Szczecin, 21.12.2010 r.
Charakterystyka cyklu życia energii elektrycznej pozyskiwanej z gazu - charakterystyka etapów życia i ich wpływ na środowisko.
Pracę wykonały :
Anna Lewandowska
Patrycja Małachowska
Daria Kałużna
Spis treści :
I Wstęp
II Rozwinięcie
1. Pojęcie energetyki
2. Charakterystyka energii pozyskiwanej z gazu
3. Biomasa
4. Holzgaz produkcja gazu drzewnego
5. Produkcja elektryczności przez biogazownie rolnicze
6. Biogaz
III Zakończenie
Wstęp
W naszej pracy będzie zawarta charakterystyka etapów życia energii elektrycznej, która jest pozyskiwana z gazu a także jej wpływ na środowisko.
II. Rozwinięcie
Pojęcie energetyki
Energetyka jest działem nauki i techniki, który zajmuje się pozyskiwaniem , przetwarzaniem, gromadzeniem i użytkowaniem energii elektrycznej z różnych nośników.
Charakterystyka energii elektrycznej pozyskiwanej z gazu
Gaz ziemny jest naturalnym, kopalnym i nieodnawialnym paliwem węglowodorowym, który zawiera znaczną ilość metanu. Wydobywa się do z skorupy ziemskiej. Gaz często występuje ponad złożem ropy naftowej. Gaz ziemny jest o wiele droższy niż węgiel ale jest również o wiele czystszy ekologicznie. W wyniku spalania gazu powstaje mniej substancji szkodliwych niż w procesie spalania ropy czy też węgla , przez co jest dwukrotnie niższa emisja CO2. Podstawowym składnikiem gazu jest metan. W skład gazu ziemnego jeszcze wchodzą cięższe węglowodory takie jak etan, propan, butan, azot a także związki siarki. Gaz ziemny jest paliwem który jest bardzo wygodny w użyciu ale jest jednak trudny w transporcie i przechowywaniu. Przesyła się go gazociągami a także można go przewozić tankowcami w skroplonej postaci. Gaz jest ważną substancja, ponieważ jest najważniejszym surowcem energetycznym na świecie, który jest stosowany zarówno w przemyśle jak i na potrzeby komunalne. Gaz ziemny jest wykorzystywany również jako surowiec do syntezy chemicznej przy produkcji różnorodnych związków chemicznych takich jak amoniak, metanol, etylen i acetylen. Ciągle rośnie znaczenie gazu ziemnego dla gospodarki światowej, dlatego też przed wieloma krajami stawiane są nowe wyzwania w zakresie dostaw tego surowca. Do tych wyzwań należą między innymi rozbudowywanie istniejących magazynów podziemnych i tworzenie nowych. O potrzebach magazynowych decyduje ukształtowanie rynku gazu w danym kraju i także parametry takie jak: zużycie gazu i jego struktura, niezależność od importu, także nierównomierność zużycia surowca w ciągu roku .
Gaz ziemny wydobywany razem z ropą naftową jest spalany od razu w miejscu wydobycia, ponieważ nie opłaca się jego sprzedaż. W niektórych krajach jest to zakazane, z powodu produkowania gazów cieplarnianych, w związku z tym gaz jest niekiedy z powrotem wtłaczany z powrotem do złoża celem późniejszego wykorzystania.
Gaz ziemny jest przechowywany w sprężonej postaci w podziemnych zbiornikach, w starych solnych wyrobiskach lub w postaci skroplonej w zbiornicach kriotonicznych.
Gaz ziemny jest używany w procesie produkcji energii elektrycznej w układach z turbiną parową lub gazową. Najlepszą sprawność produkcji energii elektrycznej osiągają układy, które wykorzystują turbinę gazową i turbinę parową.
Przeróbka gazu ziemnego może być prowadzona metodami:
metoda zachowawcza - polega na rozdziale mieszaniny węglowodorów na podstawie różnych właściwości fizycznych na zespoły o charakterze produktu celowego pod względem technicznym i handlowym. Metodą zachowawczą można tylko przetworzyć tzw. gaz mokry rozdzielając go na trzy grupy o charakterze produktów celowych :
węglowodory czysto gazowe - metan i etan
węglowodory, które w temperaturze pokojowej i klimatycznej (od +40 do 300 C) można łatwo skroplić przez zastosowanie odpowiedniego ciśnienia
węglowodory benzynowe - od pentanu w górę
Przeróbka zachowawcza „gazu mokrego” polega na wyciągnięciu z niego składników należących do drugiej i trzeciej grupy czyli na odgazolinowaniu.
Po odgazolinowaniu gazu pozostają tylko składniki pierwszej grupy, natomiast składniki drugiej i trzeciej grupy dają tzw. „gaz płynny” i „gazolinę”.
metoda przetwórcza - zmienia strukturę chemiczną węglowodorów w celu otrzymania nowych produktów
Istnieją trzy sposoby odgazolinowania:
metoda adsorpcyjna
metoda absorpcyjna
metoda kompresyjna- stosowana jedynie wtedy gdy przeróbce podlega gaz bardzo bogaty w węglowodory .
Metoda adsorpcyjna - wykorzystuje węgiel aktywny, który wciąga w swoje mikroskopijne pory drobiny węglowodorów. Aparaty służące do odgazolinowania to naczynia cylindryczne o pojemności od 2 do 20 m3, które napełnia się węglem. Węgiel układa się na sitach metalowych. Gdy od dołu wprowadza się gaz to w porach węgla zostaną zatrzymane wszystkie węglowodory począwszy od metanu. Przy ciągłym dopływie gazu cięższe węglowodory wypierają lżejsze.
Metoda absorpcyjna - polega na pochłanianiu cięższych składników gazu przez tzw. olej, który stanowi wycięta frakcja oleju gazowego lub nafty, czasem benzyny . Olej pochłania węglowodory gazu tym łatwiej, im wyższą posiadają temperaturę wrzenia i im niższa jest prężność ich par. Węglowodory ulegają upłynnieniu. Propan i butan również się upłynnia ale gdy panuje odpowiednie ciśnienie, Absorpcja odbywa się w wieżach zwanych absorpcyjnymi. Z wieży od góry spływa po kółkach olej i pochłania przeciskające się przez klapki węglowodory znajdujące się w fazie gazowej . Olej nasycony tymi węglowodorami spływa na spód wieży . Gaz uwolniony od węglowodorów opuszcza wieżę przez szczyt jako gaz odgazolinowany.
Węglowodory gazu ziemnego mogą być poddawane odwodornieniu i krakingowi, a uzyskane węglowodory nienasycone będą surowcem dla szeregu procesów syntezy paliw jak np. polimeryzacja lub też syntezy chemicznych produktów niepaliwnych jak np. kauczuk i różne masy plastyczne.
