskih ehskremenata sa stočarskih farmi za proizvodnju biogasa procesom anaerobne digestije ostvaruje se i značajna ekonomska dobit u smislu očuvanja makro i mikro elemenata bitnih za ishranu bilja u ostatku zgorjele biomase nakon završenog anaerobnog vrenja supstrata, koji kao takav u značajnoj mjeri popravlja plodnost poljoprivrednog zemljišta ne remeteći pH rekaciju zemljišnog rastvora. Također procesom anaerobne digestije, te iskorištenjem oslobođenih gasova putem njihovog spaljivanja preko gorionika ili u gasnom motoru, značajno se smanjuje njihov nepovoljan uticaj na životnu sredinu jer se sagorijevanjem prevode u manje štetne oblike (npr. metan je gas koji doprinosi efektu staklene bašte čak 21 puta više od ugljen-dioksida.)

3.2. Analiza stanja na Farmi Popović

Farma brojlera "Popović" je locirana u mjestu Palačkovci, opština Prnjavor na magistralnom putu Prnjavor-Derventa. Njen kapacitet je 140.000 tovnih pilića na godišnjem nivou ili od 230000 do 280000 kg pilećeg mesa.

Farma se sastoji od dva objekta za tov. Objekat br. 1. je površine 440 m2 a objekat br. 2. je 930 m2, što ukupno iznosi 1370 m2.

Slika 3.1: Farma Popović - Objekat 1



Slika 3.2: Farma Popović - Objekat 2

Konvencionalna metodologija tova pilića se zasniva na principu tzv. „turnusa“ koji predstavljaju period punog odrastanja pileta od jednodnevnog do jedinke mase od 1,7 – 2,0 kg. Taj period je u prosjeku dužine od 45 do 50 dana i u toku tog perioda pilići se nalaze u istom objektu koji se čisti po završetku turnusa. Tada se dobija sva biomasa iz koje se dobija biogas pa se proizvodnja biogasa mora prilagoditi ovakvoj dinamici rada.

Međutim, na farmi Popović je odstupljeno od konvencionalne metode zadržavanja životinja u istom objektu tokom cijelog turnusa. Primijenjuje se metoda po kojoj se životinje nakon 14 dana starosti prebacuju iz manjeg Objekta 1 u Objekat 2 radi bržeg i zdravijeg napredovanja u razvoju. Ovu metodu podržava činjenica da životinje prelaze u čist, sterilizovan objekat tj. zdravu sredinu bez mikrobioloških i higijenskih opterećenja. Uzgoj se nastavlja narednih mjesec dana a objekat 1 se čisti, sterilizuje i priprema („odmara“) za dolazak novih jednodnevnih pilića.

Sistemi za ishranu i opsluživanje vodom su potpuno automatizovani i za pogon koriste električnu energiju. U objektima postoji stalna potreba za rasvjetom pa je 24 sata dnevno unutrašnjost oba objekta potpuno osvjetljena. Za ovu svrhu se koriste štedljive sijalice koje troše i do 80% manje električne energije od klasičnih sijalica.



Slika 3.3: Unutrašnjost punog objekta (automatska klimatizacija, sistem hranjenja i upotreba štedljivih sijalica)

Za potrebe zagrijavanja objekata na imanju su instalirana dva toplovodna kotla proizvođača Topling Prnjavor. Kotlovi su na čvrsto gorivo (drvo) Toplovodni kotao snage 100 kW se koristi za grijanje objekta br. 1 (440 m2) i za grijanje porodične kuće površine 90 m2. Drugi toplovodni kotao maksimalne snage 175 kW koristi se za grijanje objekta br. 2 (930 m2).

Potrošnja čvrstog goriva iznosi 400 m3/god ili minimalnih 20 000 KM/god sa tendencijom porasta cijene drveta.

Potrošnja električne energije na godišnjem nivou iznosi 42000 kWh ili 5460 KM/god a odnosi se na potrebe osvjetljenja, uređaja za automatski dovod hrane i vode te ventilaciju (dovod toplog vazduha i izmjenu vazduha) i pogon pumpe toplovoda.

Jasno je vidljivo da na svim peradarskim farmama najveći izdatak predstavlja potrošnja energije za zagrijavanje prostorija u kojim borave životinje. Kod uzgoja pilića, kada su oni mali, potrebno je obezbijediti konstantnu temperaturu od 31°C i ona ne smije varirati.



Slika 3.4: Uprošten prikaz položaja objekata na Farmi Popović sa susjednom farmom svinja

Proizvodnja organske materije (sastava: izmet i slama) po turnusu (vremenski period hranjenja 40 dana) iznosi 60 m3/turnusu, odnosno na godišnjem nivou 360-400 m3/god. Ovakav režim proizvodnje materije daje teoretski kapacitet za proizvodnju biogasa od oko 80 000 m3/god biogasa pa bi po iskustvenim, ranije navedenim, podacima energetski potencijal farme iznosio i do 520 000 kWh/god što daje za pravo vjerovati u isplativost investiranja u pogon.

Naravno, ovo je grubi podatak te sadrži i mnogo gubitaka i varijacija koje nisu uzete u obzir i predmet su daljeg detaljnijeg istraživanja.

Objekti farme su veoma kvalitetno i namjenski građeni i posjeduju svu prateću opremu i instalacije. Objekat broj 1 je star osam godina a broj 2 svega dvije godine i sa te strane predstavljaju čvrstu i sigurnu osnovu za ulaganje te ne zahtijevaju bilo kakvu dodatnu investiciju niti adaptaciju.

Slika 3.5: Unutrašnjost praznog objekta u pripremi za sljedeći turnus

Proizvodnja biogasa na peradarskoj farmi u prnjavorskoj regiji10


U svom radu Farma brojlera "Popović" se susreće sa sledećim problemima za čije riješavanje je neophodna stručna i tehnička pomoć:

o problem zbrinjavanja stelje (đubriva) sa farmi, io velika potrošnja električne i toplotne energije.

