Légköri erőforrásokelmélet

A biogáz

Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

Hasznosítási technológiák

Szuperkritikus gázfejlesztés

Bio-olaj előállítás

Pirolízis

Gázosítás

Égetés

K + FDemonstrációs fázisMűködő

Biogáz

Biomassza energiaforrásként való hasznosításának lehetőségei

Energiahordozó halmazállapota

Feldolgozási technológia

Energiahordozó típusa Felhasználási terület

Szilárd tüzelés szilárd tüzelő hőenergia

elgázosítás szilárd tüzelő hőenergia

éghető gáz hőenergia

villamos energia

pirolízis szilárd tüzelő hőenergia

éghető folyadék – olaj hőenergia

hajtóanyag

Folyékony fermentálás alkohol hajtóanyag

préselés növényi olaj hőenergia

Gáz fermentálás biogáz hőenergia

villamos energiahajtóanyag

Biomassza alapanyagok felhasználási irányai Típus Alapanyag

Szilárd biomassza

Folyékony biomassza Gáz biomassza

Hulladék Állati hulladék     X

Melléktermék Hígtrágya     X

Almostrágya     X

Szalma X    

Kukoricaszár X    

Napraforgószár X    

Venyige X    

Cukorrépaszelet   X X

Olajos ipari növ. hull. X    

Szántóföldi termesztett növény

Silókukorica     X

Rostkender X    

Repce   X  

Napraforgó   X  

Burgonya   X  

Cukorrépa   X  

Csicsóka   X  

Cukorcirok   X  

Energiafű X    

Kínai nád X    

   

Erdőgazdasági ültetvény

Akác X    

Nyár X    

Fűz X    

BiogázA biogáz szerves anyagok levegőtől elzárt (anaerob) lebomlása során keletkező gázelegy.

Oxigéntől elzárt térben, un. metánbaktériumok jelenléte esetén a biogáz képződés önmagától végbemegy (50–70% metán, 30–40% CO2, egyéb gázok).

Természetes biogáz képződés: (mocsarak, nedves hulladéktelepek, állatok)

Biogáz előállításra alkalmas anyagok: szerves trágya (híg és almos), mezőgazdasági termékek, energianövények, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, növényi maradványok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek

Kivétel: a szerves vegyipari termékek

Kerülni kell a tisztító-, fertőtlenítő- és gyógyszerek üzembe jutását

A biogázüzemek csoportosítása a felhasznált

anyagok szerint

hulladéklerakó telep — depóniagáz szennyvíztelep — szennyvíziszap állati hulladékokat feldolgozó üzemek növényi hulladékokat hasznosító üzemek energianövényeket feldolgozó biogáz üzemek

A biogázképződés szakaszai

A biogáz képződésének három szakasza:

– első szakasz: a szerves anyagban található fehérjék, zsírok és szénhidrátok bomlanak egyszerűbb vegyületekre (aminósavak, zsírsavak, cukor)

– második szakaszban az acetogén baktériumok a fenti anyagok bontásával szerves savakat (ecetsav, propionsav, vajsav) hidrogént és aldehideket hoznak létre

– harmadik szakasz: a metántermelő mikroorganizmusok egyik csoportja a szerves savakat metánná, CO2-dá és vízzé. A másik csoport a CO2 és a hidrogén felhasználásával metánt hoz létre.

A biogázüzemben a szakaszok nem különülnek el, ezért érzékeny az üzem biotechnológiai egyensúlya.

A biogáztermelés szakaszai

A biogázüzem felépítése

Minden biogáztelep alapvetően következő részekből áll:

- Előtároló tartály: tárolás, keverés, aprítás (ha szükséges hígítás)

- Fermentáló: A biológiai folyamat „színtere”. Légmentes lezárása után üzemi hőmérsékletre kell melegíteni (többnyire 35-40°C).

- Gáztározó: A biogáz felfogására és közbenső tárolására szolgál. Itt általában megtörténik a biogáz részleges tisztítása is.

- Gázhasznosító: A biogázt fűtőkazánokban, ill. blokkfűtő-kazánokban lehet felhasználni.

A szubsztrátumok áramlása alapján két nagy típusa: átfolyó rendszerű üzemek tároló rendszerű üzemek

A biogáz üzemek lehetnek egy és többlépcsős változatúak, ebben az esetben a biogáztermelés mikrobiológiai folyamatai térben is elkülönülnek egymástól.

