Bartosz Korytkowski
Bydgoszcz
Odnawialne Źródła Energii (OZE) to temat ciągle aktualny a technologie produkcji biogazu z wykorzystaniem pomiotu drobiowego stanowią jedną z gałęzi mającą duże szanse rozwoju na terenie Polski oraz przyczyniającą się do wzrostu opłacalności produkcji drobiarskiej.
Powszechnie stosowana energetyka konwencjonalna, a więc opierająca się o paliwa kopalne takie jak: węgiel kamienny, ropa naftowa czy gaz ziemny przyczynia się do przedostawania do środowiska licznych związków siarki, azotu, odpadów stałych a także zwiększenia ilości gazów cieplarnianych.
Alternatywą dla powyższych źródeł energii coraz częściej staje się energetyka niekonwencjonalna – odnawialne źródła energii (OZE) wykorzystujące wodę, słońce, wiatr czy biomasę. Procesy wykorzystywania i przekształcania biomasy w biogaz a następnie wykorzystywanie go w celach gospodarczych i przemysłowych znane są na całym świecie i powszechnie stosowane w wielu krajach już od lat 80-tych. Biogazownie lokalizowane są zazwyczaj przy obiektach składowania odpadów, przy oczyszczalniach ścieków oraz w pobliżu ferm zwierzęcych.
Wyróżnić możemy kilka źródeł powstawania biogazu. Biogaz powstający w warunkach naturalnych, na terenach bagiennych, gdzie szczątki roślin i zwierząt w odpowiednich warunkach (temperatura, wilgotność) pozostają bez dostępu tlenu. Biogaz powstający w wyniku fermentacji odpadów organicznych będących składnikami odpadów komunalnych oraz wreszcie gaz uzyskiwany w wyniku przerobu substancji pochodzących z szeroko rozumianego rolnictwa lub chowu zwierząt.
Biogazownie rolnicze produkują gaz na drodze fermentacji metanowej, która jest procesem mikrobiologicznego rozkładu substancji organicznych w warunkach anaerobowych. Proces ten w większości biogazowni odbywa się w temperaturze 30-37°C.
Surowcami do produkcji biogazu są związki, które nazywane są monosubstratami (czyli związkami mającymi zdolność do samoczynnej fermentacji) oraz kosubstratami (związkami dodawanymi do komory fermentacyjnej w celu zwiększenia wydajności procesu).
Biogaz składa się przede wszystkim z metanu CH4 oraz dwutlenku węgla CO2, a także domieszki innych gazów takich jak: siarkowodór, tlen czy azot. Jego skład zależy przede wszystkim od źródła pochodzenia, co prezentuje tabela 1.
Jednolity charakter substratów stosowanych w rolnictwie sprawia, że biogaz pochodzący z tego źródła cechuje najmniejsza ilość domieszek niepożądanych gazów a spora ilość metanu.
W rolnictwie naturalnymi substratami do produkcji biogazu mogą być m.in.: obornik, odchody drobiowe i gnojowica. Produkcja biogazu z odchodów drobiowych jest rozwiązaniem dobrym przede wszystkim dla tych ferm drobiu, które nie posiadają gruntów, na których mogłyby być one stosowane jako nawóz rolniczy. Surowiec używany do produkcji gazu składa się przede wszystkim z trzech podstawowych składników organicznych tj. białek, cukrów i tłuszczy oraz form rozpuszczalnych mikro- i makroelementów a także pierwiastków śladowych. Największą ilość metanu otrzymuje się z fermentacji tłuszczy (ok. 0,75 m3 z 1 kg), najmniejszą z fermentacji węglowodanów (ok. 0,42 m3 z 1 kg). Tłuszcze pomimo wysokiej produktywności gazu charakteryzuje powolny czas rozkładu, co oznacza konieczność doboru substratu o optymalnym składzie, pozwalającym na osiągnięcie największej możliwej wydajności.
W zależności od sposobu utrzymania ptaków produkują one znaczne ilości odchodów, które mogą być przetworzone w gaz a ten następnie może być wykorzystywany przy spalaniu do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej, która w okresie zimowym może zostać wykorzystana np. do ogrzania budynków inwentarskich.