Zużycie gazu ziemnego na świecie charakteryzuje się stałym wzrostem . W 2006 roku zużyto na świecie 2 850,8 mld m3gazu, w porównaniu z 655,2 mld m3 w roku 1965. Oznacza to, że w ciągu pond 40 lat globalne zużycie gazu wzrosło o ponad 300%. Zapotrzebowanie na gaz zwiększa się także w krajach Unii Europejskiej, która konsumuje teraz około jedną szóstą gazu ziemnego na świecie. Jednym z wielu krajów przyczyniających się do ogólnoświatowego wzrostu zapotrzebowania jest Polska , w której w 2006 roku zużyto 13,029 mld m3. Najwięcej gazu w Polsce jest wykorzystywane przez odbiorców z sektora przemysłowego, ponieważ zużywają ponad 60%. Największymi odbiorcami przemysłowymi gazu są zakłady azotanowe (18,4%), elektrociepłownie(8,5%) i ciepłownie (2,2%). Prawie 11% gazu jest wykorzystywany przez sektor handlu i usług, natomiast 28% jest wykorzystywane bezpośrednio przez gospodarstwa domowe między innymi do podgrzewania wody, gotowania i ogrzewania
Wielkość i dostępność złóż gazu w Polsce nie pozwala na całkowite zaspokojenie potrzeb krajowych, dlatego też ten surowiec jest importowany .
Zastosowanie gazu jest bardzo szerokie . Gaz ziemny wykorzystuje się do produkcji paliw , zarówno do użytku osób prywatnych jak i na skalę przemysłową. Jest niezbędny do produkcji detergentów, włókien sztucznych , farb, plastyku oraz gumy syntetycznej. Wykorzystuje się go do ogrzewania domów , wykorzystywany jest jako ogrzewanie w hodowli roślin i zwierząt.
Zalet gazu ziemnego jest dużo. Gaz jest jednym z tańszych paliw w Polsce . Jest konkurencyjny pod względem ekonomicznym nośnikiem energii w porównaniu z innymi. Jest bardzo ekonomicznym paliwem używanym przez odbiorców indywidualnych. Zwiększa komfort użytkowania w porównaniu z innymi nośnikami energii - wiążę się to z łatwością regulacji i automatyzacji procesów spalania , z wymaganiami dotyczącymi magazynowania , transportu paliwa oraz problemem utylizacji odpadów. Posiada wysoką i stała wartość opałową. Gwarantowana jest niezmienna jakość paliwa oraz równomierna temperatura spalania. Spala się bez wytwarzania popiołu i sadzy. Podczas spalania wytwarzają się śladowe ilości związków siarki oraz azotu. Jest przyjazny dla otoczenia ekologicznym źródłem energii.
Międzynarodowe organizacje ekologiczne biją na alarm i jednogłośnie domagają się ograniczenia zanieczyszczenia środowiska naturalnego poprzez zmniejszenia emisji szkodliwych substancji i gazów. Efekt cieplarniany spowodowany jest zanieczyszczeniami atmosfery , może to przynieść całej naszej planecie nieodwracalne i katastrofalne skutki. Gaz ziemny jest najczystszym nośnikiem energii. Podczas spalania nie powstają zanieczyszczające środowisko naturalne dwutlenki siarki , azotu nie wytwarza się sadza i popiół. Za coraz powszechniejszym stosowaniem gazu ziemnego przemawiają także inne czynniki takie jak wydobywanie , magazynowanie i transport gazu ziemnego odbywa się w warunkach bardziej przyjaznych dla środowiska niż w przypadku innych paliw. Mimo, że od gazu ziemnego "czystsza" wydaje się energia elektryczna, mało kto uświadamia sobie fakt, że źródłem tej energii jest w Polsce przede wszystkim węgiel kamienny i brunatny.
Program rozwoju gazownictwa jest ściśle związany z problemami ekologicznymi Polski, co wynika z bardzo wysokiego poziomu zanieczyszczenia spowodowanego
w dużym stopniu rodzajem stosowanych paliw i technologią ich spalania. Ponadto instytucje finansujące inwestycje związane z ochroną środowiska przeznaczają na gazyfikację i zmianę systemu ogrzewania z węgla na gaz ogromne środki.
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej na realizację ok. 450 projektów związanych ze zmianą systemu ogrzewania i gazyfikację przeznaczył
w latach 1990-1995 kwotę ok. 180 mln zł., a Ekofundusz na realizację 24 tego typu inwestycji w latach 19993-1997 ok. 13 mln zł. Zastosowanie gazu ziemnego w indywidualnych gospodarstwach domowych jest jedną z najbardziej efektywnych metod ograniczania emisji zanieczyszczeń powietrza. Spalanie gazu ziemnego nie powoduje powstawania tlenków siarki, uważanych za główną przyczynę kwaśnych deszczy. Zarówno emisja dwutlenku węgla, poważnej przyczyny efektu cieplarnianego, jak i emisje tlenków azotu są od 20% do 60% mniejsze niż emisje przy spalaniu oleju czy węgla. Wpływ zwiększenia zużycia gazu w gospodarce narodowej na zmniejszenie zanieczyszczenia Środowiska naturalnego analizowany był w 1992 r. przez ekspertów Banku Światowego, którzy w przedstawionym raporcie ocenili, że wzrost zużycia gazu. Prognozowany rozwój gospodarczy Polski i rysujący się deficyt paliw pierwotnych oraz względy ekologiczne wymagają zmiany struktury zużycia energii pierwotnej
i pociągają za sobą znaczny wzrost zapotrzebowania na gaz w gospodarce narodowej.
W wybranych gałęziach przemysłu szersze stosowanie gazu ziemnego towarzyszy procesom modernizacji technologicznej. Rosnące wymagania efektywności zużywania energii oraz kryteria ochrony Środowiska powodują, że w perspektywie kilkunastu lat przewidywane jest znaczne zwiększenie zużycia gazu zarówno
w procesach technologicznych, jak też w ciepłowniach przemysłowych. Ocenia się, że zapotrzebowanie na gaz w przemyśle wzrośnie w 2010 r. do poziomu 11-14 mld m3
W Polsce elektrownie i elektrociepłownie opalane są głównie węglem kamiennym
i brunatnym. Powoli jednak gaz ziemny wchodzi do energetyki, głównie do kotłowni
i ciepłowni w miejscowościach uzdrowiskowych, gdzie podstawowym walorem
i potrzebą jest zachowanie czystości środowiska naturalnego. Z tego względu przewiduje się wykorzystanie gazu ziemnego w blokach gazowych (turbiny gazowe) na produkcję energii elektrycznej na potrzeby szczytowe, jak również dla bloków elektroenergetycznych pracujących w podstawie (cykle kombinowane). Notowane rosnące potrzeby w tym zakresie dotyczą głównie modernizacji i rekonstrukcji elektrociepłowni miejskich czy osiedlowych. W regionach gęsto zamieszkanych
i zabudowanych energetyka gazowa jest jedynym sposobem radykalnego zmniejszenia stanu zanieczyszczeń atmosfery i poprawy zdrowia ludności.
