BIOGAZ ŹRÓDŁEM ENERGII Z ODPADÓW

Prof. dr hab. Kazimierz Szymański

BIOGAZ - DEFINICJA

BIOGAZ - DEFINICJA

Zgodnie z definicją zawartą w rozporządzeniu
Ministra Gospodarki (Dz.U. 2008r. nr 156 poz.
969) „biogaz jest to gaz pozyskany z biomasy,
w szczególności z instalacji przeróbki odpadów
zwierzęcych i roślinnych, oczyszczalni ścieków
oraz składowisk odpadów”.
Jest paliwem gazowym wytwarzanym przez
mikroorganizmy z materii organicznej w wyniku
fermentacji metanowej biomasy lub substancji
organicznej zawartej w odpadach.

Biogaz z odpadów

Biogaz z odpadów

komunalnych

komunalnych

Gaz składowiskowy jest produktem
procesów fermentacyjnych
zachodzących samoistnie w złożu
odpadów zawierających odpady
organiczne.
Produkowany samorzutnie gaz
składowiskowy stanowi znaczący
potencjał energetyczny możliwy do
racjonalnego wykorzystania np. w
układach kogeneracyjnych.

Biogaz z odpadów

Biogaz z odpadów

komunalnych

komunalnych

Zgodnie z obowiązującymi
przepisami składowiska odpadów, na
których składowane są odpady
ulegające biodegradacji należy
wyposażyć w instalację do
odprowadzania gazu
składowiskowego, a ujęty gaz
wykorzystać do celów
energetycznych. Jeśli energetyczne
wykorzystanie gazu składowiskowego
jest niemożliwe należy go
unieszkodliwić poprzez spalenie w
pochodni.

Biogaz z odpadów

Biogaz z odpadów

komunalnych

komunalnych

Według danych GUS w Polsce w 2007

roku z ogólnej liczby 929. czynnych

składowisk odpadów komunalnych i

112. składowisk o zakończonej

eksploatacji instalacje do

odgazowania posiadały jedynie 304

składowiska. Spośród tej liczby na

237. składowiskach gaz uchodził do

atmosfery, na 26. składowiskach gaz

spalano bez odzysku energii, a tylko

na 12. gaz unieszkodliwiano z

odzyskiem energii cieplnej i 44. – z

odzyskiem energii elektrycznej .

Biogaz z odpadów

Biogaz z odpadów

komunalnych

komunalnych

Wartość opałowa gazu składowiskowego
zależy od procentowego udziału metanu w
jego składzie i wynosi średnio około 22
MJ/m3. Jest ona zbliżona do wartości
opałowej gazu średniokalorycznego, lecz
znacznie odbiega od powszechnie
stosowanego zarówno w gospodarce
komunalnej jak i w przemyśle - gazu
ziemnego (32 do 34 MJ/m3). Dla porównania
wartość opałowa węgla kamiennego wynosi
24 – 29 MJ/kg.

Biogaz z odpadów

Biogaz z odpadów

komunalnych

komunalnych



Szacuje się, że w chwili obecnej na świecie działa co

najmniej 800 instalacji do energetycznego wykorzystania

gazu składowiskowego. W Europie najbardziej

zaawansowana jest pod tym względem Wielka Brytania,

gdzie do tej pory moc zainstalowana na gazie ze

składowisk wynosiła ponad 489 MW elektrycznych.



