Ugrás a tartalomhoz

Komposztálás, biogáztermelés

Dr. Kocsis István (2011)

Szent István Egyetem

12. fejezet - A biogáz-előállítás technológiai változatai, a keletkezett termékek hasznosítása

12. fejezet - A biogáz-előállítás technológiai változatai, a keletkezett termékek hasznosítása

Bevezetés

Az előző tanulási egységben megismerkedhettek a biogáz-előállítás technológiai eljárásaival, a lejátszódó folyamatok sorrendjével, a berendezések mikéntjével.

E tanulási egység bemutat olyan eljárást, mely az utóbbi években kezd tért nyerni; valamint a keletkezett termékek hasznosításáról is képet kapnak.

Követelmények:

  • Ismerje a biogáz előállítás technológiai változatait!

  • Szerezzen ismereteket a biogáz-felhasználásáról!

  • Tudja a keletkezett biogáz kezelését!

Kitekintés az Európai Unióra

Spanyolországban, Svédországban, Ausztriában, Németországban és Dániában összesen kb. 6000 biogáz telep üzemel, Németországban 3000 darab.

Az összesen kb. 3000 MW villamos teljesítményű 6000 biogáz-üzem megközelítőleg 1,3 milliárd tonna trágyát ártalmatlanít és több mint 22 millió MWh villamos áramot termel az EU területén évente.

Kommunális szilárd hulladékból keletkező biogáz: depóniagáz

Nagy mennyiségű szerves anyag tárolása során depóniagáz termelődik, melyet hasznosítanak.

Jellemzői:

  • keletkezés: lassú szerves anyag lebomlás (50. ábra);

  • gyűjtés: gázkutakkal, elvezetés csővezetékkel (51. és 52. 53. ábrák);

  • ártalmatlanítás-hasznosítás (22/2001. (X. 10.) KöM rendelet) előírásai alapján.

50. ábra. A lebomlás fázisai

51. ábra. Műanyag depóniagáz kút

52. ábra. Fúrt depóniagáz kút gázelvezetéssel

53. ábra. Felszín feletti depóniagáz elvezetés

54. ábra. Depóniagáz elszívó kompresszor és gázfáklya

Biogáz-, komposzt-előállítás új lehetősége – Kompogas

  • Egyszerű, hatékony Svájcban kifejlesztett technológia.

  • Célterület: a háztartásokban keletkezett szelektíven gyűjtött zöldhulladékok.

  • Végeredmény: mezőgazdaságban hasznosítható: hígfázis, komposzt/energiaellátásra fordítható: biogáz.

Az eljárás alkalmazásának előnyei és hátrányai

Előnyök:

  • Egyszerű, számítógép által vezérelt technológia,

  • Zárt rendszer, káros anyag kibocsátás minimális, kisebb szaghatás.

  • A kapott végtermék széles körben történő felhasználhatósága,

  • Kicsi területigény.

Hátrányok:

  • Jelentős beruházási költség.

55. ábra. Kompogas folyamatábrája

56. ábra. Kompogas telep

A Kompogas-eljárás és a nedves biogáz eljárás összehasonlítása

Kompogas-eljárás

  • Kis kapacitásra tervezett.

  • Célterület: háztartási zöld hulladék.

  • Egyszerű számítógép által vezérelt üzemeltetés.

  • A kapott végtermék több célú felhasználhatósága (pl. 57. ábra).

Nedves biogáz eljárás

  • Nagy kapacitásra tervezett.

  • Célterület: vágóhidak, állattartó telepeken keletkezett hígtrágya…

57. ábra. Kompogas technológiával előállított biogáz felhasználása üvegház fűtésére

Biogáz előállítása házilag

Érdekesség kedvéért ismerjék, hogy a biogázt házilag is elő lehet állítani, minimális anyagi ráfordítással és maximális odafigyeléssel.

Az 58. ábra egy biogáz házilagos tartályt ábrázol, ahol alul a víz és a trágya keveréke van, felül pedig a biogáz gyűlik össze.

58. ábra. Biogáz előállító házilag – sematikus rajz

A biogáz házilagos elkészítéséhez szükséges valamilyen állati eredetű trágya.