U konkretnom slučaju radi se o isključivo stočarski orjentisanom gazdinstvu, sa vrlo malo raspoloživih obradivih površina, zbog čega otpad nakon čišćenja živinarnika po završenom turnusu tova predstavlja neželjeni balast i svakako nepotreban otpad. Također ni činjenica, da je tržišna cijena sirovog stajnjaka (cca. 10,00 KM/t) veoma niska, ne govori u prilog ekonomske opravdanosti pripremanja istog i prodaje trećim licima.

Također, farmer na porodičnom imanju neposredno u blizini živinarskih objekata ima odličan plantažni visoko-intenzivan zasad kruške površine cca. 0,6 ha, te na istoj lokaciju planira podizanje novog voćarskog visoko-intenzivnog zasada na dodatnih 1,5 – 2 ha, čime bi potrebe za organskim đubrivima sa sadašnjih cca. 30 m³ značajno porasle, ali još uvijek bile značajno manje od njegove proizvodnje na farmi.

Procesom anaerobne digestije u kontrolisanim uslovima zatvorenog digestora proces „zgorjevanja“ stajnjaka je višestruko ubrzan i znatno je povoljniji sa stanovišta neuporedivo manje gubitaka osnovnih hranjivih elemenata, u odnosu na proces zrenja na otvorenom, čime se postiže značajna ušteda u smislu smanjenja ovisnosti farme o mineralnim đubrivima za ishranu usjeva. Prethodno navedeno naročito dolazi do izražaja u uslovima visokointenzivne biljne, konkretno voćarske proizvodnje, sa savremenim sistemima gajenja sa velikim brojem stabala po jedinici površine i visokim prinosima za koje je neophodno obezbijediti i optimalnu ishranu, odnosno dovoljan unos hranjiva. Specifičnost, u pozitivnom smislu, slučaja farme Popović leži u činjenici da se u krugu od 200 metara nalazi i farma svinja (vlasništvo takođe šire porodice Popović) koja se susreće sa potpuno istim problemima.

Farma svinja je kapaciteta 60 krmača i 1000 prasića godišnje. Organska materija koja se proizvede na toj farmi je količine 30 m3/god stajnjaka i 150 m3/god osoke (tečni stajnjak). S obzirom da je svinjski stajnjak (čvrsti i tečni) izuzetno pogodan za proizvodnju biogasa (bogat metanom) ova činjenica predstavlja veoma pozitivan faktor u ovoj studiji. Ovim bi teoretski maksimalni kapacitet proizvodnje biogasa porastao za preko 50 000 m3/god a energetski kapacitet za preko 350 000 kWh. Ovdje se mora imati na umu da nije moguće dobiti ni približno maksimalnu količinu biogasa zbog gubitaka i ne mogućnosti korištenja organske materije odmah po njenom nastanku.

Iz ovoga proizilazi da se na Farmi Popović (zajedno tov pilića i uzgoj svinja) generiše oko 400 m 3 pilećeg izmeta i 180 m3 svinjskog izmeta i osoke. Kako je pileći izmet prilično osušen potrebno mu je dodavati vodu u homogenizatoru. Dodavanjem vode pilećem izmetu u omjeru oko 1:1 u homogenizator ukupna količina smjese pileći izmet, svinjski izmet i osoka, i voda iznosi oko 810 m3 godišnje odnosno oko 116 m3

po turnusu tova pilića od kojeg zavisi punjenje digestora (7 turnusa godišnje).

4. Tehnička rješenja

4.1. Tok proizvodnje biogasa

Da bi se došlo do preporuka za optimalna riješenja postrojenja za biogas, neophodno je analizirati tok proizvodnje i elemente postrojenja za dobijanja biogasa iz izmeta sa pileće i svinjske farme. Ovdje je predstavljeno jedno od mogućih tehničkih riješenja čiji je izbor zavisio od mogućnosti njegovog prilagođavanja specifičnostima Farme Popović.



Na slici 4.1 je prikazan opšti tok procesa anaerobne digestije odnosno dobijanja i potrošnje biogasa.

Slika 4.1 Opšti tok procesa anaerobne digestije



Slika 4.2: Primjer postrojenja za proizvodnju biogasaOpis uloga pojedinih dijelova postrojenja za biogas

4.1.1. Homogenizator

Homogenizator je otvoreni rezervoar prizmatičnog oblika koji služi da se u njemu smjesa otpada (pileći izmet, svinjski izmet i osoka u ovom slučaju) pomješa sa vodom i homogenizuje (ujednači) kako bi bio što prikladniji za transport u digestor i da bi se ubrzao i ujednačio proces digestije (fermentacije) odnosno izdvajanje biogasa.

U homogenizatoru se na jednostavan način mješaju izmet (čvrsta materija) sa vodom i tečnim izmetom u određeno omjeru. U ovom slučaju je potrebno dodati vodu u masenom omjeru 1:1 za količinu pilećeg izmeta. Iz homogenizatora se aktivna smjesa pumpom ili slobodni padom prebacuje u digestor (e). Za ovaj postupak se koristi jednostavan mehanizam na elekrični pogon (mješač) koji može biti fiksiran u sam homogenizator ili se koristiti ručno što zahtjeva prisutnost i rad jedne osobe.

Cijena ovakvog homogenizatora sa mješačem je procijenjena na oko 2000 KM. Procjena je izvršena na osnovu cijena armiranog betona, izgradnje te cijene namjenskog mješača.

4.1.2. Digestor

Anaerobna digestija

Slično ostalim biološkim procesima prečišćavanja, anaerobna digestija je intenzifikacija prirodnog procesa. U ovom slučaju radi se o razgradnji organskih materija u odsustvu kiseonika uz dobijanje gasa bogatog metanom. Proces metanske fermentacije, u kome u toku anaerobne razgradnje polučvrstih i rastvorenih organskih materija nastaje gorivi gas bogat metanom, nije nov proces, ali je njegova primjena do pedesetih godina bila relativno ograničena. Početak ponovnog interesovanja za ovaj proces povezan je, prije svega, sa štednjom energije a zatim sa reciklažom hrane, tretmanom otpada, redukcijom emisije metana i kontrolom širenja neprijatnih mirisa. Anaerobna digestija je snažan alat za upravljanje organskim otpadom sa farmi koji praktično predstavlja i pileći i svinjski izmet.