Spełnienie wszystkich zobowiązań ekologicznych podjętych w ramach ONZ oraz wynikających z procesów integracyjnych z Unią Europejską wymagają nie tylko wielkich nakładów finansowych ale również wysiłków edukacyjnych, organizacyjnych jak i legislacyjnych. Proces ten na pewno będzie trwał długo ale wzrastająca ekologiczna świadomość społeczeństwa jako czynnika stymulującego pozwala na optymizm.
3. Biomasa
Biomasa to drewno opałowe, słoma, nasiona i inne części roślin a także resztki zwierzęce i odpadki komunalne. Tworzenie się biomasy to naturalny sposób magazynowania się w niej energii słonecznej. W procesie tym rośliny pobierają z atmosfery CO2, który podczas spalania biomasy wraca do atmosfery. Stosowanie biomasy nie przysparza atmosferze dodatkowego dwutlenku węgla . Biomasę stosuje się do bezpośredniego spalania. Proces ten nie zwiększa koncentracji dwutlenku węgla ponieważ to nie jest spalanie węgla odłożonego przed milionami lat. Spalanie to najbardziej rozpowszechniona forma wykorzystania biomasy, gdyż spalana może być biomasa w każdym stanie skupienia. W wyniku spalania możemy uzyskać energię cieplną oraz energię elektryczną w zależności od potrzeb i rodzaju zasobów, jakimi dysponujemy.
Proces efektywnego spalania powinien przebiegać w trzech fazach:
-suszenie i odgazowanie materiału drzewnego
-spalanie powstałego gazu drzewnego w wysokiej temperaturze (ok. 1200°C)
-dopalanie gazu i wymiana ciepła w wymienniku (spaliny-woda)
Spalanie biomasy odbywa się w specjalnie skonstruowanych kotłach. Charakteryzują się one zwiększoną powierzchnię odbioru ciepła, odpowiednimi rusztami (stałe, ruchome lub schodkowe), kontrolą procesu spalania poprzez odpowiednie dawkowanie powietrza, paliwa, czasu trwania procesu. Wszystkie te zmiany powodują zwiększenie efektywności spalania oraz poprawę ochrony środowiska w porównaniu do tradycyjnych urządzeń. W nowoczesnych kotłach do procesu spalania dostarczane są dwa rodzaje powietrza: pierwotne i wtórne. Powietrze pierwotne miesza się z paliwem i bierze udział w gazyfikacji i spalania węgla zawartego w biomasie. Powietrzne wtórne jest wykorzystywane do procesu spalania substancji lotnych i nie miesza się z powietrzem pierwotnym. W przypadku drewna 20% masy stanowią nielotne związki węgla, spalane przy udziale powietrza pierwotnego na ruszcie, zaś 80% to związki lotne, spalane przy udziale powietrza wtórnego nad rusztem.
Dostępne moce kotłów przystosowanych do spalania biomasy wynoszą od kilkunastu kW do kilkuset MW. W zależności od wilgotności spalanego paliwa wyróżniamy kotły z rusztem stałym bo biomasy suchej (ok. 20-25% wilgotności) kotły z rusztem ruchomym lub schodkowym, dla biomasy o wilgotności 40-60% oraz kotły fluidalne dla biomasy mokrej. Biomasa na rusztach ruchomych lub schodkowych najpierw podawana jest w dolne partie komory spalania, gdzie jest podsuszana i podnoszona na wyższe partie, gdzie po maksymalnym wysuszeniu jest spalana. Kotły fluidalne natomiast pod ruszt stały mają tłoczone powietrze pod zwiększonym ciśnieniem. Miesza się ono z paliwem, co pozwala na zwiększenie powierzchni spalania, a co za tym idzie zmniejszenia powierzchni całego kotła.
Słoma ze względu na swoje właściwości - duża objętość w stosunku do wartości opałowej, wymaga specjalnych kotłów. Ich konstrukcje możemy podzielić na 3 grupy:
wsadowe - komora spalania okresowo wypełniana jest słomą w postaci sprasowanej (bele, baloty)
cygarowe - ciągłe spalanie słomy w postaci sprasowanej
na słomę rozdrobnioną.
Gazyfikacja - proces poprzedzający spalanie w kotłach. Bezpośrednim produktem gazyfikacji nie jest ciepło, powstaje natomiast gaz, który może być wykorzystany w innych urządzeniach np. turbinach, silnikach spalinowych czy zwykłych kuchenkach gazowych. Gazyfikacja przebiega w dwóch etapach: pierwszy etap to odgazowanie paliwa w warunkach niedoboru tlenu i temperaturze ok. 450 - 800°C, w wyniku czego powstaje gaz i węgiel drzewny. Drugi etap to dopalanie gazu w obecności tlenu i podwyższonej temperaturze (1000 - 1200°C).
Piroliza - proces rozszczepiania cząsteczek o dużej masie cząsteczkowej zawartych w paliwie na mniejsze, prowadzony w temperaturze powyżej. 600°C i bez dostępu powietrza. Produktami takiego procesu są: olej pirolityczny (75%), węgiel drzewny (12%) oraz gaz pirolityczny (13%). Przebieg procesu możemy opisać w następujących etapach:
-suszenie paliwa do wilgotności poniżej 10%
-rozdrabnianie biomasy w celu przyspieszenia reakcji
-reakcja pirolizy
-wydzielanie produktów stałych
-schładzanie i gromadzenie oleju pirolitycznego.
Olej pirolityczny jest paliwem o wartości opałowej 16-19MJ/kg, łatwy w przechowywaniu i transportowaniu, co pozwala sądzić, że piroliza w przyszłości może stać się ważnym sposobem pozyskiwania energii z biomasy.
Prawie każdy rodzaj biomasy może być poddany pirolizie. Najczęściej jest to drewno, jednak badaniom poddane były odpady roślinne, rośliny energetyczne i osady ściekowe. Proces ten jest technologicznie zaawansowany i wydajny, jednak nie jest wdrażany komercyjnie. Uważa się jednak, że jest to metoda przyszłościowa.