Minden nap adni kell bele 10 liter vizet és 5 liter tehéntrágyát, vagy 5 liter vizet és 5 liter disznótrágyát, vagy 5 liter vizet és 5 liter csirketrágyát.

A tehéntrágyához kétszer annyi víz szükséges, mivel szálas takarmányt fogyaszt.

A D és E keverőkád, ahol a vizet és a trágyát összekeverik, kb. 15 liter térfogatú legyen.

Ez a biogáz házilagos készítő viszonylag egyszerű és olcsó viszont elég munkaerő igényes, ez kicsit költségessé teszi.

Az anyagok ára viszonylag csekély.

A házi biogáz előállító munkamenete

Először is ki kell ásni egy 1,5 méter széles, 3 méter hosszú, 1,9 méter mély gödröt.

A gödörbe rögzíteni kell a bejárati és a kijárati csöveket.

A bejárati cső 45 fokos szöget zárjon be és a tartály aljától nem több mint 30 cm magasságra legyen.

A kijárati cső 30 fokos szöget zárjon be, 1,3 méter mélyen csatlakozzon és a talajszint felett 40 cm-el legyen kint a vége.

Ekkor létre kell hozni a falakat, mint azt az 59. ábrán látható.

59. ábra. Falak létrehozása a gödörben

A falak felső részébe PVC horgokat helyezünk, mert ezek a horgok tartják a műanyag keretet.

Így ha már kész a tank (60. ábra), akkor lehet építeni a tetőt, amely megvédi a biogáz házilagos elemeket az időjárás viszontagságaitól.

A lényeg, hogy az erős napsütéstől, esőtől, védeni kell a tartályt.

Amikor nincs rakodás, a csövet a bejáratnál le kell zárni.

60. ábra. A tank behelyezése az elkészített falazott gödörbe

Ezután készül el a biogáz házilagos tartályának műanyag fedele.

Egy tiszta padlóra helyezzük le a műanyag fóliát, melynek a mérete 5,5mx2,8m (61. ábra).

61. ábra. Műanyag fólia méretezése

Ezután szükség lesz egy lyukra a műanyag fólia közepén. Itt ez legyen 4 lap vastag.

Ezután kivágjuk a műanyagot és beszúrunk egy szelepet, amely lehetővé teszi az áramlást a műanyag tartályfedő és a PVC cső között (612. ábra).

62. ábra. Szelep beszúrása

Létre kell hozni egy gáz kapcsolót, valamint egy biogáz házilagos szűrőt.

A szűrőhöz szükségünk lesz egy 2 literes kólás palackra (63. ábra).

63. ábra. Szűrő elkészítése

Szükség lesz egy kapcsolóra, ami a gázáramlást a konyhába lekapcsolja, ha már nem használjuk a biogázt; valamint acélgyapotra, hogy kiszűrje a szennyeződéseket a biogázból.

Ez a biogáz házilagos tartály, mintegy 6 órás főzési időt biztosít naponta.

A biogáz kezelése

A reaktorokban képződött biogázt a termelés kiegyenlítetlensége miatt gáztárolóban ideiglenesen raktározzák (64. és 65. ábrák). A gáztárolók a gázmotorok folyamatos gázellátását hivatottak biztosítani. Anyaguk gázt át nem eresztő fólia, amit zsákszerűen a fermentorok feletti tetőtérben vagy egy könnyűszerkezetes fémtoronyban helyeznek el, egyre több esetben a fermentorok légterét kettős fóliakupolával zárják le hermetikusan.

64. ábra. Biogáz tároló tartály

65. ábra. Szécsényi gáztároló, háttérben a reaktor

Mielőtt a gázt a motorokban elégetik, a szennyező részecskéktől és anyagoktól meg kell azt tisztítanunk. A blokkfűtő-erőművek jó állapotának megőrzése érdekében a gázból a kénhidrogént el kell távolítani. Ez a gáz a motorok korróziójához járul hozzá, a motorok alkalmazási ideje és hatásfoka a magas kénhidrogén tartalomtól nagymértékben romlik. A mezőgazdasági erőművekben gyakran alkalmazott technológia, hogy a fermentorok légterébe 3-5% levegőt juttatnak, aminek köszönhetően az ott élő baktériumok a kénhidrogént kénné alakítják, s a gáz megfelelő minőségű lesz a felhasználásra. A biogáz-reaktorokon kívül elhelyezett kéntelenítőkben is baktériumok segítségével történik a gázelőkészítés. Ezekkel a technológiákkal a kénhidrogén 95%-a is eltávolítható a biogázból. A biológiai folyamatok helyett még alkalmaznak gázmosásos és aktív szenes szűrési rendszereket is.