Metansko vrenje se može odvijati u širokom dijapazonu temperatura od 5 do 65ºC. Za rad digestora u praksi, karakteristične su tri "optimalne" temperaturne oblasti:

psihrofilna (15-20ºC), koja se koristi kod tzv. naknadnih digestora u biološkoj stabilizaciji mulja komunalnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda,

mezofilna (30-37ºC), koja se najčešće koristi prilikom dobijanja biogasa iz stajnjaka ili iz mulja komunalnih postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, i

termofilna (55-60ºC), koja se koristi prilikom anaerobne obrade određenih industrijskih otpadaka.

Osnovni faktori koji određuju tok metanskog vrenja su: sastav i koncentracija podloge, prisustvo toksičnih i/ili inhibicionih supstanci, temperatura i pH vrijednost.

Stajnjak sadrži organski dio koji čine masti, ugljeni hidrati, proteini i druge hranljive materije koje su na raspolaganju anaerobnim bakterijama kao hranljive materije i kao izvor energije.

Proces anaerobnog razlaganja se dešava u dvije faze. U početku organski dio stajnjaka se razlaže u seriju masnih kiselina. Ova faza se naziva kiselinska faza, a odvija se uz pomoć kiselinskih bakterija. Druga faza se odvija uz pomoć posebne grupe bakterija koje proizvode metan i konvertuju kiseline u metan i ugljen dioksid. Ovaj proces zavisi od bakterija koje proizvode metan, jer su one mnogo osjetljivije na uslove sredine, nego što su to kiselinske bakterije. Bakterije koje proizvode metan su anaerobne i ne mogu



djelovati u sredini u kojoj se nalazi kiseonik. One najbolje funkcionišu na temperaturi od 350C, pri čemu se dobija najveća količina gasa. Metanogene bakterije sporije rastu nego kiselinske bakterije i one su veoma osjetljive na pH sredine (optimalni pH je 6.8-7.4). Bakterije proizvođači kiselina rastu brže i stvaraju veću količinu isparljivih kiselina što je sadržaj organske materije u digestoru veći. Nakupljanje velike količine kiselina smanjuje pH, sprečavajući razvoj metanskih bakterija i zaustavljajući proizvodnju gasa. Zbog toga treba voditi računa o pH vrijednosti.

Materije smještene u digestor fermentiraju i prelaze u gas i čvrsti dio zvani digestat, koji kasnije može biti podijeljen na vlaknasti i tečni dio. Postrojenja za anaerobnu digestiju mogu biti mala- postrojenja na farmi kojima upravlja farmer i koje koristi samo sirovinu dobijenu na farmi. Svi dobijeni proizvodi koriste se na farmi.

Slika 4.4: Glavni elementi postrojenja za anaerobnu digestiju na farmi

Digestori na Farmi Popović

U svrhu iznalaženja što optimalnijeg rješenja, analizirane su dvije vrste digestora: zidani i balon digestori.

Varijanta 1: Zidani digestor

U ovoj varijanti neophodno bi bilo izgraditi digestor zapremine minimalno 150 m3 u koji će se smjestiti masa za fermentaciju. U digestoru se odvija proces anaerobne digestije koji može da traje između 20 i 30 dana za ovakav slučaj smjese pilećeg i svinjskog izmeta. U slučaju Farme Popović proces anaerobne digestije treba da bude 40-45 dana zbog zavisnosti od trajanja turnusa tov pilića odnosno periodičnog čišćenja objekata za tov.

Preporučeni izgled digestora je cilindrični oblik. Digestor se ili zida betonskim blokovima ili se gradi od ljevanog betona. Ovakav digestor treba da bude ukopan u zemlju do najmanje jedne trećine visine (zbog pritiska smjese u digestoru) i pravilno proračunat da bi mogao da izdrži potrebna naprezanja.



Blokovi od kojih se zida digestor se ispunjavaju betonom ojačanim čelikom zbog velike mase koju nose u toku eksploatacije. Dimenzije digestora za konkretan slučaj su (unutrašnje): prečnik 7m te visina cilindra 5m. S obzirom na dimenzije i cijenu materijal za njegovu izgradnju koštao bi oko 24000 KM.

Ugradnja i zemljani radovi dodatno stoje oko 10000 KM. Sama oplata koja obezbjeđuje toplotnu i hidro izolaciju za obje strane zida za ovu varijantu bi koštala oko 35000 KM. U slučaju izgradnje ovakvog tipa digestora neophodno je obezbijediti sistem zagrijavanja smjese unutar njega samog. To su sistemi koji za proizvodnju toplote koriste sam biogas ili toplotu izduvnih gasova gasnog motora. Cijena sa ugradnjom na tržištu se kreće od 10 000 KM naviše. Takođe je neophodno ugraditi mješače u digestoru kojima bi se poboljšalo izdvajanje biogasa.

Prema ovakvoj procjeni a u skladu sa provjerenim cijenama na tržištu, minimalna cijena izgradnje digestora ovog tipa bi iznosila između 70000 i 85000 KM. Ovo ukazuje da bi izgradnja postrojenja sa ovakvim digestorima bila neisplativa za manje kapacitete.

Varijanta 2: Balon digestori

U drugoj varijanti preporučuje se nabavke gotovih biogas reaktora – balon digestora. Ovi digestori su napravljeni od otpornih plastičnih materijala (ojačana sintetička vlakna) sa duplom dijafragmom (slojem). Ovakvi digestori su jednostavni za instalaciju i mogu se koristiti za manje količine aktivne materije u procesu fermentacije. Nadalje, ovi digestori su izolovani sto obezbjedjuje dovoljno dobru unutrašnju temperaturu za razvoj bakterija. Ipak, preporučuje se da se ovi digestori djelimično ukopaju u zemlju i da se prekriju plastenicima kako bi se zadržala što optimalnija unutrašnja temperatura. Optimalna temperatura razvoja za preporučene mezofilne bakterije je 37,5O C.

Za slučaj Farme Popović, potreban je kapacitet od približno 155m3. Kako su ovi digestori tipski a i potrebno ostaviti odredjeni prostor za sigurnost u slučaju povećanog priliva organske mase, preporučuju se 3 digestora po 50 m3 (ukupnog maksimalnog kapaciteta 150 m3).