Kogeneracja - wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu. Takie połączenie pozwala na efektywniejsze wykorzystania całkowitej energii zawartej w paliwie i uzyskanie wyższych wyników niż proces oddzielnej produkcji energii elektrycznej i ciepła. Sprawność układów kogeneracyjnych sięga 90%. Możliwe jest to głównie dzięki odzyskowi ciepła ze spalin. Kogenerację stosuje się głównie tam, gdzie występuje zapotrzebowanie na prąd elektryczny i ciepło, gdyż wtedy wykorzystuje się najwięcej energii zawartej w biomasie. W przypadku gdy paliwem jest biomasa stała (np. słoma) w układzie kogeneracyjnym znajduje się turbina parowa połączona z generatorem prądotwórczym. Rozdrobniona słoma podawana jest do komory spalania - najpierw do śluzy ogniowej a następnie na ruszt schodkowy, gdzie następuje proces spalania. Para, która powstaje w kotle dostarczana jest do turbiny parowej, która napędza generator prądotwórczy. Innym przykładem układu kogeneracyjnego jest połączenie silnika spalinowego z generatorem.
Korzyści z energetycznego wykorzystania biomasy
Korzyści inwestora to:
- wytworzenie energii tanim kosztem,
- redukcja opłat za korzystanie ze środowiska,
- efektywne zagospodarowanie bioodpadów (bez konieczności ich utylizacji),
- możliwość uzyskania pomocy finansowej z funduszy ekologicznych.
Korzyści globalne wiążą się z obniżeniem ujemnego wpływu na środowisko wynikającego z zastosowania paliw kopalnych (emisja zanieczyszczeń, powstawanie odpadów, degradacja gleb i krajobrazu), stanowią szansę zwiększenia przychodów dla rolnictwa, gospodarki leśnej czy sadownictwa oraz stworzenia nowych miejsc pracy w sektorze pozyskiwania i przygotowania biopaliow.
W warunkach polskich, w najbliższej perspektywie można spodziewać się, znacznego wzrostu zainteresowania, wykorzystaniem biopaliw z drewna i słomy. Wykorzystanie osadów ściekowych i makulatury jest marginalne. Naturalnym kierunkiem rozwoju wykorzystania biopaliw z drewna i słomy jest i będzie produkcja energii cieplnej. W dłuższej perspektywie przewiduje się wykorzystanie biopaliw stałych w instalacjach kogeneracji ciepła i elektryczności.
Pod względem energetycznym 2 tony biomasy równoważne są 1 tonie węgla kamiennego. Także pod względem ekologicznym biomasa jest lepsza niż węgiel gdyż podczas spalania emituje mniej SO2 niż węgiel. bilans emisji dwutlenku węgla jest zerowy ponieważ podczas spalania do atmosfery oddawane jest tyle CO2 ile wcześniej rośliny pobrały z otoczenia. Biomasa jest zatem o wiele bardziej wydajna niż węgiel, a w dodatku jest stale odnawialna w procesie fotosyntezy.
Ostatnimi czasy duże nadzieje pokłada się w wykorzystaniu paliw ciekłych uzyskiwanych z biomasy. Alkohol metylowy i etylowy pochodzenia roślinnego jest w wielu krajach dodawany do paliw tradycyjnych. Idealnym surowcem do produkcji paliw roślinnych są rośliny uprawiane na terenach skażonych.
4. Holzgaz produkcja gazu drzewnego
Etapy pozyskiwania energii z gazu drzewnego :
1. Suszenie - paliwo na samym początku poddawane jest suszeniu, tj. ciepło docierające do paliwa powoduje odparowanie zawartej w nim wody. Dzieje się to przy temperaturze poniżej 200°C.
2. Piroliza- następnie kolejne porcje ciepła w temperaturze z przedziału 200-600°C powodują wyodrębnienie się z paliwa jego lotnych frakcji.
3.Utlenianie- powyżej 700°C następuje utlenienie znajdujących się w paliwie pierwiastków węgla i wodoru. Wynikiem tego jest powstanie tlenku i dwutlenku węgla (CO i CO2) oraz pary wodnej (H2O).
Utlenianie jest pierwszym etapem zgazowywania, na którym powstaje tlenek węgla.
W strefie tej mają miejsce następujące reakcje:
C + 0,5 O2 <=> CO + Energia
CO + 0,5 O2 <=> CO2 + Energia
C + O2 <=> CO2 + Energia
2 H + 0,5 O2 <=> H2O + Energia
4.Redukcja- podczas przejścia powstałych wcześniej gazów przez warstwę rozżarzonego węgla następuje redukcja CO2 i pary wodnej do tlenku węgla CO i wodoru H2.
Na etapie redukcji powstaje wodór, a także tlenek węgla. Jest to najważniejszy etap produkcji gazu drzewnego.
W strefie redukcji mają miejsce reakcje:
C + CO2 + Energia <=> 2 CO
C + H2O + Energia <=> 2 CO + H2
C + 2 H2 + Energia <=> CH4.
Jeżeli gaz drzewny ma zostać spalony w celu uzyskania ciepła, w tym momencie jest gotowy do użycia. Spalenie tego gazu w silniku spalinowym jest niemożliwe, ponieważ gaz jest zbyt zanieczyszczony i gorący. Zanieczyszczenia spowodowałyby prawdopodobnie uszkodzenia silnika a wysoka temperatura oznacza, że gaz jest rozrzedzony i związku z tym ma niską kaloryczność w przeliczeniu na metr sześcienny.
5.Pierwsze oczyszczenie- w tym miejscu gaz przechodzi przez pierwsze urządzenie usuwające z niego cząstki stałe (popiół, pył) i substancje smoliste. Najczęściej jest to osadnik, szybkościowy lub odśrodkowy (cyklon).
6. Chłodzenie- gaz generatorowy zaraz po opuszczeniu generatora ma bardzo wysoką temperaturę (rzędu 200-600 stopni). W tej temperaturze nie może on zostać podany do silnika, ponieważ jest zbyt rzadki i niesie w sobie zbyt mało energii w przeliczeniu na jednostkę objętości. Silnik zasilony takim gazem nie będzie wcale pracować, lub nie osiągnie oczekiwanej mocy. Drugim powodem, dla którego gaz musi zostać w tym miejscu schłodzony, może być mała odporność termiczna substancji, z której wykonany jest filtr wtórny.
Na tym etapie następuje również oczyszczenie gazu generatorowego z pary wodnej, której obecność w gazie nie jest pożądana (rozcieńcza ona tylko gaz, zmniejszając jego wartość opałową, może też powodować korozję wewnętrznych elementów silnika po jego wyłączeniu). Para wodna skrapla się na ściankach chłodnicy.