Így épült!

Bruck an der Leitha

Bruck an der Leitha

A biogázüzem felépítése

A biogáztermelés folyamata

Az előtárolókba (fermenterokba) bekerül a hígtrágya ami vegyíthető szilárd szerves anyagokkal (aprítás után) → hidrolízis elkezdődik → biogáz-képződés felgyorsul.

A keverék a biogázreaktorba jut → (gázreaktor: jól tömített, víz-, gáz-, korrúzió álló, fény nem juthat be.)

A fermentor fűtése szükséges a biológiai folyamatokhoz. Számukra optimális hőmérsékleti-tartományok alapján 3 csoport: pszichofil zóna, környezeti hőmérsékleten üzemelő

biogáz technológiák, kb. 25 oC-ig → biogáztermelésük alacsony

mezophil zóna, a +32 - +42 °C → a baktériumok igen aktívak, a nagyobb hőmérsékletingadozást is elviselik

termophil zóna, a +50 - +57 °C között → a baktériumok gáztermelése nagyobb, de érzékenysége is jelentős a hőmérséklet változására

A fermentor mérete 100 számosállat (500 kg súlyú állat) esetén 200–250 m3 közötti.

A kierjesztett anyag az utótárolóba kerül (utóerjesztő) (előírt méret: 6 hónap)

A reaktorban keletkezett gáz → gáztároló (át nem eresztő fólia)

Az égetés előtt gáz tisztítás (szennyező elemek, kénhidrogén) → gáz nedvességtartalmának csökkentése (talajba fektetett csővezetékben) → ismét felmelegítve ismét szárazon kerül a motorba.

A biogázüzem: irányítástechnika, biztonság

A biogáztermelés biztonsága érdekében elengedhetetlen a hőmérséklet, a pH, a képződött gáz mennyisége, metán és kénhidrogén tartalom mérése és szintet tartása.

Az üzembiztos termelés változását előre jelzik pl. a felhasznált alapanyagok, a termelt energia pontos mennyisége.

A már fel nem használt, és nem is tárolható gáz → gázfáklya

Üzembiztonság: a fermentor tér levegőtartalma <10%

Pirolízis

biomassza

Gázok

Szerves gőzökBio-olaj kátrány

Faszén

A pirolízis során a szerves anyagok az elégetéshez nem elegendő levegő jelenlétében, 450-600 OC –ra hevítve, az atomok gyors mozgásának következtében szétesnek

kondenzáció

Elsődleges termékek

A keletkezett biogázAutoterm (levegő)

Alloterm (gőz)(típusai: pirolízis-, szintézis-, generátorgáz)

átlagos fűtőértéke: 22 MJ/kgösszetétele:

CH4 (60-70%), CO2 (30-40%),

mellékgázok (H2; CO – 4%, H2S, O2, N2)

A kinyerhető metán mennyiségét befolyásoló tényezők: a kiindulási szerves anyag összetétele, a biogáz-erjesztő berendezés műszaki színvonala, az alkalmazott erjesztési technológia, a szárazanyag-tartalom, az erjesztő tér hőmérséklete és egyéb mikrobiológiai feltételek.

A „szuperkritikus vizet”:

221 bar feletti nyomáson

374 oC hőmérséklet feletti vízből kapunk.

Ilyen körülmények között a víz oxidáló hatásúvá válik és megváltoztatja szubsztrát szerkezetét:

• A víz molekulák O atomjai a szubsztrát C atomjaival CO2-ot képeznek

• A víz és a szubsztrát H atomjai H2 – t képeznek

A biomassza szuperkritikus vízben történő kezelése a szerves anyagok üzemanyagokká alakíthatóak és könnyen elválaszthatók a vízfázistól szobahőmérsékletre történő hűtéskor.

Az előállított magasnyomású gáz igen gazdag hidrogénben.