W Polsce działa ok. 40 instalacji bazujących na gazie

składowiskowym. Pierwsze wdrożenia dotyczyły instalacji

produkujących głównie energię elektryczną. Moc

zainstalowana na poszczególnych składowiskach na ogół

nie przekraczała 400 kW. W 2007 r. moc zainstalowana

na gazie ze składowisk wynosiła ponad 50 MW. Pierwsze

doświadczenia spowodowały, że wzrasta obecnie

zainteresowanie instalacjami o większej mocy

przekraczającej nawet 1 MW

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz z osadów ściekowych

Oczyszczalnie ścieków miejskich pracujące w układach

mechaniczno-biologicznych stanowią źródło powstawania

znacznych ilości odpadów (skratki, piasek, osady

ściekowe). W Polsce wraz z nowopowstającymi

oczyszczalniami przybywa z każdym rokiem osadów

ściekowych, które zaliczane do odpadów niebezpiecznych

stwarzają duży problem związany z ich

zagospodarowaniem i unieszkodliwieniem. Osady

ściekowe stanowią ilościowo od 1 do 3 % całkowitej ilości

oczyszczanych ścieków.
Według prognoz Krajowego Planu Gospodarki Odpadami

ilość osadów ściekowych wynosząca w 2008 r. ok. 350

tys. Mg s.m. do 2010 roku ulegnie nieomal podwojeniu

(prognozowane ponad 612 tys. Mg s.m.)

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz z osadów ściekowych

Zakaz deponowania osadów ściekowych z
zawartością substancji organicznych na
składowiskach odpadów powoduje coraz
większe zainteresowanie technologiami
pozwalającymi na zmniejszenie kosztów ich
utylizacji.
Do takich technologii należy stabilizacja osadów
w procesie fermentacji metanowej. Proces ten
prowadzi do powstania biogazu, który
następnie wykorzystany do produkcji energii
elektrycznej i cieplnej pokrywa energetyczne
zapotrzebowanie oczyszczalni zmniejszając
tym samym koszty jej eksploatacji.

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz z osadów ściekowych

Głównym celem procesu fermentacji metanowej jest

biochemiczna mineralizacja osadów, czyli ich przemiana

w nieszkodliwą i łatwą do odwodnienia substancję;

produkcja biogazu jest niejako produktem ubocznym

tego procesu.

Podczas fermentacji osadów ściekowych ginie w

osadnikach 20% jaj pasożytów zwierzęcych, przy

mezofilowej fermentacji do 70%, a przy termofilowej ok.

100%. Zniszczeniu ulegają też zarodniki niektórych

grzybów i bakterie chorobotwórcze, a nasiona chwastów

tracą zdolność kiełkowania.

Przefermentowane osady są odwadniane, mieszane i

kompostowane. Powstający kompost zawiera substancje

organiczne, mikroelementy oraz azot, fosfor i potas. Jego

jakość muszą potwierdzić analizy fizyko-chemiczne,

mikrobiologiczne i parazytologiczne. Zmieszany z ziemią

kompost o obniżonej kwasowości wykorzystywany jest

do uprawy iglaków i urządzania trawników.

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz z osadów ściekowych

Wytworzone podczas procesu
oczyszczania ścieków osady
poddawane są:



zagęszczeniu,



stabilizacji w procesie fermentacji

metanowej - mezofilowej,



odwodnieniu



unieszkodliwieniu poprzez

składowanie.

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz z osadów ściekowych

Biogaz wyprodukowany w procesie fermentacji:



odsiarczany,



przesyłany do elektrociepłowni.

Np. w oczyszczalni łódzkiej pracują zasilane

biogazem trzy agregaty prądotwórcze o łącznej

mocy elektrycznej ok. 2,7 MW oraz cieplnej ok.

3,5 MW (zaspakajają potrzeby oczyszczalni w

około 90%).
Przefermentowane osady odwodnione na

prasach taśmowych wykorzystywane są do

nawożenia upraw wierzby energetycznej

zakładanych na obszarze ograniczonego

użytkowania wokół oczyszczalni.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Z punktu widzenia surowca wsadowego biogazownie

można podzielić na:



Biogazownie zasilane odpadami z produkcji zwierzęcej

(gnojowica, obornik, suche odchody kurze itp.).



Biogazownie przerabiające odpady z produkcji

spożywczej (odpady zawierające tłuszcze, skrobię, białka

i nie zawierające inhibitorów – np. resztki żywności,

wysłodziny i wysłodki, tłuszcze odpadowe, serwatka,

niektóre odpady poubojowe kategorii K2 i K3 itp.),



Biogazownie przeznaczone do przeróbki biomasy z

upraw celowych roślin energetycznych (głównie kiszonka

kukurydzy i żyto),



Biogazownie kombinowane (zasilane biomasą z upraw i

odpadami – roślinnymi lub zwierzęcymi).