7.Oczyszczenie wtórne - najczęściej ma ono miejsce w filtrze wtórnym, powierzchniowym. Filtr ten to nic innego jak jakaś substancja o dużej powierzchni kontaktu z gazem, np. warstwa tkaniny lub korka, ale także drobne kawałki drewna czy nawet szyszki. Na tym etapie cząstki zanieczyszczeń niesione przez gaz przyklejają się do powierzchni substancji filtrującej. W tym momencie gaz jest gotowy do podania go do silnika. Jest więc mieszany z powietrzem, a następnie zasysany przez silnik i spalany.
5. Produkcja elektryczności przez biogazownie rolnicze
Produkcja biogazu w biogazowniach rolniczych przeprowadzana jest w komorach fermentacyjnych, wyposażonych w instalacje: do mieszania wsadu, grzewczą, dozującą biomasę, gazową. Surowiec ze zbiornika wstępnego dozowany jest do komory fermentacyjnej, skąd po rozłożeniu substancji organicznej jest transportowany do laguny lub zbiornika pofermentacyjnego. Odpad pofermentacyjny wykorzystywany jest do użyźniania pól uprawnych. Biogaz jest kierowany do modułu kogeneracyjnego, w którym energia chemiczna biogazu ulega konwersji na energię elektryczną oraz cieplną. Część energii zostaje zużyta na potrzeby biogazowni (głównie do ogrzania komór fermentacyjnych), nadmiar jest sprzedawany do sieci energetycznej; ciepło również może być sprzedawane odbiorcom zewnętrznym. Ilość energii potrzebnej do zaspokojenia wewnętrznych potrzeb biogazowni zależy od szczegółów technologicznych rozwiązań konstrukcji (wyniesienie lub zagłębienie komór w stosunku do powierzchni ziemi, sposoby izolacji, grubość ścian komór itp.), warunków klimatycznych w danym regionie (zachowanie stabilnej temperatury zimą w Polsce wymaga znacznie większego zużycia energii niż np. w krajach południowej Europy). Przeciętne zapotrzebowanie biogazowni na energię elektryczną stanowi ok. 20% jej ogólnej produkcji, zaś w przypadku energii cieplnej ok. 40% wykorzystywane jest na potrzeby własne. Jeżeli instalacja kogeneracyjna w danym czasie nie pracuje, urządzeniem spalającym biogaz jest pochodnia gazowa. Stany te są najczęściej krótkotrwałe i sporadyczne (wymiana oleju, wymiana filtrów, pomiar luzów, sprawdzanie rozrządu itd.).
Ilość i skład biogazu zależy głównie od składu chemicznego poddawanych fermentacji związków organicznych, temperatury prowadzenia procesu i czasu przetrzymania substratów w reaktorze. Z 1 kg węglowodanów powstaje średnio 0,42 m3 CH4, z białek 0,47 m3 CH4, tłuszczów 0,75 m3 CH4.
Podstawowym substratem wykorzystywanym w biogazowni rolniczej jest gnojowica. W zależności od gatunku zwierząt, ilość energii zawartej w biogazie pochodzącym z gnojowicy, okazuje się różna.
Wartość energetyczna biogazu w funkcji liczby DJP (dużych jednostek przeliczeniowych - sztuk dużych)
Na ekonomikę procesu fermentacji ma wpływ stężenie substancji organicznych. Ze względu na niskie stężenie substancji organicznych w gnojowicy uzasadnione jest uzupełnianie wsadu różnymi substratami organicznymi, dostępnymi na lokalnym rynku. Mogą to być odpady z rzeźni, pozostałości z produkcji roślinnej, a także biomasa z celowych upraw polowych. Kosubstraty w procesie fermentacji beztlenowej umożliwiają właściwe obciążenie komory fermentacyjnej, optymalizują kinetykę procesu fermentacji metanowej poprzez lepszą konfigurację proporcji węgla do azotu, polepszając jej efektywność i opłacalność ekonomiczną.
Do produkcji biogazu nadaje się zarówno gnojowica pochodząca z ferm trzody chlewnej, jak i bydła. Porównanie jednostkowej wydajności tych substratów wypada na korzyść gnojowicy świńskiej (tab. 1). Ponadto biogaz z gnojowicy bydlęcej charakteryzuje się niższą zawartością biometanu. Różnice te wynikają z faktu, że w żołądkach bydła, a więc zwierząt przeżuwających, zachodzi już wstępna fermentacja związków organicznych, przez co gnojowica jest nieco uboższa.
Nie tylko gnojowica może być surowcem z produkcji zwierzęcej, ale również odchody o większej zawartości suchej masy, jak obornik czy odchody drobiu. O ile obornik znajduje obecnie w Polsce w całości wykorzystanie w rolnictwie jako nawóz organiczny, o tyle kurzeniec często nastręcza problemy, gdyż fermy kurze prowadzące chów bezściółkowy nie potrzebują gruntów, na których mógłby on być stosowany. W tej sytuacji fermentacja jest racjonalnym sposobem utylizacji odchodów i zmniejszenia obciążenia środowiska biogenami wprowadzanymi wraz ze świeżym kurzeńcem. Ze względu na fakt, że odchody drobiu charakteryzują się dość wysokim stężeniem (zawartość suchej masy na poziomie 25-40% w zależności od systemu utrzymania zwierząt), niezbędne jest zastosowanie kosubstratów płynnych, które pozwolą na odpowiednie rozcieńczenie wsadu do poziomu poniżej 15%, co jest wartością graniczną dla procesu fermentacji mokrej. W technologii proponowanej przez firmę PolHoSt do rozcieńczania odchodów proponowana jest woda, której część jest następnie zawracana z odcieku do komory fermentacyjnej, co pozwala ograniczyć wykorzystanie czystej wody w celach produkcyjnych. Zamiast wody można też zastosować inne ciecze, jak np. serwatka, jednak wówczas należy uwzględnić zawartość poszczególnych składników w ciekłym kosubstracie, gdyż mogą one wpływać znacząco na przebieg procesu, choćby wskutek zmiany stosunku C:N. Budowa biogazowni przy fermie drobiu pozwala zagospodarować ciepło do ogrzewania budynków inwentarskich. Zagospodarowanie pozostałości po fermentacji nastręcza znacznie mniej problemów w porównaniu z odchodami świeżymi, dzięki zmianie ich właściwości: zmniejszeniu uciążliwości zapachowej, ograniczeniu emisji amoniaku do atmosfery, lepszej przyswajalności składników przez rośliny. Istnieje też możliwość suszenia odpadu pofermentacyjnego i stosowaniu go jako biomasy stałej w procesie spalania.
