Archiwum

Martyna Wróblewska; Biowatt S.A.

     Z roku na rok coraz więcej płacimy za energię. Na podwyżkę wpływa wiele czynników, a jednym z nich jest m.in. coraz wyższy koszt pozyskania uprawnień do emisji CO2 przy jednoczesnym oparciu polskiej elektroenergetyki na produkcji energii elektrycznej z węgla. W Polsce cały czas źródłem produkcji energii są w głównej mierze paliwa kopalne, dlatego prąd pochodzący z naszych elektrowni jest drogi. Czy jako odbiorcy, możemy mieć zatem wpływ na wysokie koszty energii? Owszem, możemy mieć nawet bezpośredni wpływ na rachunki za energię naszego zakładu – produkować ją za darmo w biogazowni.

Korzyści płynące z działalności biogazowni

     Biogazownia jest najstabilniejszym źródłem odnawialnej energii – jej działanie nie jest uwarunkowane ani siłą wiejącego wiatru czy natężeniem promieniowania słonecznego. Jedynym warunkiem jest dostępność substratów, które znajdują się tuż pod ręką, więc czy jest to właściwie jakikolwiek warunek? Gospodarstwa rolne posiadają własny substrat do produkcji biogazu czy to jako pozostałość po produkcji świń (gnojowica) czy jako własne zasiewy kukurydzy. Gospodarstwa mają również swoje potrzeby energetyczne – związane ze zużyciem energii elektrycznej i cieplnej. Biogazownia pozwala więc zagospodarować odpady z produkcji rolnej i uzupełnić bieżące potrzeby energetyczne gospodarstw rolnych poprzez produkcję energii z tych odpadów. W nagrodę biogazownia dostarcza jeszcze cenny nawóz organiczny ograniczając koszty stosowania nawozów mineralnych. 

     Owszem, jest to inwestycja, która wymaga nakładów finansowych, ale istnieją sposoby, aby je ograniczyć, np. poprzez skorzystanie z dofinansowań ze środków unijnych lub kredytów bankowych. Dysponując w dużej mierze własnymi substratami, koszt budowy biogazowni może zwrócić się nawet w przeciągu 6-8 lat! 

     Poza aspektami ekonomicznymi należy również pamiętać o środowisku. Dzięki działalności biogazowni przyczyniamy się do zmniejszenia emisji szkodliwych gazów do atmosfery, za co z pewnością podziękują nam przyszłe pokolenia. Zakłady zajmujące się produkcją żywności opartej o hodowlę zwierzęcą i wykorzystujące własne uprawy dla celów paszowych mogą pochwalić się również zerowym śladem węglowym swoich produktów, gdyż ich działalność połączona z działalnością biogazowni zamyka cykl produkcyjny, w którym nie ma miejsca dla szkodliwego wpływu wytworzenia tego produktu na środowisko.

Wytwarzanie energii z odpadów rolniczych i nie tylko

     Działalność biogazowni oparta jest o prosty schemat, należy: dostarczyć substrat, ogrzać go do pożądanej temperatury, zapewnić właściwe mieszanie, odciąć dostęp do tlenu i cieszyć się produkowanym biogazem, a następnie przetworzyć go na energię elektryczną i cieplną na własne potrzeby – ale to jest tylko schemat. W rzeczywistości jest to bardzo zaawansowany technologicznie proces rozkładu materii organicznej zawartej w odpadach (stanowiących często wsad do biogazowni) ale również i innych surowców organicznych. Dlatego planując budowę najlepiej zwrócić się o pomoc do znanych, wyspecjalizowanych firm. 

     Biogaz powstaje w wyniku fermentacji metanowej (gdyż produktem końcowym jest właśnie metan) przeprowadzanej przez bakterie beztlenowe. Chcąc uzyskać jak największą ilość ekologicznego paliwa, należy zwrócić szczególną uwagę na utrzymanie właściwych parametrów procesu, aby zapewnić bakteriom możliwość wzrostu i rozwoju, co przekłada się w ostateczności na wyniki produkcji biogazu. 