Szuperkritikus gázosítás

Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

A biogáz hasznosításának lehetőségei

– településen belül: fűtés, főzés, melegvíz-előállítás, stabil munkagépek közvetlen hajtása, villamosenergia-termelés, és a termelt áram felhasználásra, világítási célokra, vagy ipari munkagépek hajtására

– nagy gáztermelő telepeken: felhasználás közvetlenül gázenergia-formában, eltüzeléssel, gázból villamosenergia-termelés, gáztisztítás és mosás után a földgázhálózatba való betáplálás, folyékony motorhajtó üzemanyag (metanol) előállítása

– településen lévő ipari hasznosítás: istállók fűtése, mezőgazdasági hűtőberendezések üzemeltetése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, élelmiszeripari üzemek energiaellátása

– biogáz földgáz minőségűre történő átalakítása – biogáz-tárolás végrehajtása – robbanó motor hajtása – villamosáram-termelés – a termelt biogáz egész évi optimális szétosztása

Biometán - robbanó motor hajtása

Földgáz minőségűre történő tisztítás után:

– földgázhálózatba betáplálás

– üzemanyagként

A biogáz mint üzemanyag elterjedésének gátló tényezők:

– beruházási költségek: a termelő és tisztó berendezések drágák, töltőállomás kiépítése költséges

– üzemanyagként nem mentesül a jövedéki adó fizetése alól

Gazdasági előnyök:

– sokoldalú hasznosítási lehetőség,

– jelentéktelen az emisszió,

– hulladékok és melléktermékek hasznosítására ad lehetőséget,

– hulladéktárolóknál, szennyvíz-telepeken képződő gázok hasznosítása,

Környezetvédelmi előnyök:

– CO2 csökkentés

– CH4 csökkentés

– hulladéklerakóink többsége alkalmatlan biogáz-termelésre, magas

befektetési költségek → szelektív hulladékgyűjtés

– trágya, maradék szervesanyag kihelyezése és műtrágya készítése

A biogáz felhasználás előnyei

A nyírbátori üzem paraméterei

Magyarországon 15 üzem van → de többnyire a → de többnyire a szennyvíziszap kezelése) kevés a mezőgazdasági szennyvíziszap kezelése) kevés a mezőgazdasági hulladékot feldolgozó üzemhulladékot feldolgozó üzem

Felhasznált alapanyag: 300 t/nap

Fermentáció: • 38 oC-on 24 nap• 55 oC-on 24 nap

Biotrágya tárolás: 120 nap

Összes műtárgy térfogat: 27 000 m3

Keletkező biogáz mennyiség: 10 000 m3/nap

Villamos energia termelés: 21 000 kW/nap

Példa Magyarország biomassza potenciáljára:

Hulladék típusa 2000. 2005. 2008.

Mg.-i és élelmiszeripari 5,0 5,0 3,0

Települési szilárd hulladék ( 50 %) 2,3 2,4 2,6

Települési folyékony 5,5 5,2 4,6

Szennyvíziszap 0,7 1,1 1,5

Mg.-i és erdőgazdasági maradványok 28,0 30,0 32,0

ÖSSZESEN (millió t) 41,5 43,7 43,7

Biogáz termelés (milliárd m3) 6,6 6,9 6,9

Nyerhető összes villamos energia(milliárd kW) 13,2 14,8 14,8

Értéke (milliárd Ft) 238 266 266

Erőművi kapacitás (MWh) 1500 1690 1690

A hulladékképződés várható alakulása (Országos Hulladékgazdálkodási Terv) alapján az ebből előállítható biogáz és villamos energia mennyisége

A betáplálás szempontjából figyelembe vehető gázok jellemzői, osztályozása

az anaerob forrásokból származó biogáz jellemzői: a földgáznál jóval kisebb az energiatartalmuk az összetétel nem felel meg a közszolgáltatású gázokénak tartalmaznak inert komponenseket (N2, CO2) a depóniagázban oxigén is előfordulhat egyéb nem kívánatos komponensek (H2S, NH3) az összetétel és a minőség időben változó

a biogáz energiatartalma a metán térfogathányadtól függ mezőgazdasági telepeken (60–70%) szennyvíziszapból (55–65%) depóniatelepeken (44–45%)

A biogáz összetételében megjelenő komponensek

CO2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, savas közeg

N2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx

O2 – korróziós hatás, + vízgőz → fagyveszély

H2 – biztonságtecnikai kockázat

H2S – leválasztásuk alapvető követelmény

CO – vérméreg, erős redukálószer NH3 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx

Cl, F – sóképzők aromás szénhidrogének (benzol, tulol) – a műanyag

alaktrészeket károsítja sziloxánok – mozgó alkatrészek kopása Európában 6 országban van valamilyen szintű előírás