Ovi digestori su napravljeni tako da mogu da se vrlo brzo stave u pogon u smislu da posjeduju u potrebne ventile, skrubere, cijevi i ostale potrebne elemente.

Pored digestora (biogas reaktora) u opremu su uključeni odvajač/skruber vlage (pare), skruber ze odvajanje sumpora, sigurnosni kontrolni uređaj za biogas, rezervoar za biogas, pumpa za biogas, cijevi i ventili.

U skladu sa prikupljenim cijenama za ovakve digestore trebalo bi izdvojiti ne više od 10500 KM. U procjenu ove cijenu se uzeti obzir procijenjena cijena na lokaciji u Prnjavoru (uključujeći proizvođačku cijenu, cijenu transporta, carina itd.). Ovakava varijanta bi bila fleksibilna u odnosu na punjenje digestora zbog razlike u prilivu mase za fermentaciju iz 2 odvojena objekta pilićarske farme i jednog objekta farme nazimica (svinja).

4.1.3. Skruberi

Biogas je smjesa metana (CH4) i ugljen dioksida (CO2) sa malim količinama vlage (H2O) i vodonik sulfida (H2S). Pored navedenih jedinjenja u biogasu još se mogu nalaziti amonijak (NH3), tragovi vodonika (H2), azota (N2), ugljen monoksida (CO), ugljenih hidrata i kiseonika (O2) i druge primjese.

Metan je jedini koristan gas u ovoj smjesi. Ugljen dioksid ne stvara nikakvu štetu izuzev efekta gasa staklene bašte i smanjenja kvaliteta (čistoće) metana. Takodje se ponekad kao negativan efekat ugljen dioksida uzima prostor koji on zauzima u spremnicima gasa. Vlaga koja postoji u smjesi stvara probleme tokom sagorijevanja smanjujući toplotnu moć i kvalitet biogasa kao goriva. Najveći problem je svakako



vodonik sulfid (H2S). To je korozivan gas koji u kombinaciji sa vlagom formira sumpornu odnosno sumporastu kiselinu koja može da korodira metalne dijelove ako s njima dodje u kontakt.

Skrubiranje je operacija kojom se uklanjaju neželjena jedinjenja iz biogasa prije njegove upotrebe. Skrubiranje biogasa je neophodno najviše zbog vodonik sulfida.

Sistem za skrubiranje treba da dozvoli prihvatljivo slobodan tok gasa uz minimalne gubitke pritiska u gasnom sistemu jer je radni pritisak nizak. Tipičan pritisak je u granicama 1,15 – 1,25 bara. Kako uređaju obično rade upravo u navedenim granicama pritiska, prostora za manevrisanje nema previše. Samo mali pad pritiska se može tolerisati, u suprotnom gasni uređaji neće moći raditi i tok gasa se čak može i zaustaviti. U slučaju potrebe za izdvajanje ugljen dioksida, niskopritisna ruta neće raditi dobro. Zato će biti potrebno imati više pumpi ili sistema pumpa/kompresor za kompresiju procesa skrubiranja CO2 i kasnije za kompresiju metana za skladištenje u čelične boce. Ovaj skuplji metod skladištenja je potreban samo u slučaju upotrebe u vozilima da bi obezbjedio efikasnu upotrebu goriva, njegovo skladištenje i držanje.

Skrubiranje vodonik oksida

Najlakši način odvajanja vodonik sulfida je namještanje njegove reakcije sa metalnim oksidom. Crveni oksid (npr. čelična vuna) može da se iskoristi za ovu reakciju i to u staklenoj, prozirnoj boci sa širokim otvorom (grlom). Ulaz gasa je potrebno obezbijediti sve do dna boce (ulazni vod se gurne do dna) a izlazni vod (cijev) se postavlja pri vrhu boce. Boca je ispunjena čeličnom vunom i mora biti hermetički zatvorena bez mogućnosti curenja gasa. Čelična vuna korodira od dna prema vrhu boce konvertujuću vodonik sulfid u crni sulfide gvožđa. Vuna može ponovo biti korištena nakon oksidiranja na vazduhu. Vuna u boci se mijenja svaki puta kada crna korozija obuhvati oko 75% visine boce. Preporučuje se povezivanje dvije boce, jedna iza druge, radi fleksibilnosti i osiguravanja procesa prečišćavanja.

Hemijska reakcija crvenog oksida sa vodonik oksidom teče po sljedećoj formuli:

Fe2O3 + 3H2S → 2FeS + 3H20 + S

Regeneracija crvenog oksida kroz oksidaciju na otvorenom vazduhu je određena sljedećim izrazom:

4FeS +702 → 2Fe2O3 + 4SO2

Slika 4.5: Izdvajanje (skrubiranje) H2S



Izdvajanje vlage

Za skrubiranje vlage, jednostavni izdvajači vlage pokazuju dobre rezultate. Potrebno je samo isušiti vodu koja se nakuplja u izdvajaču, s vremena na vrijeme.

Slika 4.6: Biogas generator sa izdvajačem vlage (okačen o zid lijevo)

Izdvajanje ugljen dioksida

Da bi se uklonio ugljen dioksid (CO2), biogas se propušta kroz komoru sa mlazovima vode (ili krečne vode) (Slika 4.7.). CO2 se rastapa u vodi i sakuplja se na dnu komore te se mlazovima raspršuje sa vodom kako bi se oslobodio u atmosferu. Voda se reciklira i ponovo koristi za sljedeći ciklus apsorpcije CO2.

Slika 4.7: Principijelna shema izdvajanja CO2



Cijena seta skrubera je prema cijenama na tržištu bila oko 1400 KM po digestoru. Moguće je upotrijebiti jedan set skrubera većeg kapaciteta čija bi cijena nabavke i ugradnje bila oko 2200 KM.

4.1.4 Skladištenje biogasa

S obzirom na neravnomjerni izdvajanje i potrošnju biogasa, potrebno ga je privremeno skladištiti. U ovom elaboratu je razmatran slučaj da će se biogas koristiti sa pritiskom bliskim atmosferkim to jeste da se neće značajno komprimovati. Zbog toga se preporučuju spemnici za gas jednostavne izvedbe kao na slici 4.8.