     Cały proces prowadzony jest w obrębie specjalnie zaprojektowanych komór fermentacyjnych. Pozostałością po produkcji biogazu jest masa pofermentacyjna, czyli tzw. poferment, który może być magazynowany w zbiorniku żelbetowym lub w postaci laguny. Stanowi on bardzo cenny nawóz organiczny w formie płynnej, który rozlewany na pola może z powodzeniem zastąpić chemiczne, szkodzące środowisku nawozy sztuczne, które wyjaławiają glebę.

     Wytworzony biogaz należy odpowiednio przygotować do spalania w silniku kogeneracyjnym. Kogeneracja to wytwarzanie energii w sposób skojarzony, czyli przy produkcji energii elektrycznej otrzymujemy jednocześnie drugą formę energii – ciepło. Jest to bardzo ekonomiczne rozwiązanie, bowiem otrzymane ciepło pochodzi z odzysku poprzez chłodzenie spalin, a jego ilość jest porównywalna z otrzymaną ilością energii elektrycznej. Dla przykładu, biogazownia o mocy 500 kW produkując rocznie 1 mln m3 metanu może otrzymać ok. 4100 MWh energii elektrycznej przy jednoczesnej produkcji 4300 MWh ciepła.

Gnojowica świńska jako główny substrat produkcji biogazu

     W biogazowniach jako wsad można wyodrębnić monosubstraty oraz kosubstraty. Te pierwsze powinniśmy potraktować priorytetowo, bowiem zawierają one w swoim składzie bakterie metanowe, których obecność, dodatkowo wprowadzana wraz z substratem do komór fermentacyjnych, znacznie polepsza przebieg całego procesu. Do monosubstratów należy m.in. gnojowica, obornik, a także dostępne czasem treści żołądkowe zwierząt, które również zawierają inne, cenne substancje. Kosubstraty zostaną scharakteryzowane w dalszej części artykułu. Według danych udostępnionych przez Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa wśród najczęściej stosowanych substratów w biogazowniach na przestrzeni ostatnich 10. lat, na pierwszym miejscu plasuje się właśnie monosubstrat – gnojowica (30%). Statystki potwierdzają, że surowiec ten, będący produktem ubocznym hodowli zwierzęcej, jest często używany wśród wytwórców biogazu. Poza gnojowicą, wytwarzanie biogazu opiera się również na wywarze pogorzelnianym (23%), kiszonce z kukurydzy (17%) oraz pozostałościach po produkcji owocowo-warzywnej (23%).

Wsparcie produkcji energii innymi surowcami

     Wytwarzanie biogazu możliwe jest również przy wsparciu szerokiej gamy innych substratów, których dostępność jest bardzo duża, a koszty pozyskania stosunkowo niskie. Nazywane są one kosubstratami. Dodawane są one do procesu celem poprawy wydajności produkcji biogazu lub utrzymania właściwej konsystencji mieszanki substratowej, a także w celu zachowania równowagi parametrów procesu pod względem wystąpienia substancji mogących wpłynąć destrukcyjnie na bakterie metanowe. Do substratów takich należą: kiszonka z kukurydzy, szeroko opisywane pozostałości z produkcji przetwórstwa spożywczego owoców i warzyw, wysłodki buraczane, przeterminowana żywność, obornik, pomiot kurzy i wiele, wiele innych.

     Nie ma zatem powodów do zmartwień dla hodowców trzody chlewnej, którzy mogliby mieć obawy, że nie posiadają wystarczających ilości surowca w postaci gnojowicy świńskiej do uruchomienia i prowadzenia biogazowni. Nawet przy produkcji pasz dla zwierząt występują odpady w postaci trawy, słomy, liści, które także mogą wspomóc produkcję biogazu. Stosując uprawę roślin na poplon również istnieje taka możliwość, aby wykorzystać go w biogazowni. Jeżeli gospodarstwo dysponuje dużym areałem, warto rozważyć również celową uprawę roślin, które mogłyby zasilić dodatkowo produkcję własnej energii. 

