FreeForum
Forum rozwoju efektywnej energii

 

Odpady zamienione w paliwo

Biogaz to paliwo powstałe w wyniku rozkładu materii organicznej. Uzyskuje się je w procesie nazywanym fermentacją beztlenową różnego rodzaju materiałów biodegradowalnych, takich jak nawóz, odpady ze składowisk i ścieków, odpady komunalne, rolnicze i przemysłowe.

Biogaz jest odnawialnym i elastycznym źródłem energii, zazwyczaj przechowywanym na miejscu w zbiornikach magazynowych. Może być używany do gotowania, ogrzewania, produkcji energii elektrycznej, jako paliwo do środków transportu, a także udoskonalany aż do osiągnięcia jakości gazu ziemnego i umieszczenia go w sieci gazowej. Biogaz jest paliwem szczególnie chętnie wykorzystywanym na terenach wiejskich, które nie są podłączone do głównych sieci gazowych. Na tych obszarach biogaz może stanowić dla ludzi i prowadzonych przez nich przedsiębiorstw przyjazną dla środowiska alternatywę dla LPG, a zwłaszcza zużycia węgla, oleju grzewczego czy ropy. W parze z wydajnymi i energooszczędnymi technologiami konwersyjnymi, takimi jak kotły kondensacyjne czy systemy mikro-CHP, można uzyskać dalsze oszczędności węgla i energii.

Zazwyczaj koszty produkcji biogazu są wyższe niż te służące pozyskiwaniu gazu ziemnego. W wielu krajach europejskich dostępne są jednak subsydia na produkcję biomasy.

Na obszarach wiejskich nie brakuje zazwyczaj odpadów zwierzęcych i organicznych, które często są pozbawione większej wartości. Produkcja biogazu może doprowadzić do powstania takich lokalnych, stałych „strumieni wartości” i zapewnić większe możliwości finansowe dla sektorów rolniczego i leśnego na terenach wiejskich. Wówczas uprawa roślin do produkcji biogazu może być ekonomicznie samowystarczalna, bez konieczności finansowego wsparcia z zewnątrz. Dodatkowym źródłem dochodów może być gospodarka odpadami, zarządzanie redukcją emisji lub produkcja nawozów. Opłacalność takich instalacji również zależy od dostępności i rodzaju biomasy lub innego surowca używanego do produkcji biogazu.  

Podstawowe informacje

Co to jest?

Biogaz to paliwo powstałe w wyniku rozkładu materii organicznej. Uzyskuje się je w procesie nazywanym fermentacją beztlenową różnego rodzaju materiałów biodegradowalnych, takich jak nawóz, odpady ze składowisk i ścieków, odpady komunalne, odpady rolnicze i przemysłowe.

Biogaz może być źródłem energii, służyć do ogrzewania (a także kogeneracji ogrzewania i mocy – CHP) oraz jako paliwo do środków transportu. Może być także udoskonalany, aż do osiągnięcia jakości gazu ziemnego, a następnie umieszczony w sieci gazowej.

Jakie są korzyści?

Elastyczność: biogaz może być używamy jako paliwo do produkcji energii elektrycznej, ogrzewania oraz jako paliwo do środków transportu.

Materiał wsadowy, a także sam biogaz może być przechowywany i wykorzystywany zgodnie z zapotrzebowaniem (np. do produkcji energii elektrycznej i/lub ciepła, w samochodzie). Biogaz może być także udoskonalany, aż do osiągnięcia jakości gazu ziemnego i wtłoczenia go do sieci gazowej. Taki oczyszczony biogaz jest bardzo zbliżony do gazu ziemnego (jest także w głównej mierze metanowy), tak aby mógł być wykorzystywany w typowych urządzeniach w gospodarstwach domowych, a także w sektorze przemysłowym.

Dostępność lokalna: Na obszarach wiejskich surowce, które mogą zostać poddane procesowi fermentacji beztlenowej – nawóz, odpady rolnicze, zboża – są w większości przypadków dostępne i gotowe do użycia. Odpady przemysłowe, takie jak pozostałości po produkcji napojów, piwa, żywności również są dostępne lokalnie lub regionalnie – i często uznawane za nieprzydatne odpady. Do produkcji biogazu mogą być również używane odpady ze składowisk i ścieków.

Odnawialność i niska zawartość węgla: surowce używane do produkcji biogazu pochodzą z materiałów naturalnych i organicznych. Emisje gazów cieplarnianych (GHG) są niskie w porównaniu z innymi paliwami, takimi jak gaz ziemny (więcej szczegółów znajdziesz w punkcie: „Wpływ na środowisko naturalne”). Biogaz to paliwo odnawialne.