A gáz nedvességtartalmának csökkentése érdekében a talajba lefektetett gázvezetékeken keresztül a gázt lehűtik, a víz kicsapódik belőle. A motorba juttatás előtt ismét felmelegítve megfelelően szárazzá válik a gáz és nem rongálja a motort.

Mérő- és irányítótechnológia, biztonság

A biogáz termelési folyamat biztonsága érdekében bizonyos paraméterek mérése fontos a biogáz erőműben. Így a fermentorokban uralkodó hőmérséklet, pH, a képződött gáz mennyisége, metán és kénhidrogén tartalmának ismerete elengedhetetlenül fontos. Ezen értékek mérése elektromos eszközökkel folyamatosan és nagy pontossággal megoldható, kiértékelhető. További paraméterek mérése, mint például a felhasznált alapanyagok, a megtermelt elektromos áram pontos mennyisége és bizonyos laboratóriumi vizsgálatok rendszeres elvégzése, az előbbiekben felsorolt alapadatokon felül, a biztos termelés változását előre jelezhetik.

A megtermelt, de fel nem használható és már nem is tárolható gáz elégetésére gázfáklya van felszerelve a biogáz erőművekre – a környezet védelme érdekében (66. ábra).

66. ábra. Biogáz fáklya

Az üzemek biztonsága miatt fontos, hogy a fermentortérbe juttatott levegő mennyisége ne legyen 10%-nál több, mert az robbanást okozhat. Egyéb alapvető biztonsági előírások betartása esetén a biogáz erőművek nem jelentenek a környezetükre veszélyt.

A biogáz felhasználása

A megtisztított, kéntelenített biogáz a földgázhoz hasonlóan többféle módon is alkalmazható. Mint korábban már említésre került, 1 m3 biogáz (kb. 60% metán tartalom) energiatartalma 0,6 l fűtőolajéval vagy 0,6 m3 földgázéval egyenlő.

A modern blokkfűtő-erőművekben a biogáz elégetésével elektromos áram és hő képződik. Az elektromos áramot a Villamosenergia törvény értelmében a hálózat üzemeltetője köteles átvenni, s a törvényben meghatározott átvételi árat érte megfizetni.

67. ábra. Biogázból villamos energiát előállító gázmotorok Szécsényben

A keletkezett hő egy része a fermentorok fűtéséhez szükséges. Ez éves szinten a megtermelt hőmennyiség 20-30%-a. A megmaradó hő felhasználásra kerülhet. Az erőművek felesleges hőjét hasznosíthatja a mezőgazdasági üzemek, istállók, lakóépületek, kertészetek, szárítók fűtésére, nyáron az állattartó telepek hűtésére. Távhőfűtő-hálózaton keresztül az üzemtől távolabb fekvő épületek fűtése is megoldható. Élelmiszeripari üzemek melegvíz igényét is kielégítheti egy biogázüzem.

A biogáz blokkfűtő-erőműben történő elégetésére többféle motorfajta áll rendelkezésre. Két igen elterjedt típus van forgalomban: dieselmotor olaj-befecskendezéssel és Otto gázmotor. Az Otto gázmotorok drágák, de magasabb elektromos hatásfokkal rendelkeznek, mint a dieselmotorok olaj-befecskendezéssel, s működésükhöz fűtőolaj nem szükséges. A blokkfűtő-erőművek vásárlásakor a lehető legnagyobb elektromos hatásfokra (jelenleg 36-40% motortípustól függően) kell törekedni.

Azokban az erőművekben, ahol a gáz minősége folyamatosan változik, a hosszabb motorélettartam érdekében érdemes elektronikus motorirányító és ellenőrző rendszereket alkalmazni.

A keletkezett biogáz tárolókba kerül (kivéve, ha közvetlenül és azonnal felhasználják, pl. házi biogáz-előállításnál, helyi fűtésnél stb.), majd a megfelelő alkalmazási módon felhasználják.