Poszukiwanie bazowych substratów do produkcji biogazu w otoczeniu rolnictwa może nas zaprowadzić do zakładów przetwarzających płody rolne, jak gorzelnie i browary, gdzie powstają produkty uboczne: wywar gorzelniany i młóto (wysłodziny) browarnicze. Właśnie wywar jest podstawowym substratem w technologii proponowanej w Polsce przez Aufwind Schmack Nowa Energia. Jako kosubstraty znajdują zastosowanie odpady z przetwórstwa warzyw i biomasa z celowych upraw kukurydzy. Koncepcja łączenia biogazowni z gorzelnią jest racjonalna pod warunkiem stabilnej sytuacji krajowego gorzelnictwa, co niestety ostatnio stało się problematyczne. Jednak w przypadku jednostek, których funkcjonowanie nie jest zagrożone, jest to bardzo korzystny mariaż. Gorzelnia wówczas jest z jednej strony dostawcą podstawowego kosubstratu, z drugiej zaś odbiorcą ciepła z biogazowni, co znacząco podnosi efektywność ekonomiczną inwestycji. Nadmiar energii cieplnej powstającej w biogazowni jest często poruszanym problemem, a jego racjonalne zagospodarowanie nastręcza kłopoty. Stały odbiorca tej energii, jakim byłaby gorzelnia, to ogromny atut tego rozwiązania technologicznego. W zależności od zapotrzebowania gorzelni, mogłaby ona zagospodarowywać nie tylko nadmierną część ciepła z kogeneratora, ale też np. spalać część biogazu w kotle parowym. Biogazownia będzie też być dostawcą energii elektrycznej dla gorzelni, uniezależniając ją od dostawców zewnętrznych. Rozwiązanie to ma również zalety środowiskowe: zmniejszenie zużycia energii konwencjonalnej i węgla, utylizacja wywaru, zmniejszenie uciążliwości związanych z jego stosowaniem w przypadku rozlewania na polach, eliminacja odoru, zmniejszenie zawartości suchej masy, podwyższenie stopnia mineralizacji składników, a dzięki temu wzrost ich biodostępności.
Innym odpadem powstającym przy przerobie surowców pochodzenia rolniczego jest serwatka. Jako uboczny produkt powstający w zakładach mleczarskich podczas wytwarzania serów twardych i twarogów, jest złożoną mieszaniną wielu wartościowych składników: węglowodanów (zwłaszcza laktozy), bia¬łek, tłuszczu, kwasów organicznych, witamin i soli mineralnych. Z całkowitej objętości mleka wykorzystywanego do produkcji serów blisko 80-90% opuszcza proces technologiczny jako ser¬watka. Pomimo istnienia wielu możliwości przemysłowego zago¬spodarowania serwatki, stanowi ona w mleczarniach olbrzymi problem. Dlatego wciąż poszukuje się nowatorskich i efektywnych metod transformacji serwatki do użytecznych produktów. Serwatka jest doskonałym substratem fermentacyjnym. Ocenia się, że w Polsce objętość powstającej serwatki wynosi blisko 2 mln m3/rok. Ilość energii, jaką można uzyskać z takiej ilości serwatki w procesie fermen¬tacji metanowej mieści się w przedziale 198-560 GWh/rok.
W związku z tym, że w zasadzie każdy rodzaj substratów organicznych podlega tym samym przemianom w warunkach beztlenowych, wybór substratów dla biogazowni uwarunkowany jest przede wszystkim ich ceną i dostępnością. Najmniejsze koszty ponoszone są w przypadku zastosowania różnego rodzaju odpadów: z produkcji zwierzęcej, roślinnej czy przemysłu rolno-spożywczego. Szeroko dostępnym surowcem ubocznym jest gnojowica, dlatego wiele biogazowni powstaje właśnie przy fermach trzody chlewnej i bydła. Fermentacja gnojowicy pozwala na jej odpowiednie zagospodarowanie, poprawę jakości tego naturalnego nawozu, a równocześnie przynosi dodatkowy dochód dla gospodarstwa. Właśnie gnojowica jest podstawowym substratem w pierwszych rolniczych biogazowniach, jakie powstały w Polsce, należących do firmy Poldanor. Jednak doświadczenia biogazowni duńskich, które służyły za przykład dla Poldanoru, a także słabe wyniki uzyskiwane przed laty w krajowych biogazowniach IBMER-u wskazują, że fermentacja samej gnojowicy jest nieefektywna. Aby zintensyfikować proces należy zwiększyć zawartość suchej masy w komorze, przez dodanie kosubstratów. Często w tym celu wykorzystuje się biomasę z celowych upraw: kukurydzy, żyta, sorgo, lucerny itp. Mogą być to również odpady z przetwórni owoców, warzyw, a nawet substraty pochodzenia zwierzęcego z ubojni i rzeźni, odpadowy tłuszcz, frakcja glicerynowa itp. Istotne jest zachowanie proporcji pomiędzy węglem i azotem (stosunek C:N). Jeśli ta relacja jest za wysoka (dużo C i mało N), nie może dojść do całkowitej przemiany węgla, a tym samym nie można uzyskać możliwego potencjału metanu. W odwrotnym przypadku, przy nadmiarze azotu, może dojść do powstania amoniaku (NH3), który już w niewielkich stężeniach hamuje wzrost bakterii. Do prawidłowego przebiegu procesu stosunek C:N powinien mieścić się w zakresie 10-30. Ważne są też relacje pomiędzy zawartością fosforu i siarki. Aby bakterie otrzymywały dostateczną porcję substancji pokarmowych, stosunek C:N:P:S powinien wynosić 600:15:5:1. W składzie substratów niezbędne jest też występowanie pierwiastków śladowych i składników pokarmowych, takich jak żelazo, nikiel, kobalt, selen, molibden i wolfram, koniecznych do wzrostu i przetrwania bakterii.
W rolnictwie i jego otoczeniu powstaje wiele surowców, które można przeznaczyć do efektywnej produkcji biogazu. Wybór optymalnej technologii powinien być poprzedzony uważnym rozpoznaniem tych zasobów, ich jakości, ilości, stabilności dostaw, kosztów pozyskania, przechowywania i transportu. Oferty poszczególnych firm oferujących usługi w zakresie budowy biogazowni pozwalają wybrać odpowiednią technologię, zaś specjaliści pomogą zoptymalizować proces tak, aby był możliwie wydajny w warunkach konkretnej lokalizacji.