     Stosując poza gnojowicą inne substraty o stałej konsystencji, które zawierają bardzo dużą ilość suchej masy organicznej, możliwe jest osiągnięcie znacznie większej produkcji biogazu, co przekłada się na ilość wyprodukowanej energii elektrycznej i ciepła. Na przykład biogazownia, która ma do dyspozycji 50 tys. m3 gnojowicy rocznie mogłaby działać z mocą na poziomie 250 kW. Stosując dodatkowy substrat w postaci kiszonki z kukurydzy (ok. 7 tys. ton rocznie) możliwy jest dwukrotny wzrost mocy biogazowni aż do 500 kW.

Właściwe magazynowanie i dozowanie substratów

     W przypadku gdy na wybudowanie biogazowni decyduje się gospodarstwo dysponujące własną gnojowicą może być ona dostarczana do instalacji bezpośrednio rurociągiem do zbiornika wstępnego. Jeżeli nie ma takiej możliwości, gnojowica oraz inne substraty płynne powinny zostać przetransportowane beczkowozem i również trafić do zbiornika wstępnego. Takie zbiorniki budowane są w postaci podziemnej lub naziemnej, w zależności od warunków gruntowych. Powinny być one szczelne, aby zapobiec przedostawaniu się szkodliwych substancji do wód gruntowych. Celem ograniczenia wydostawania się nieprzyjemnego odoru z substratów praktykuje się przykrycie takich zbiorników. Bezpośrednio ze zbiornika substrat powinien zostać wtłoczony za pośrednictwem pomp w cyklicznych odstępach czasu do komór fermentacyjnych. 

     Jeżeli w biogazowni stosowane będą także substraty stałe należy zapewnić dla nich odpowiednio przygotowaną powierzchnię magazynową w postaci szczelnie obudowanych silosów betonowych. W tym przypadku również należy bezwzględnie ograniczyć możliwość przenikania odcieków do wód gruntowych, dlatego często stosowane są perforacje w płytach zapewniające odbiór odcieków do specjalnie przygotowanych studni. Dozowanie substratów stałych może odbywać się na dwa sposoby: za pośrednictwem zbiornika wstępnego, gdzie nastąpi wymieszanie substratu z gnojowicą do postaci pompowalnej pulpy lub za pośrednictwem zasobnika substratów stałych z systemem przenośników ślimakowych, skąd substrat stały bezpośrednio podawany jest do komory fermentacji przenośnikiem ślimakowym.

Naturalny nawóz organiczny bez odoru

     Możliwości produkcji biogazu są bardzo szerokie, poczynając od rodzaju stosowanych substratów czy doboru technologii, a kończąc na wielkości prowadzonej biogazowni. Oczywiście, wiąże się z tym nieodłączna produkcja uboczna w postaci pofermentu, która również wymaga wyspecjalizowanej wiedzy związanej z gospodarką odpadową. Poferment, inaczej nazywany pulpą pofermentacyjną, stanowi pozostałość po przeprowadzonej beztlenowej fermentacji metanowej materiałów organicznych. Charakteryzowany jest jako produkt uboczny procesu i stanowi zwykle około 85-95% masy wsadu użytego do biogazowni. Właściwy sposób wykorzystania potencjału drzemiącego w pozostałej po fermentacji materii organicznej może zagwarantować sukces prowadzenia całego przedsięwzięcia i dodatkowe zyski.

     Możliwym rozwiązaniem jest zastosowanie pofermentu w charakterze nawozu lub ulepszacza gleby, w myśl odzysku R10 (Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 5 kwietnia 2011 r. w sprawie procesu odzysku R10). Najczęściej odbywa się to poprzez bezpośrednie rozlanie nawozu na polach, na podobnej zasadzie jak nawożenie gnojowicą. Z tą różnicą, że nie towarzyszy temu nieprzyjemny zapach, jak w przypadku odchodów zwierzęcych. Wybierając poferment jako naturalny nawóz mamy pewność, że dostarczamy na pola substancję o jednolitym składzie i właściwościach, unikając tym samym ryzyka miejscowego przenawożenia gleby, jak w przypadku rozlewania gnojowicy, która nie będąc mieszana może zawierać czasem więcej, a czasem mniej azotu. Poferment jest znakomitym źródłem składników pokarmowych, zatem jego stosowanie może znacznie ograniczyć lub nawet całkowicie zastąpić konieczność użycia nawozów mineralnych.