Slika 4.8: Spremnici za biogas

Rezervoar za gas je napravljen od sintetičkih vlakana sa jednostrukom dijafragmom (slojem) otpornom na mehanička i hemijska dejstva.

Za slučaj Farme Popović potrebna su 2 rezervoara za gas zapremine po 50 m 3 sa držačima – ukupne zapremine 100 m3. Cijena ovakvih spremnika sa uključenom cijenom montiranja na Farmi Popović bila bi oko 4200 KM.

4.1.5. Prateća oprema (ventili, cjevovodi, sigurnosni kontrolori, pumpa za biogas i plastenik)

Za sistem proizvodnje i korištenja biogasa neophodno je pravilno organizovati njegov transport i kontrolu sigurnosti. Zbog toga su potrebni kvalitetni ventili, cjevovodi i kontrolori sigurnosti.

Sigurnosni kontroleri bi koštali oko 1040 KM za svaki digestor odnsono ukupno 3120 KM.

Za slučaj Farme Popović procijenjeno je da je potrebno nabaviti cijevni sistem i ventile u vrijednosti oko 800,00 KM.

Kako je pritisak gasa poslije procesa njegovog izdvajanja blizak atmosferskom, neophodno je imati gasnu pumpu kojome će se transportovati i djelimično komprimovati gas u rezervoar. Cijena ovakve pumpe bi bila oko 1200,00 KM.

Da bi se zadržala što optimalnija temperatura u digestorima i time poboljšao razvoj bakterija, preporučuje se da se digestori prekriju plastenikom. Za digestore na Farmi Popović bilo bi potrebno oko 400 m 2 po cijeni od 12 KM po m2 što ukupno iznosi 4800 KM.



4.1.6. Potrošnja biogasa

4.1.6.1. Gasni motor

Gasni motori su klipni motori SUS (motori sa unutrašnjim sagorjevanjem). Klipni motori se uglavnom primijenjuju kod malih i srednjih jedinica za kogeneraciju.

Na farmama, u standardnim postrojenjima na biogas, za proizvodnju električne energije i vruće vode uglavnom se koriste gasni motori.

Postoji samo nekoliko kompanija u svijetu koje proizvode specijalno dizajnirane motore za proizvodnju elektručne struje iz biogasa. Snaga ovih motora se kreće od 0.5-1000 kW. Električna efikasnost ovih motora se kreće od 33-37%. Preliminarna teoretska istraživanja su pokazala da je četverotaktni Oto motor koji radi na benzin pogodan za rekonstrukciju na biogas.

Pri radu gasnog motora prisutna su dva izvora povrata toplotne energije: izduvni gasovi na visokoj temperaturi i rashladna voda iz košuljice motora na niskom temperaturnom nivou.

Obzirom da korištenje otpadne toplote kod malih sistema može biti veoma efikasno, ova postrojenja su popularnija u malim sistemima potrošnje energije, posebno onim koji imaju potrebu za većom količinom električne energije u odnosu na toplotnu energiju i tamo gdje "kvalitet" toplotne energije nije visok, npr. para niskog pritiska ili topla voda.

Ove mašine su idealne za pogon sa prekidima, a njihove performanse nisu tako osjetljive na varijacije temperature spoljnjeg vazduha, kao što je to slučaj gasnih turbina. Mada su početne investicije u ove mašine niske, njihovi pogonski i troškovi održavanja su visoki zbog njihovog visokog habanja-trošenja.

Cijena gasnog motora snage 5kW se kreće oko 2000 KM.

4.1.6.2. Grijanje

Biogas je odlično gorivo koje se može koristiti u gasnom kotlu za grijanje. Farma Popović ima velike potrebe za zagrijavanjem prostora za tov pilića i domaćinstva. Posebno kada su pilići mali (do 20 dana starosti) i kada su vanjske temperature niske. Tako je period grijanja i preko 7 mjeseci godišnje. Trenutno Farma Popović koristi drvo kao gorivo i ono predstavlja značajan trošak.

Ovdje se preporučuje nabavka kondenzacionog kotla na biogas snage 60 kW čija je cijena oko 6000 KM. Ovako će se značajno umanjiti troškovi grijanja objekata za tov pilića. Ovakav kotao ima visok stepen djelovanja i konstruisan je da može da podnese kolebanja u sastavu biogasa i pritisku vazduha.



Primjer kotla koji kao gorivo može da koristi biogas:

Slika 4.9Kotao na biogas

A Grijaće površine od nerđajućeg plemenitog čelika - za visoku pogonsku sigurnost kod dugotrajnog korištenja i visoki toplotni učinak na malom prostoru B Modulacijski cilindrični plamenik za ekstremno niske emisije š tetnih tvari i tihi pogonC Ventilator vazduha za izgaranje upravljan brojem okretaja - za bešuman i štedljiv pogonD Priključci za biogas i voduE Digitalna regulacija kruga kotla

Posebno treba naglasiti da ovakav kotao radi sa maksimalnim pritiskom od 20 mbar i kako se priključni pritisak priključni pritisak gasa nalazi iznad maksimalno dozvoljenog priključnog pritiska biogasa, mora se predspojiti posebni regulator pritiska gasa instalacije.

Za količine biogasa koji može da se dobije na Farmi Popović, poslije analize, preporučen je kotao niominalne snage 60 kW i potrošnje oko 9,3 m3/h. S obzirom na limitirajući faktor izdvajanja biogasa ovakav kotao bi služio kao nadopuna grijanju objekata pomoću drveta.

Ovakav kotao bi koštao oko 6000 KM.

4.1.6.3. Kuvanje i rasvjeta

Gas se može koristiti u domaćinstvu za kuvanje korištenjem jednostavnih plamenika tj. kuvala koja se mogu lako nabaviti i čija cijena je zanemarljiva u odnosu na ukupnu investiciju. Takođe uštede su znatno manje u odnosu na uštede za grijanje pa nisu detaljnije razmatrane u ovom elaboratu.