6. Biogaz
Biogaz to gaz powstający w czasie fermentacji metanowej, składający się głównie z metanu, dwutlenku węgla oraz niewielkich ilości azotu, siarkowodoru i wodoru. Biogaz powstaje w naturalnych procesach zachodzących w dnach zbiorników wodnych (oceany, jeziora), podczas erupcji wulkanicznych i pęknięć skorupy ziemskiej, w przewodach pokarmowych przeżuwaczy i termitów, podczas rozkładu nawozów organicznych (obornika, gnojowicy).
Do produkcji biogazu używa się fermentację beztlenową która jest procesem biochemicznym zachodzącym w warunkach beztlenowych. Substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na związki proste, głównie metan i dwutlenek węgla. W czasie procesu fermentacji beztlenowej do 60% substancji organicznej zamienia się w biogaz.
Etapy funkcjonowania biogazowi rolniczej :
Biogazownia rolnicza wytwarzająca metan realizuje pięć etapów procesu technologicznego. Są nimi:
1. Dostarczanie, składowanie i przygotowywanie substratów.
2. Wprowadzanie substratów (wsadu) do komory fermentacyjnej.
3. Uzyskiwanie biogazu.
4. Uzdatnianie i zagospodarowywanie odpadów pofermentacyjnych.
5. Uzdatnianie i wykorzystywanie biogazu.
Wszystkie etapy procesu są ze sobą ściśle powiązane. Podczas wykorzystania biogazu produkowana jest energia cieplna, którą można wykorzystać do utrzymania pożądanej temperatury fermentacji .
Etap pierwszy- przebieg fermentacji metanowej
Faza hydrolityczna czyli rozkład spolimeryzowanych, nierozpuszczalnych związków organicznych (białka, węglowodany, tłuszcze) przy współudziale zewnątrzkomórkowych enzymów. Białka ulegają hydrolizie do aminokwasów, wielocukry (w tym celuloza) do cukrów prostych, tłuszcze do alkoholi wielowodorotlenowych i kwasów tłuszczowych.
C6H10O4 + 2H2O -> C6H12O6 (cz. organiczna/glukoza)
Etap drugi - faza acidogenna (kwasogeneza)
Następuje rozkład produktów hydrolizy do krótkołańcuchowych kwasów organicznych, głównie do lotnych kwasów tłuszczowych (mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, walerianowy, kapronowy), do alkoholi (metanol, etanol), aldehydów i produktów gazowych CO2 i H2. Pozostała część biodegradowalna jest do octanów.
np. C6H12O6 -> 2 CH3CH2OH + 2CO2 (glukoza/etanol)
C6H12O6 + 2H2 -> 2CH3CH2COOH + 2H2O (glukoza/kwas propionowy)
Niektóre ze związków powstałych w fazie acidogennej mają charakter metanogenny i są bezpośrednio wykorzystywane przez bakterie metanowe (kwas octowy, kwas mrówkowy, metanol, CO2 i H2). Redukcja dwutlenku węgla wodorem obniża ciśnienie cząstkowe wodoru, co jest zjawiskiem korzystnym dla fazy acetogennej.
Etap trzeci - faza acetogenna (octanogeneza)
Przetwarzanie etanolu oraz lotnych kwasów tłuszczowych do octanów oraz CO2 i H2 przez bakterie acetogenne, których czas generacji jest stosunkowo długi (84 h). Zahamowanie aktywności tych bakterii prowadzi do kumulacji lotnych kwasów organicznych, co prowadzi do obniżenia odczynu i zahamowania wzrostu bakterii metanogennych. Wówczas uaktywniają swoją działalność bakterie homoacetogenne, produkujące octany z CO2 i H2, umożliwiając rozwój bakterii acetogennych, a później metanogennych.
Ważniejsze reakcje tej fazy:
C6H12O6 + 2H20 -> 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (glukoza/octan)
CH3CH2OH + 2H2O -> CH3COO- + 2H2 + H+ (etanol/octan)
2HCO3- + 4H2 + H+ -> CH3COO- + 4H2O (wodorowęglan/octan)
Etap czwarty - faza metanogenna
Produkcja metanu przez bakterie metanowe (autotroficzne i heterotroficzne).
2/3 metanu powstaje z octanów lub alkoholi:
2CH3CH3OH + CO2 -> 2CH3COOH + CH4
CH3COOH -> CH4 + CO2
CH3OH + H2 -> CH4 + H20
a 1/3 z redukcji dwutlenku węgla wodorem:
CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O.
Chemizm fermentacji metanowej
Procesy rozkładu materii organicznej mogą przebiegać w warunkach tlenowych lub beztlenowych. W warunkach tlenowych rozkład materii organicznej w skali przemysłowej wykorzystywany jest np. w produkcji podłoża do hodowli pieczarek. W warunkach beztlenowych produktami rozkładu węglowodanów są metan i dwutlenek węgla. W pierwszej fazie procesu musi nastąpić hydroliza węglowodanów. W procesie metanogenezy z węglowodanów powstaje metan i dwutlenek węgla.
Ilość i skład chemiczny wydzielonego biogazu zależy od składu chemicznego fermentowanych związków. Oprócz wyżej wymienionych związków, które powstają w wyniku rozkładu złożonych związków organicznych, obserwowana jest synteza nowych połączeń. Pozostałe stałe produkty organiczne po fermentacji noszą nazwę kompostu. Również w zależności od składu chemicznego fermentowanego substratu w biogazie będą występować różne substancje śladowe, które mają istotny wpływ na własności biogazu i na proces jego oczyszczania. W biogazie wykryto kilkaset różnych związków występujących w ilościach śladowych, które mają istotne znaczenie dla wykorzystania biogazu.
