Biogaz
Biogaz, znany również jako gaz wysypiskowy, to pojęcie najczęściej określające metan powstały w wyniku fermentacji materii organicznej, zwierzęcych odchodów, osadów ściekowych, stałych odpadów komunalnych, biomasy, bez dostępu powietrza. Proces produkcji biogazu jest popularny w celu utylizacji wielu różnych rodzajów odpadów organicznych, bo pozwala na zamianę odpadów na elektryczność, zmniejszając ilość odpadów trafiających na wysypisko. W procesie tym niszczone są również czynniki chorobotwórcze, które mogą się znajdować w materiale wsadowym. Spalenie biogazu wyprodukowanego z odpadów organicznych nie powoduje efektu cieplarnianego bo nie powoduje zwiększenia ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Wspomnieć należy również o tym, że spaliny ze spalenia metanu są znacznie czystsze niż spaliny powstałe w wyniku spalania węgla.
Rozkład biodegradowalnego wsadu następuje w komorze fermentacyjnej, bez dostępu powietrza. Zbiornik ten musi być zbudowany tak, by wytrzymał wzrost ciśnienia w trakcie pracy i beztlenowe warunki pracy dla pracujących bakterii. Biogazownie budowane są najczęściej w pobliżu źródeł wsadu (np. na gospodarstwach rolnych) i składają się z kilku komór fermentacyjnych co pozwala na zapewnienie stałego dopływu biogazu do miejsca jego wykorzystania. Wsad do komory fermentacyjnej składa się w większości z węglowodanów a także mniejszych ilości tłuszczy i białek.
Kraje rozwinięte w ostatnich latach zwiększają wykorzystanie biogazu produkowanego na wysypiskach śmieci i w oczyszczalniach ścieków. Na wysypiskach odpadów produkcja biogazu następuje samoczynnie i zazwyczaj nie dokonuje się żadnych zabiegów mających na celu zwiększenie ilości lub jakości produkowanego gazu. Niektóre źródła wskazują na zwiększenie produkcji gazu z wsadu zwilżonego wodą w momencie składowania, jednakże może okazać się, że produkcja gazu jest większa jedynie na początku okresu eksploatacji złoża a później następuje gwałtowny spadek produkcji.
W procesie produkcji biogazu z biodegradowalnego wsadu oprócz gazu produkowane są również stałe pozostałości. Sam biogaz składa się w 50-80% z metanu, resztę stanowi w większości dwutlenek węgla.
Stałe pozostałości składają się z włókien celulozy i ligniny a także resztek bakterii produkujących biogaz. Pozostałości te można wykorzystać jako nawóz, zwiększający plony i poprawiający wchłanianie wody przez glebę.
Biogaz ma w zasadzie tę samą charakterystykę co gaz ziemny, jeśli jest wystarczająco dobrze oczyszczony. Należy usunąć z niego wodę, siarkowodór (H2S) i cząstki stałe. Dwutlenek węgla jest usuwany rzadziej, choć również i ten gaz należy odseparować jeśli biogaz ma osiągnąć jakość gazu ziemnego. Biogaz jest często spalany bez uprzedniego oczyszczania. Wprowadzanie oczyszczonego biogazu do sieci dystrybucyjnych gazu ziemnego ma uzasadnienie w strefach klimatycznych, w których latem niemożliwe jest wykorzystanie ciepła z elektrociepłowni.
Jeśli biogaz zostanie oczyszczony, można wykorzystywać go do wszystkich celów, w których zastosowanie znajduje gaz ziemny, czyli do produkcji energii elektrycznej, ogrzewanie, produkcji ciepłej wody lub ciepła technologicznego. Sprężony, może zastąpić CNG (sprężony gaz ziemny) jako paliwo dla pojazdów, wykorzystywany w silnikach spalinowych lub ogniwach paliwowych.
Biogaz składa się z metanu i dwutlenku węgla, powstaje w procesie beztlenowej fermentacji biomasy. Podstawowymi jego źródłami są oczyszczalnie ścieków i wysypiska śmieci (oraz inne miejsca, w których fermentacja odbywa się samoczynnie, bez nadzoru i kontroli) a także biogazownie.
Celem tych ostatnich jest wyprodukowanie możliwie dużej ilości tego gazu z danego wkładu "surowca". Wsadem do nich są najczęściej odpady roślinne (słoma, łodygi i liście, trawa), odchody zwierzęce, osady z oczyszczalni ścieków.
Można również traktować biogazownie jako miejsce utylizacji i bezpiecznego unieszkodliwiania odpadów. Metan jest gazem cieplarnianym i jako taki powinien być z tego względu spalany a nie emitowany do atmosfery.
Średni skład biogazu to 65% CH4 i 35% CO2, jego wartość opałowa mieści się w zakresie 18-24MJ/m3n [2].
Metan (CH4), znany także jako gaz błotny i gaz kopalniany to najprostszy węglowodór nasycony (alkan). W temperaturze pokojowej jest bezwonnym i bezbarwnym gazem.
Metan powstaje w przyrodzie w wyniku beztlenowego rozkładu szczątek roślinnych (np. na bagnach). Jako podstawowy składnik gazu ziemniego jest bardzo ważnym paliwem. Spalenie jednej cząsteczki metanu w obecności tlenu powoduje powstanie dwóch cząsteczek wody i jednej dwutlenku węgla. Jest on stosowany jako gaz opałowy i surowiec do syntezy wielu innych związków organicznych.
Właściwości metanu:
temperatura topnienia -182,6°C
temperatura wrzenia -161,7°C
temperatura krytyczna -82,5°C
ciśnienie krytyczne 46,3 bar
gęstość 0,717 kg/m3n
wartość opałowa 50049 kJ/kg = 35897 kJ/m3n
Mieszanina metanu z powietrzem w stosunku objętościowym 1:10 ma własności wybuchowe. Tworzenie się tej mieszaniny w kopalniach węgla kamiennego bywa częstą przyczyną groźnych w skutkach eksplozji.
Metan jest gazem cieplarnianym, którego wpływ jest 22 razy większy niż dwutlenku węgla, a średnia zawartość w atmosferze wynosi 1,7 ppm (w ciągu minionych dwustu lat wzrosła ponad dwukrotnie).