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych



Budowa biogazowni opartych jedynie na

biomasie z upraw celowych jest ekonomicznie

nieopłacalna. Z racji cen oraz kosztów

technologii bardziej opłacalna dla rolników jest

uprawa roślin energetycznych do produkcji tzw.

biopaliw (bioetanolu, biodiesla) niż do

biogazowni.



Dobrym rozwiązaniem są biogazownie zasilane

surowcem stanowiącym odpady, tak z rolnictwa

jak i przemysłu rolno-spożywczego.

Zastosowanie odpadów jako substratu do

produkcji biogazu ogranicza z jednej strony

emisje metanu z rolnictwa (ze zbiorników na

gnojowicę, płyt obornikowych), z drugiej zaś

umożliwia zagospodarowanie szeregu trudnych

do utylizacji odpadów.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych



Głównym surowcem do produkcji metanu,

dostępnym w dużej ilości na świecie jest

gnojowica. W przeciwieństwie do większości

organicznych odpadów przemysłowych lub

sortowanych u źródła stałych odpadów z

gospodarstw domowych, które są łatwo

degradowalne (ok. 80% materiału organicznego

ulega przemianie w biogaz) w gnojowicy lub też

w osadach ściekowych tylko około połowa

materiału organicznego ulega degradacji.



Łączenie różnych typów odpadów (gnojowica,

stałe odpady z gospodarstw domowych,

organiczne odpady przemysłowe) umożliwia

otrzymanie wyższych wydajności biogazu.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Minimalna ilość surowca koniecznego
do eksploatacji biogazowni wynosi 10
t/dobę, jednak dopiero od 20 t/dobę
biogazownia jest rentowna. Wsad ten
powinien być odpowiednio dobrany,
ponieważ należy utrzymać
odpowiedni stosunek substancji
organicznych do azotu i fosforu oraz
ilość suchej masy organicznej i
wilgotność.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Biogazownie rolnicze duńskiej firmy Poldanor

S.A. z Przechlewa (woj. pomorskie):
Pawłówek (2005 r.); 0,725 MWel i 0,980 MWc,
Płaszczyca 0,625 MWel i 0,692 MWc,
Kujanki 0,330 MWel i 0,330 MWc,
Koczała 2,126 MWel i 2,176 MWc.
Substraty do biogazowni stanowią odpady z

hodowli trzody chlewnej, produkcji roślinnej.
Poldanor S.A. planuje budowę kolejnych 9.

biogazowni o łącznej mocy elektrycznej 8,2 MW

i cieplnej 8,6 MW.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Najdłużej eksploatowaną przez Poldanor
biogazownią jest biogazownia zlokalizowana
w Pawłówku. Produkuje ona biogaz o zawartości
65 % biometanu i 35% dwutlenku węgla.
Surowcem energetycznym jest gnojowica
pochodząca z fermy w Pawłówku i Dobrzyniu
(ok. 24.090 t/rok) oraz odpady z zakładów
mięsnych (3500 t/rok). Odpady z zakładów
mięsnych poddane są procesowi higienizacji w
higenizatorze (70˚C). Rocznie biogazownia
produkuje około 1,5mln m3 biogazu co daje w
przeliczeniu około 3 mln kWh/rok energii
elektrycznej oraz około 3,9 mln kWh/rok energii
cieplnej.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Biogazownia firmy Agrogaz Sp.z o.o

w Liszkowie w województwie

kujawsko-pomorskim uruchomiona

10 września 2009 r.
Aktualnie łączna moc biogazowni -

2,1 MWel
Planowana rozbudowa - do 3 MWel
Substraty do biogazowni stanowią

odpady pochodzenia roślinnego z

firm zajmujących się przetwórstwem

roślinnym i wywar pogorzelniany.

Biogaz z biogazowni

Biogaz z biogazowni

rolniczych

rolniczych

Biogaz uzyskany w procesie fermentacji jest

wstępnie oczyszczany w górnej części komory

fermentacyjnej, a następnie przesyłany do

kolumny odsiarczania.

Oczyszczony biogaz spalany jest w dwóch

silnikach gazowych firmy Jenbacher

sprzężonych z generatorami, o mocy 1,063 MW

każdy.