Dodatkowe korzyści:

  • Przy produkcji biogazu powstaje również skuteczny nawóz organiczny (zastępujący nawóz mineralny).
  • Emisja metanu, pochodząca z magazynowanego nawozu jest kontrolowana i ograniczana do minimum, co zapobiega jego przedostawaniu się do atmosfery. Metan to bardzo silny gaz cieplarniany.
  • Niektóre nasiona (chwastów) są dezaktywowane, przez co nie jest konieczna tak wysoka kontrola chwastów.

Jak to działa?

Biogaz jest powszechnie produkowany w procesie nazywanym fermentacją beztlenową z udziałem mikroorganizmów (bakterii lub archeonów) surowców organicznych, takich jak nawóz, odpady ze składowisk i ścieków, odpady komunalne, odpady rolnicze (na przykład ze zbóż) oraz przemysłowe.

Materię organiczną umieszcza się w hermetycznym reaktorze (zwanym również komorą fermentacyjną). W takiej komorze bakterie beztlenowe i archeony produkują biogaz. Zazwyczaj taki reaktor wymaga mieszania i podgrzewania w celu zapewnienia optymalnych warunków życia mikroorganizmów, a tym samym optymalizacji procesu rozkładu. Po zakończeniu tego rodzaju procesów biogaz jest magazynowany i staje się elastycznym paliwem. W przypadku niektórych zastosowań jest dodatkowo oczyszczany albo mieszany z gazem ziemnym lub LPG, w celu zwiększenia jego wartości kalorycznej.

Coraz częściej udoskonala się biogaz do jakości naturalnego gazu ziemnego. Taki ulepszony biogaz nosi nazwę biometanu. Po skompresowaniu biometan może być używany jako paliwo do środków transportu i już znajduje zastosowanie w samochodach, pociągach i statkach –

podobnie jak skompresowany gaz ziemny. Resztki roślin wykorzystanych do produkcji biogazu (nazywane masą pofermentacyjną) są używane jako nawóz na gruntach rolnych. Mogą być również rozdzielane na skoncentrowany nawóz, humus i wodę.

Przydatność/zastosowanie

Biogaz jest paliwem szczególnie chętnie wykorzystywanym na obszarach wiejskich, które nie są podłączone do głównej sieci gazowej. Na tych obszarach biogaz może stanowić dla ludzi i prowadzonych przez nich przedsiębiorstw przyjazną dla środowiska alternatywę wobec LPG, a zwłaszcza wobec zużycia węgla, oleju grzewczego czy ropy. W parze z wydajnymi i energooszczędnymi technologiami konwersyjnymi, takimi jak kotły kondensacyjne czy systemy mikro-CHP (ko generacyjne), można uzyskać dalsze oszczędności węgla i energii.

Na produkcję biogazu w konkretnym zakładzie wpływa w znacznym stopniu użyty materiał wsadowa oraz jego dostępność lokalnie. Przeciętny zakład komercyjny zużywa średnio kilka tysięcy ton surowca rocznie. Oznacza to, że aby produkcja biogazu była opłacalna, konieczna jest odpowiednia skala tej produkcji (gospodarstwa rolne, zakłady przemysłowe). Należy także zapewnić odpowiednią ilość miejsca na składowanie i przetwarzanie biomasy.

Szczegółowe informacje

Koszty, oszczędności, zyski

Zazwyczaj koszty produkcji biogazu są wyższe niż te wiążące się z pozyskiwaniem gazu ziemnego, który ma podobne zastosowanie. Dlatego instalacje do produkcji biogazu wymagają wsparcia finansowego, dostępnego w wielu krajach europejskich.

Na obszarach wiejskich nie brakuje zazwyczaj odpadów zwierzęcych i organicznych, które często są pozbawione większej wartości. Produkcja biogazu może doprowadzić do powstania takich lokalnych, stałych „strumieni wartości” i zapewnić większe możliwości finansowe dla sektorów rolniczego i leśnego na terenach wiejskich. W takich sytuacjach uprawa roślin do produkcji biogazu może być ekonomicznie samowystarczalna, bez konieczności finansowego wsparcia z zewnątrz.

Opłacalność instalacji do produkcji biogazu zależy nie tylko od dostępności, ale także od rodzaju biomasy używanej do produkcji biogazu.

Dodatkowym źródłem dochodów może być gospodarka odpadami, zarządzanie redukcją emisji lub produkcja nawozów.

Wpływ na środowisko naturalne

Emisje gazów cieplarnianych (GHG) kojarzonych z biogazem są niskie. Biogaz może być teoretycznie pozbawiony dwutlenku węgla, ponieważ ilość tego związku emitowanego do atmosfery w procesie spalania biopaliw jest równa ilości dwutlenku węgla pobieranego z atmosfery w ciągu całego cyklu wzrostu rośliny, co sprawia, że jest to obieg zamknięty. Jednakże emisje gazów cieplarnianych zdarzają się również w trakcie produkcji, konwersji i dystrybucji biogazu. Jest to uniknione, aby ocenić jego korzyści w całym okresie eksploatacji (uwzględniającym także łańcuch dostaw). Biogaz jest często produkowany z zasobów lokalnych lub regionalnych, które powodują niższe emisje GHG i nie konkuruje z innymi formami gospodarki gruntami, np. produkcją żywności.