Takođe postoje jednostavna rješenja za lampe koje koriste biogas. Ovako se može riješiti npr. spoljašnje osvjetljenje.



5. Koristi i problemi anaerbone digestije

Koristi od anaerobne digestije na farmi:

Proizvodnja biogasa - Biogas dobijen anaerobnom digestijom predstavlja važan izvor obnovljive energije. Sakupljeni gas može biti korišten za grijanje, proizvodnju električne energije, u domaćinstvu i u transportu.

Kontrola neprijatnih mirisa i muva- Bakterije u digestoru značajno smanjuju komponente koje prouzrokuju neprijatan miris. Dodatno jaja muva su uništena u toku anaerobne digestije smanjujući broj ovih štetočina koje prouzrokuju razne bolesti. Pored muva kontroliše se djelovanje i širenje drugih štetočina kao što su pacovi i razne vrste insekata.

Kontrola patogenih agenasa- Patogeni agensi kao što su E. coli, Salmonella i Cryptosporidiurn ne mogu da prežive visoke temperature u zagrijanom digestoru.

Upravljanje otpadom- Pri anaerobnoj digestiji razara se više isparljivih organskih komponenti i proizvodi više gasa nego pri aerobnoj digestiji (65 do 75 procenata zapremine), rezultat je manje čvrstog otpada.

Zaštita okoline (efekat staklene bašte)- Kada se životinjsko đubrivo skladišti rupi ili laguni, metan se oslobađa u atmosferu. Anaerobni digestor smanjuje štetni uticaj metana, koji je ima 21 puta veći uticaj na globalno zagrijavanje nego ugljen dioksid. Takođe korištenjem biogasa smanjuje se korištenje fosilnih goriva kao što su nafta i ugalj.

Smanjenje zagađenja vode i vazduha- smanjenje zagađenja vode i vazduha može biti efikasnim upravljanjem otpada. Lošim raspoređivanjem i upravljanjem životinjskim otpadom može doći do zagađenja lokalnog zemljišta i voda. Anaerobnom digestijom može se smanjiti rizik od zagađenja stabilizovanjem i kontrolisanjem ostataka. Posebno ovdje treba naglasiti da Farma Popović ima vellike problem sa odlaganjem izmeta sa farme jer se on ne može u svježem stanjuz koristiti kao đubrivo zbog svoje velike kiselosti.

Vrijedni prateći proizvodi- Kao dodatak proizvodnji biogasa, veći dio organskog azota prisutnog u đubrivu je prešao u amonijak, đubrivo koje biljke lakše prihvataju. Tečni otpad se može poprskati po njivama a čvrsti može biti prodan prihrana za zemlju.

Problemi anaerobne digestije:

Troškovi- Potrebna su značajna sredstva za početno ulaganje kao i za održavanje opreme za anaerobnu digestiju (posebno za nabavku/izgradnju digestora koji moraju da budu velike zapremine).

Kontrola opasnih emisija- Neki od gasova dobijenih u biogasu su otrovni i opasni za ljudsko zdravlje (sumpor-vodonik i amonijak). Ovo znači da gas mora biti očišćen od opasnih i štetnih materija. Takođe potrebno je stručno rukovanje proizvedenim biogasom jer je lako zapaljiv.

Transport i korištenje- Ako je izgrađeno centralizovano postrojenje za anaerobnu digestiju to uključuje transport na centralno mjesto i nazad. U razmatranje treba da bude uzet uticaj na lokalne komunikacije. Pojavljuje se i problem zajedničkog korišćenja dobijenog komposta električne i toplotne energije.

Životinjsko zdravlje- Mogu postojati neki rizici od prenošenja životinjskih bolesti između farmi koje su povezane u centralni sistem. Stroga kontrola kvaliteta je neophodna.



5.1. Analiza mogućnosti smanjenja energetskih troškova,

Okvirni proračun dobijenog biogasa

Na Farmi Popović nastaje približno 60 m3 biološkog otpada po ciklusu tova pilića. U jednom ciklusu se tovi aproksimativno oko 20000 pilića a godišnje se izvrši 7 ciklusa/turnusa što predstavlja tov oko 140000 pilića godišnje. Za proračun je bitna količina stelje (izmeta) koji nastaje godišnje u 7 ciklusa. Prema iskustvima sa farme Popović, godišnje nastaje oko 400 m3 stelje.

U procesu anaerobne digestije koristiće se i svinjski izmet sa susjedne farme za nazimice (svinje). Količina izmeta sa farme svinja je oko 180 m3 godišnje sastava uglavnom tečnog izmeta (150 m3) i čvrstog izmeta (30 m3).

Ovoj aktivnoj količini otpada potrebno je dodati oko 230 m3 vode jer je preporučeni maseni omjer dodate vode 1:1suvoj masi izmeta, prema iskustvenim podacima iz literature i prakse. To znači da je ukupna količina aktivne materije oko 810 m3 godišnje odnosno oko 116 m3 poslije svakog od 7 ciklusa. Radi sigurnosti i mogućnosti digestije dodatnih količina organske materije predložena su 3 digestora pojedinačnog kapaciteta 50 m3 (ukupno maksimalnog kapaciteta 150 m3). Ovako će se obezbijediti i fleksibilnost sistema i bolje izdvajanje biogasa.

To znači da se ukupna količina organske aktivne materije može koristiti u 7 ciklusa jer korištenje pilećeg izmeta zavisi od turnusa tova koji se odvija svakih 45-50 dana kada se objekti i čiste. Ovo je ograničavajući faktor koji je uticao na izbor opreme i način proizvodnje biogasa.

Količina biogasa koji nastaje u procesu anaerobne digestije se određuje na osnovu količine čvrste mase u aktivnoj smjesi. Prema literaturi i iskustvenim podacima moguće je izdvojiti 0,35-0,6 m 3 gasa po kg čvrste mase. Za predmetni slučaj, a da bi se izračunala vrijednost maksimalne količine biogasa koja se može dobiti, uzeto je da se može izdvojiti maksimalno 0,6 m3 biogasa po kg čvrste mase. Tako je maksimalna moguća količina izdvojenog gasa oko 96600 m3 godišnje odnosno 13800 m3 po ciklusu. S obzirom da je ciklus izdvajanja biogasa vezan za turnus tova pilića od oko 45 dana, slijedi da je dnevna maksimalna količina dobijenog biogasa oko 306 m3.