Zakład dysponuje również instalacją odzysku

ciepła ze spalin, dzięki czemu może wytwarzać

parę technologiczną.

Odpad pofermentacyjny ze zbiornika

odstojnikowego jest transportowany

rurociągiem do lagun skąd okoliczni rolnicy

wykorzystują go jako substancję nawozową

Wykorzystanie biogazu do produkcji

Wykorzystanie biogazu do produkcji

energii

energii

Optymalnym sposobem na
wykorzystanie biogazu jest produkcja
energii elektrycznej i cieplnej
w skojarzonych jednostkach CHP.
Biogaz powstający podczas
biologicznej konwersji biomasy,
zwłaszcza w przypadku wysokiej
zawartości metanu (na poziomie
40÷70 %) jest szczególnie
atrakcyjnym nośnikiem
energetycznym dla układów CHP.

Wykorzystanie biogazu do produkcji

Wykorzystanie biogazu do produkcji

energii

energii

Kogeneracja oparta na biogazie jest wyjątkowo

opłacalna w przypadku dostępu do

odnawialnego, praktycznie darmowego nośnika

energii w oczyszczalniach ścieków i

składowiskach odpadów komunalnych, a także

w odpowiednio ukierunkowanych

gospodarstwach rolno-przemysłowych, które

mogą dostarczać dużych ilości odpadowej

biomasy.
Zastosowanie biogazu do produkcji

elektryczności i ciepła oprócz zaspokojenia

własnych potrzeb energetycznych biogazowni,

może dzięki sprzedaży energii stanowić cenne

źródło dochodu dla wielu tego rodzaju

przedsiębiorstw.

Wykorzystanie biogazu do produkcji

Wykorzystanie biogazu do produkcji

energii

energii

Na skutek funkcjonowania w Polsce
nowego systemu wsparcia produkcji
energii elektrycznej wytwarzanej z
odnawialnych źródeł produkcja
energii elektrycznej z biogazu od
2002 roku wzrosła ponad dwukrotnie
z 48 GWh do 117 GWh w 2006 roku,
przy znaczącym udziale gazu
składowiskowego z 48 GWh do 80
GWh.

Wykorzystanie biogazu do produkcji

Wykorzystanie biogazu do produkcji

energii

energii

Biogaz

2002

2003

2004

2005

2006

I poł.

2007

Produkcja

energii

elektrycznej

[GWh]

48

56

66

104

117

70

Gaz

składowiskow

y

48

45

50

74

80

46

Biogaz z

oczyszczalni

ścieków kom.

b.d.

8

12

30

35

23

Biogaz

rolniczy

b.d.

3

4

1

2

1

Moc

zainstalowa

na [MW]

15

18

22

33

35

43

Gaz

składowiskow

y

15

15

17

24

27

30

Biogaz z

oczyszczalni

ścieków kom.

-

2

3

7

7

13

Biogaz

rolniczy

-

1

2

1

1

1

Podsumowanie

Podsumowanie



Biogaz powstający na składowiskach odpadów

komunalnych oraz produkowany w

oczyszczalniach ścieków oraz biogazowniach

rolno-przemysłowych jest pożądanym

nośnikiem energetycznym dla układów CHP.

Kogeneracja oparta na biogazie wykorzystana

we właściwy sposób jest opłacalna i stanowi

źródło dochodu dla producentów biogazu.



Energia elektryczna produkowana w układach

kogeneracyjnych na składowiskach odpadów

komunalnych z reguły sprzedawana jest

operatom sieci, a ciepło wykorzystywane w

procesach technologicznych i do ogrzewania

pomieszczeń zaplecza składowiska.

Podsumowanie

Podsumowanie



Ponieważ oczyszczalnie ścieków mają wysokie
zapotrzebowanie na energie cieplną i
elektryczną, dlatego wykorzystanie biogazu
w procesach technologicznych na
oczyszczalniach w istotny sposób poprawia
rentowność tych zakładów.



Biogaz, którego wytwarzanie oparte jest na
wykorzystaniu odpadów, oprócz tego, że
stanowi źródło cennej energii produkowanej na
dodatek z surowców odnawialnych, pozwala na
zagospodarowanie wielu trudnych do utylizacji
odpadów organicznych.