A biogázt sikeresen alkalmazzák, mint alternatív üzemanyagot személyautókban, teherautókban, buszokban egyaránt. A felhasználás előtt azonban meg kell tisztítani a benne található hidrogén-szulfidtól, szén-dioxidtól és a vízgőztől. Ezt követően már ugyan olyan módon használható, mint a sűrített természetes gáz. Ma még csak néhány ezer jármű használ biogázt üzemanyagként, azonban a természetes gázzal működtetett járművek száma már most egy millióra tehető, a prognózisok szerint a közeljövőben ezen belül a biogázt használók aránya jelentősen növekedni fog.

68. ábra. Biogázt eltüzelő kazánok

69. ábra. Gázmotor

70. ábra. Biogáz gázmotor

Összefoglalás

A biogázból történő energiatermelés során nem kerül többlet CO2 a levegőbe, a fosszilis energiahordozók használatával ellentétben. A biogáz elégetésekor keletkezett CO2 mennyisége bizonyosan nem nagyobb a felhasznált növények fejlődése során a légkörből megkötött szén-dioxid mennyiségénél. A mezőgazdasági melléktermékek, trágyák fermentálása során a CO2-nél 21-szer károsabb üvegházhatású gáz, a metán, légkörbe jutását lehet elkerülni, ezzel is elősegítve a klímaváltozás lassulását.

A szerves trágyák anaerob lebontása során a kellemetlen szaghatások csökkennek, így kijuttatáskor a szagintenzitás nem erős. Mindemellett a trágyában található patogén szervezetek nagy része egyhónapos termofil fermentáció után elpusztul. A biogáz üzem ezzel is elősegíti azt, hogy a termőföldekre ne kerülhessenek ki az egészségre káros anyagok. A reaktorokba bejuttatott lebontható anyagok mennyisége átlagosan 25-30%-kal csökken. Ebből következik, hogy az erjesztési maradék hígan folyós, a kijuttatása a termőföldre egyszerűbbé válik. A trágya összetétele is előnyösen változik (C:N arány), valamint a nitrogén és foszfor mineralizált formába kerül, a talajba juttatva a növények számára közvetlenül felvehetőek. A gazdaságok műtrágya felhasználása ezáltal jelentős mértékben csökken. Ezzel együtt a műtrágyagyártáshoz szükséges fosszilis energiahordozók használata is csökken. Egy kg nitrogén műtrágya előállításához 1 l fűtőolajra van szükség.

A biogáztermelés természetes körfolyamatot valósít meg, melyben az energiatermelés fontos helyet foglal el, azonban úgy, hogy környezetünket nem terheli üvegházhatású gázokkal. A növények által megkötött napenergia kerül átalakításra elektromos árammá, ahol a képződött anyagok a későbbiekben az újabb növényeknek jelentenek tápanyagot.

A biogáz sokoldalúan hasznosítható, ha nagy mennyiségben keletkezik célszerű elektromos energia előállításra használni.

Többféle technológiát lehet alkalmazni a biogáz előállítására, de mindig szem előtt kell tartani a gazdaságosságot: a szállítási távolságot, a biogáz piacot fel kell mérni, mindenképpen akkor érdemes biogáz-üzem építéséhez kezdeni, amikor minden körülményt mérlegelt a beruházó.

Ellenőrző feladatok

Jelölje, hogy az állítás igaz vagy hamis!

  1. A biogáztermelés minden esetben rentábilis tevékenység.

    Biogáz előállítása házilag is megoldható.

    A megtermelt, de fel nem használható és már nem is tárolható gáz elégetésére gázfáklya van felszerelve a biogáz erőművekre.

    A közeljövőben egyre több jármű fog használni biogázt a működtetésre.

    A Kompogas rendszer jelenleg a legolcsóbb.

    A depóniagáz értéktelen, nem érdemes a kinyerésével foglalkozni.

    A reaktorokban képződött biogázt a termelés kiegyenlítetlensége miatt gáztárolóban ideiglenesen raktározzák.

    A biogáz felhasználható üzemanyagként, mezőgazdasági üzemek, üvegházak, kisebb települések fűtésére.

    A biogáz utókezelés/tisztítás nélkül bárhol felhasználható.

    A biogáz nem megújuló energiaforrás.