Pomiot drobiowy w porównaniu z innymi substratami charakteryzuje się zawartością suchej masy na poziomie 20-36%, co wiąże się z koniecznością jego rozcieńczenia do poziomu 15% suchej masy – jest to wartość graniczna dla procesu fermentacji mokrej. Inną przeszkodą do uzyskania wysokiej efektywności w procesie fermentacji jest wysoka zawartość azotu w formie amonowej, który może być toksyczny dla bakterii fermentacji metanowej. Problem ten rozwiązuje się poprzez rozcieńczanie odchodów wodą lub kiszonkami oraz stosowanie szczepów bakterii odpornych na działanie azotu amonowego.
Spalanie biogazu jest dużo korzystniejsze dla środowiska niż spalanie tradycyjnych paliw kopalnych ze względu na znacznie niższą emisję dwutlenku węgla do atmosfery, co przekłada się na zmniejszenie korozji budynków i urządzeń.
Bardzo dobrym rozwiązaniem jest również wykorzystanie na koniec procesu fermentacji pomiotu drobiowego. Pomiot na koniec procesu może być przetworzony i wykorzystany jako cenny nawóz wyróżniający się wysoką zawartością azotu amonowego. Jest to z kolei bardzo dobre rozwiązanie dla ferm posiadających w swoim sąsiedztwie pola uprawne. Przefermentowany pomiot drobiowy pozbawiony jest związków takich jak siarkowodór odpowiedzialnych za powstawanie przykrych zapachów – odorów. W wyniku działania wysokich temperatur w komorze fermentacyjnej produkt ten pozbawiony jest bakterii, wirusów i innych patogenów odpowiedzialnych za wywoływanie groźnych chorób.
Wartość energetyczna (kaloryczność) biogazu jest zwykle niższa niż wartość energetyczna np. węgla kamiennego. Kaloryczność biogazu wytworzonego z odchodów drobiu waha się w przedziale 20-26 MJ/m3. Dlatego bardzo często stosuje się zabieg wzbogacania biogazu do bioetanu, co jest spowodowane wysoką zwartością zanieczyszczeń, CO2 oraz niską zawartością węglowodorów wyższych. Biogaz poddawany jest takim procesom jak: odsiarczanie, osuszanie i oczyszczanie z CO2. Najprostszym i jednocześnie najczęściej spotykanym sposobem zagospodarowania biogazu jest jego spalanie przy użyciu silników kogeneracyjnych, które pozwalają na wytworzenie wspomnianej wcześniej energii cieplnej lub elektrycznej.
Powstały w procesie wzbogacania biometan może także zostać odprowadzony do istniejącej sieci gazu ziemnego. Jednak ze względu na istniejące w Polsce trudności natury formalno-prawnej proces ten nie został jak dotąd zrealizowany w żadnej z istniejących biogazowi.
Ciekawym sposobem na wykorzystanie biogazu po odpowiednim wzbogaceniu jest jego zastosowanie do napędzania pojazdów. Sposób ten z powodzeniem wykorzystywany jest w Szwecji, Szwajcarii oraz w mniejszym stopniu w Niemczech.
Wydajność biogazu potwierdzona w badaniach kształtuje się tak, że 1 m3 biogazu odpowiada 0,62 l oleju napędowego lub 1,1 kg węgla kamiennego.
Reasumując, budowa rolniczej biogazowi związana jest zarówno z korzyściami o charakterze gospodarczym, jak i ekonomicznym oraz społecznym. Pozwala ona na zagospodarowanie odchodów ptaków będących najczęściej jedynie produktem ubocznym chowu. Poprzez wykorzystanie pomiotu zwiększa się opłacalność produkcji a dodatkowo ferma może pokrywać własne zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną. Dodatkowo przefermentowany substrat może być sprzedawany jako nawóz co stanowi kolejne źródło dochodu fermy. Budowa biogazowi to także tworzenie nowych miejsc pracy oraz korzystny wpływ na rozwój obszarów wiejskich.
Piśmiennictwo dostępne u autora