S obzirom na činjenicu da nije moguće izdvoji maksimalnu količinu biogasa zbog gubitaka, za proračun je uzeta donja projektovana količina dobijenog biogasa od 0,35 m3 po kg čvrste mase. Tako je u tom slučaju minimalna količina dobijenog biogasa po ciklusu 8050 m3 odnosno minimalno 178 m3 dnevno.

Nadalje, zbog same konstrukcije preporučenih digestora moguće je izdvojiti oko 30 m 3 po digestoru odnosno 90 m3 ukupno iz 3 digestora dnevno. Tako da je minimalna projektna količina dobijenog biogasa 90 m3 ukupno. Očigledno je da je pri izradi ovog elaborata uzeto najnepovoljniji slučaj, što daje za pretpostavku da bi je moguće proizvesti i veće količine.

Proračun dobijene energije

Prema literaturi, iskustvenim i eksperimentalnim podacima procjenjena toplotna moć dobijenog biogasa je oko 23,5 MJ/m3 što predstavlja oko 580 kWh dnevno.

Dobijeni potencijal energije se može iskoristiti za grijanje i proizvodnju električne energije odnosno smanjenje troškova za energiju. Uopšteno govoreći na Farmi Popović se može dobiti oko 90 m 3 biogasa čiji je sadržaj metan oko 65% (podaci iz literature). To znači da, s obzirom na trenutnu najnižu cijenu prirodnog gasa od 0,70 KM/ m3, ova dnevna količina biogas ima tržišnu vrijednost od najmanje 40,95 KM/dan što godišnje iznosi 14 947 KM.



Farma Popović za grijanje objekata i domaćinstva koristi drvo (cjepanice) u 2 kotla nominalnih snaga 100 kW i 175 kW.

Da bi se dobila procjena uštede, izvršen je grubi proračun dobijene toplote i minimalnih ušteda energije.

Donja toplotna moć zemnog gasa sa udjelom metana od 92% na području bivše Jugoslavije je u prosjeku:

Hd= 33340 kJ/m3

Tako je (proporcionalno gore navedenom) i toplotna moć biogasa (metan 65%) oko 23555 kJ/m3. Što je veći udio ugljenikovih jedinjenja tj. ugljenika to je veća i toplotna moć gasa. U ovu pretpostavku uzet je najnepovoljniji sastav biogasa a zanemaren je uticaj CO2 na toplotnu moć biogasa.

Potrošnja gasnog kotla se proračunava po obrascu:

pa je u našem slučaju za primjer kotla maksimalne snage 60 kW potrošnja:

Izračunata potrošnja od 9,36 m3/h je dobijena vodeći računa o eventualnim gubicima. Iz ovoga slijedi da dnevna proizvodnja biogasa može da pokrije oko 25% ukupnih potreba za grijanjem tokom godine.

Kako je navedeno u uvodnom dijelu ovog elaborata, ukupni troškovi nabavke ogrevnog drveta na Farmi Popović, uz potrošnju od 400 m3/god, iznose minimalno 20 000 KM/god sa tendencijom porasta cijene drveta. Dobijeni biogas bi mogao da zamjeni drvo kao gorivo u iznosu od oko 25% ukupnih potreba tokom perioda grijanja. Ovdje je veoma važno naglasiti da period grijanja zavisi od spoljnje temperature ali i od starosti pilića i zahtjeva da unutrašnja temperatura bude oko 30OC. Biogas će se izdvajati svaki dan i čuvati u rezervoaru za gas, tako da se može osigurati kontinuiran rad. Prema iskustvima procesa tova pilića period grijanja na Farmi Popović iznosi između 180 i 220 dana. U ovom elaboratu je usvojeno da je potrebno grijati oko 220 dana.

Ovako bi godišnja ušteda na ogrevnom drvetu iznosila minimalno 5000 KM.

U danima kada nema potrebe za grijanjem, biogas se može koristiti za pogon gasnog motora i proizvodnju električne energije. Tokom godine se procjenjuje da će se električna energija proizvoditi oko 130 dana uz prosječnu cijenu 1 kWh od 0,1357 KM. Dakle, moguće je, uz 24-časovni rad gasnog motora snage 5 kW, uštedjeti oko 15600 kWh godišnje odnosno oko 2110 KM.

Ovako su procijenjene uštede od oko 5000 KM za ogrevno drvo i oko 2110 KM za električnu energiju. Ukupna ušteda predstavlja oko 7110 KM. Ovo bi trebalo da bude minimalna ušteda jer su sve procijenjene vrijednosti u proračunu uzete sa značajnom rezervom.



5.2. Procjena troškova potrebnih za postrojenje za proizvodnju biogasa i energetsko postrojenje

Potrebna ulaganja u izgradnju postrojenja za proizvodnju biogasa sa pratećom opremom i radovima su prikazani u tabeli 5.1.:

Naziv Jedinica KoličinaJednična cijena

(KM)Ukupno (KM)

1 Homogenizator kom. 1 1000,00 1000,002 Mješač kom. 1 1000,00 1000,00

3Pumpa za aktivnu materiju (punjenje digestora) kom. 1 1500,00 1500,00

4 Razdjelnik kom. 1 150,00 150,005 Digestor 50 m3 kom. 3 3500,00 10500,006 Skruberi kom. 1 2200,00 2200,007 Sigurnosni kontoler kom. 3 1040,00 3120,008 Pumpa za biogas kom. 1 1200,00 1200,009 Rezervoar za biogas kom. 1 4200,00 4200,00

10 Gasni kotao kom. 1 6000,00 6000,00

11Gasni motor 5kw - Generator električne energije kom. 1 2000,00 2000,00

12 Plastenik m2 12,5 12,00 4800,0013 Cijevovod, ventili 1 800,00 800,0014 Radovi i nepredviđeni troškovi 1 3000,00 3000,0015 Skladište prerađenog đubriva 0,00

Ukupno 41470,00

Tabela 5.1 Troškovi investicije

5.3. Projekcija perioda otplate

S obzirom na da su ukupno procijenjena ulaganja u izgradnju postrojenja za izdvajanje biogasa sa potrebnom pratećom opremom oko 41470 KM, uštede su oko 7110 KM godišnje, period otplate je oko 5,8 godina.