W sytuacji, gdy w zakładzie produkującym biogaz jest wykorzystywany nawóz, występuje większy pozytywny efekt środowiskowy, dzięki obróbce nawozu i redukcji emisji metanu. Oczyszczanie ścieków czy utylizacja odpadów mają w większości przypadków pozytywny wpływ na środowisko – efektem takiego procesu jest recykling surowców (np. minerałów) i produkcja odnawialnej energii. Tam, gdzie sadzone są zboża służące produkcji energii, pojawiają się oczywiście kwestie związane z odnawialnością i naruszaniem równowagi ekologicznej (np. produkcja żywności kontra produkcja energii, wpływ na bioróżnorodność i jakość wody).

Negatywny wpływ na środowisko udaje się jeszcze zredukować po spełnieniu następujących wymogów:

  • Obróbka nawozu: w hodowli bydła składowanie nawozu powoduje wysoką emisję metanu.

Nawóz ma około 23 razy wyższą zdolność emisji gazu cieplarnianego, w porównaniu z dwutlenkiem węgla. Jeżeli nawóz przerabia się w zakładach produkujących biogaz, tego rodzaju emisji udaje się uniknąć. Z drugiej strony, ograniczanie emisji metanu w zakładach produkujących energię w postaci biogazu przekłada się jednocześnie na zmniejszenie negatywnej emisji dwutlenku węgla (redukcja efektu cieplarnianego).

  • Masa pofermentacyjna zastępuje nawóz mineralny.
  • Ciepło będące efektem ubocznym jest zagospodarowane i wykorzystane w pożyteczny, wydajny sposób.
  • Wskaźniki wycieków (strat metanu) są na niskim poziomie.

Wybór materiału wyjściowego: Ścieki i odpady zapewniają produkcję biogazu o niskiej emisji. W przypadku sadzenia zbóż energetycznych taki surowiec ma jednak potencjalny negatywny wpływ na równowagę ekologiczną (tak jak w przypadku każdej produkcji rolniczej).

Wydajność

Wydajność biogazu jako paliwa zależy od wydajności samej technologii, w której paliwo jest zamieniane w produkt końcowy, taki jak ciepło czy energia.

Wykorzystanie komercyjne

Produkcja biogazu w procesie fermentacji jest uważana za dojrzałą i godną zaufania technologię. W Europie działa obecnie około dziesięciu tysięcy zakładów produkujących biogaz, które posiadają kilkudziesięcioletnie doświadczenie. Biogaz jest dzisiaj droższy w produkcji od paliw kopalnych, stąd istnieje konieczność wsparcia finansowego, by taka produkcja była komercyjnie opłacalna. Tego rodzaju wsparcie jest dostępne w wielu krajach europejskich.

Utrzymanie i serwisowanie

Nie dotyczy.

Szczegóły techniczne

Biogaz składa się głównie z metanu (50-75%), dwutlenku węgla (30-45%), pary wodnej oraz innych składników (w śladowych ilościach). Oczyszczony biogaz (biometan) ma właściwości zbliżone do gazu ziemnego.

Typowa wydajność komercyjnej fabryki biogazu waha się od 50 kWel do kilku MWel. Standardowe instalacje do produkcji biogazu w gospodarstwach rolnych przeprowadzają fermentację na poziomie 500-5000 metrów sześciennych i wymagają co najmniej kilku ton materiału wsadowego (biomasy) rocznie. Takie instalacje zazwyczaj produkują więcej biogazu niż pojedyncze gospodarstwo potrzebuje, aby zaspokoić swoje potrzeby energetyczne. Domowe instalacje do produkcji biogazu nie są zbyt popularne w Europie, przede wszystkim ze względu na ilość pracy, jakiej wymaga ich obsługa (zwłaszcza ładowanie i opróżnianie komór fermentacyjnych).

Na rynku występuje kilka technologii produkcji biogazu, które są stosowane w zależności od dostępnej biomasy i konkretnych zastosowań.

Różnice regionalne

Zakłady produkujące biogaz mogą powstawać we wszystkich krajach i regionach Europy. Lokalne warunki klimatyczne mają wpływ na specyfikację instalacji (np. wymagana ilość ciepła do podgrzania biomasy w komorze fermentacyjnej), zaś rodzaj dostępnej w danym regionie biomasy przekłada się na funkcjonowanie danego zakładu. Dlatego należy uwzględniać warunki regionalne przy projektowaniu takich systemów.

Stowarzyszenia handlowe

European Biomass Association (Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Biomasy) www.aebiom.org

European Biogas Association (Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Biogazu) www.european-biogas.eu