S obzirom da ovdje nisu uzeti u obzir faktori kao što su inflacija, kamata na kreditna sredstva, dolazimo do zaključka da je period otplate prilično dug. Ovaj period bi vjerovatno mogao biti kraći ako cijene pojedinih elemenata budu nešto manje a cijena električne energije i drveta veće. U praksi bi vjerovatno povrat investicije bio kraci jer su u svakom dijelu proračuna uzeti najnepovoljniji troškovi.

U svakom slučaju za ovakve projekte potrebna je podrška vlade kroz subvencije jer se ovako značajno utiče na smanjenje potrošnje energije iz neobnovljivih izvora energije kao i zaštita okoline od neadekvatnog odlaganja otpada sa farme.Iz elaborata se može zaključiti da farma ima veći proračunski kapacitet pa se može razmatrati i proširenje kapaciteta pogona za proizvodnju biogasa. Na kapacitete koji su predloženi je moguće dodavati još prostora za digestiju, tj. proširivati ih postavljanjem dodatnih digestora istog tipa. Zbog ove fleksibilnosti su i izabrani i preporučeni balon digestori. Dodavanjem jednog digestora na projektovana tri, proizvodnja biogasa bi se povećala gotovo 20%, ali sa time raste i investicioni trošak tako da od investitora zavisi koji će se broj i kapacitet digestora instalirati.



6. Zaključci i preporuke

U konkretnom slučaju koji je bio predmet ove studije, preporučna je instalacija i korištenje opreme koja ne zahtijeva mnogo pripremnih radova i tehničko-tehnološkog pristupa samoj montaži i puštanju u rad. Ovakav pristup je izabran zbog velike razlike u cijeni ove opreme u odnosu na konvencionalnu opremu zastupljenu u Zapadnoj Evropi i SAD.

Generalno, otežavajuću okolnost na našem prostoru, u pogledu proizvodnje biogasa, predstavlja veličina tj. kapacitet prosječne farme. Ispitivanja i praksa su pokazali da je izvodljivost i isplativost investiranja u kapacitete za proizvodnju biogasa manja ukoliko je farma manja. S toga se nakon istraživanja došlo do zaključka da bi za farme domaćeg tipa bilo gotovo sigurno neisplativo investirati u pogone koji se baziraju na digestorima čvrstog tipa (zidani digestor).

Proizvodnja biogasa u Republici Srpskoj nije zakonski kategorisana niti usklađena kategorija sa zakonima i regulativama Evropske Unije i zemalja članica. Postoje pravno-administrativne prepreke po kojima se postrojenje za dobijanje biogasa, bez obzira na kapacitet i karakteristike, poistovjećuje sa pogonima za preradu prirodnog, zemnog gasa i smatraju se isto toliko opasnim. Ovakva klasifikacija i razmišljanje je neadekvatni i potpuno neosnovani. Ova tvrdnja slijedi iz činjenica da se proizvode male količine biogasa koji se nalazi na niskim pritiscima (manje od 10% je viši od atmosferskog) te se na takvim pritiscima i iskorištava. Također, transport gasa je minimalan jer se sve odigrava u okviru farme, a u konkretnom slučaju (predmetu ove studije) na svega 20-tak metara i ne predstavlja značajnu opasnost po okolinu i ljude.

U slučaju djelimične ili nedovoljne isplativosti, razvoj ovakvih postrojenja kod nas bi zavisio isključivo od subvencija države i njenih institucija koja bi sa određenim procentom u finansijskoj investiciji omogućili ovakav vid proizvodnje i korištenja obnovljivog energenta. Tako bi se period otplate vlasnicima farmi značajno smanjio i umanjio početnu investiciju. Tome u prilog ide i činjenica da živimo u zemlji sa jednim od najvećih procentualnih udjela potrošnje energije po glavi stanovnika u bruto nacionalnom dohotku na svijetu! S toga, ovakvi izvori energije moraju zauzeti mjesto jednog od prioriteta u strategiji razvoja energetskog sektora i Republike Srpske uopšte.

Značajna je činjenica da nijedno ozbiljnije ili kvalitetnije postrojenje ovog tipa, u Evropi i svijetu, nije instalirano bez osjetne pomoći i subvencija od strane države ili fondova koji podržavaju razvoj tehnologija baziranih na korištenju obnovljivih vidova energije, smanjenje emisije stakleničkih gasova te energetsku efikasnost.

Također, postoji i opcija izgradnje improvizovanih („sam svoj majstor“) mikro pogona koji omogućavaju izdvajanje i korištenje biogasa. Njihova cijena je veoma niska ali stepen iskorištenja je na veoma niskom nivou te se preporučuje uglavnom za domaćinstva. Ovaj vid proizvodnje uspješno se primjenjuje u ruralnim dijelovim Kine i Dalekog Istoka već više decenija.

Završna preporuka ovog elaborata je izrada izvođačkog projekta sa svom pratećom dokumentacijom za farmu koja bi bila izabrana kao reprezentativni uzorak za područje cijele Republike Srpske.



7. Literatura

1. DR, Andrew Trivet and Mathew Hall: Feasibility of biogas production on small livestock farms, University of Prince Edward Island, Canada, April 2009

2. Promotion of Biogas Production and Use in Commercial Establishment, GTZ-PURE/Power Cell/Sustainable Energy Unit (SEU) , December 2005

3. Grupa autora: ANIWASTE, 2004. D. Brdarić, D. Kralik, S. Kukić, R. Spajić, G. Tunjić: Konverzija organskog gnoja u bioplin, 2009; 5. Marinko Bogojević: MOGUĆNOSTI PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE

KORIŠĆENJEM BIOGASA NA FARMAMA LIJEVČE POLJA6. Steffen et al (2000); MEKARN MSc 2001-2003


Documents

Biogas Elaborat FarmuPopovic