Dostarczanie, składowanie i przygotowywanie substratów
Warunkiem niezbędnym prawidłowego funkcjonowania rolniczej biogazowi jest dokładne rozpoznanie, jaką ilością poszczególnych surowców dysponuje gospodarstwo, oraz zaplanowanie trybu ich dostarczania do instalacji. Dostarczanie substratów staje się dodatkowym i bardziej skomplikowanym zadaniem, jeśli w procesie używane są surowce dostarczane spoza gospodarstwa. W takim przypadku, poza opracowaniem harmonogramu dostaw, staje się kontrola jakości przywożonego substratu. Należy przy tym zwracać szczególną uwagę na klasyfikację dostarczanych surowców. Dotyczy to surowców, które są klasyfikowane jako odpady i uznawane za szkodliwe dla środowiska, które muszą być szczegółowo ewidencjonowane. Powierzchnia magazynowa powinna przede wszystkim być kształtowana tak, aby umożliwić wyrównywanie ewentualnych wahań w równomierności dostaw surowca. Ponadto, jeśli stosuje się odpady z przemysłu rolno-spożywczego należy wyodrębnić oddzielne strefy dla składowania materiałów o wątpliwej czystości higienicznej niedopuszczając do mieszania się substratów różnej kategorii. Bezpośrednio przed wprowadzeniem do komory fermentacyjnej substrat winien być poddany sortowaniu mającemu na celu oddzielenie materiałów, które nie podlegają fermentacji (kamienie i inne ciała nieorganiczne). W niektórych przypadkach zachodzi konieczność przeprowadzenia higienizacji substratu. Polega on na wygrzewaniu masy przed jej fermentacją w temperaturze rzędu 700C prze przynajmniej jedną godzinę. Taka wstępna obróbka termiczna ma za zadanie likwidację zagrożenia epidemiologicznego i zapewnienia fitohigieny. W przypadku biogazowi typowo rolniczych proces higienizacji jest zwykle zbędny. Niektóre substancje organiczne winny być rozdrobnione przed poddaniem fermentacji. Należą do nich na przykład: obornik inwentarski, warzywa, słoma, łęciny, typowe kiszonki itd. Najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem jest tutaj połączenie funkcji przenoszenia z rozdrabnianiem (przenośnik rozdrabniający). Korzystnym rozwiązaniem jest rozdrobnienie substratu przed jego podaniem do zbiornika wstępnego (magazynowego) tak, aby jego zawartość można było następnie podawać do komory fermentacyjnej za pomocą pomp. Rozdrobniony i właściwie wymieszany substrat w zbiorniku wstępnym ułatwia przebieg procesów gnilnych, które z kolei zwiększają efektywność procesu fermentacji. Wprowadzanie substratów (wsadu) do komory fermentacyjnej.
Uzyskiwanie biogazu
Biogaz powstaje w procesie fermentacji beztlenowej w zbiornikach nazywanych fermentatorami. Zbiornik ten powinien posiadać izolację termiczną, co obniża koszty przebiegającego procesu. Dodatkowo zbiornik fermentatora powinien być wyposażony w instalację grzewczą, układ mieszania substratu i system wygarniania przefermentowanego substratu. Fermentator może być jednocześnie zbiornikiem biogazu, w takim rozwiązaniu winien być zadaszony gazoszczelnym i elastycznym przykryciem. Zbiorniki fermentatorów wykonuje się w technologii zbrojonego betonu lub jako zbiorniki stalowe. Dla zapewnienia optymalnego procesu fermentacji wewnątrz fermentatora musi panować równomierna temperatura. Znaczne przekroczenie pożądanej temperatury może doprowadzić do całkowitego obumarcia procesu gnilnego. Bardzo dobre wyniki uzyskuje się, jeśli do fermentatora trafia wsad o właściwej temperaturze. Dlatego korzystnym jest montowanie wymienników ciepła również w zbiorniku wstępnym. Uzysk metanu zależy od składu podawanego podłoża, w szczególności od zawartości węglowodanów, białek i tłuszczów. W odniesieniu do masy największy uzysk metanu pochodzi z tłuszczów, mniejszy z białek i najmniejszy z węglowodanów. Biogaz składa się z mieszaniny gazów, głównie metanu i dwutlenku węgla. Metan (biometan), będący głównym składnikiem biogazu, charakteryzuje się następującymi parametrami fizyko-chemicznymi.
Biogaz jest produktem procesu fermentacji związków pochodzenia organicznego np. ścieki i odpady komunalne, odchody zwierzęce.
Biogaz nadający się do celów energetycznych (o dużej zawartości metanu powyżej 40%) może powstawać w procesie fermentacji beztlenowej: odpadów zwierzęcych w biogazowniach rolniczych, osadu ściekowego na oczyszczalniach ścieków, odpadów organicznych na komunalnych wysypiskach śmieci. Substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na związki proste - głównie metan i dwutlenek węgla. W czasie procesu fermentacji beztlenowej do 60% substancji organicznej jest zamienione w biogaz. Składowisko odpadów komunalnych odpowiednio zagospodarowane może być źródłem gazu wysypiskowego wykorzystywanego do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej, zwiększającego zyskowność wysypiska. Gaz wydzielający się w sposób niekontrolowany unosi się nad terenem wysypiska, powoduje rozprzestrzenianie się odorów oraz niekontrolowane samozapłonu. W Polsce bardzo nieznaczna część wysypisk komunalnych posiada instalacje do pozyskiwania gazu energetycznego. Z powodu częstego braku odpowiednich uszczelnień masy składowanych odpadów, zasoby gazu wysypiskowego możliwe do pozyskania nie przekraczają 30-45% całkowitego potencjału powstającego na wysypisku gazu. Zasoby metanu możliwe do pozyskania mogłyby zostać nawet podwojone w przypadku zastosowania odpowiednich środków wymaganych przez normy Unii Europejskiej przy prowadzeniu gospodarki odpadami na wysypiskach, jak uszczelnienia geotechniczne złoża osadów hamujące migracje gazu, kontrola uwodnienia złoża, systemy drenaży, odpowiednia segregacja składowanych odpadów organicznych.
Technologie oczyszczania biogazu :
procesy beztlenowe - anaerobowe (wysokoobciążone ścieki i odpady organiczne): kompaktowe instalacje, proste i niezawodne; produkcja biogazu dla systemu kogeneracji uzysku ciepła i energii elektrycznej; wysokoproduktywne procesy bez dodatkowych kosztów poniesionych na energię, niska produkcja osadu
oczyszczenie wstępne: neutralizacja, osadzanie, filtracja, buforowanie
oczyszczanie fizyko-chemiczne: koagulacja, neutralizacja detoksykacja poprzez wytrącanie, flokulacja, sedymentacja, flotacja, oksydacja, adsorpcja
technologie membranowe, reaktory biomembranowe
odzyskiwanie wody: ultrafiltracja, odwrócona osmoza
procesy tlenowe: zarówno dla wód przemysłowych jak i komunalnych; biologiczna denitryfikacja oraz usuwanie fosforu)
obróbka osadu: stabilizacja (biologiczna, chemiczna); zagęszczanie, odwadnianie.
Wykorzystanie energii z biogazu - typy kogeneracji:
-cieplna - wykorzystanie ciepła do ogrzewania np. wody technologicznej do procesu, uzyskiwania pary, ogrzewania budynków
założenie własnej kotłowni
-elektryczna- wykorzystanie energii elektrycznej do własnych potrzeb - znaczne obniżenie kosztów poniesionych na energię elektryczną
-sprzedaż „zielonej energii” dla sieci energetycznej
-sprzedaż gazu (ekologicznego) do sieci
Wartość energetyczna biogazu waha się w granicach 16,7 do 23 MJ×m-3 i jest ściśle uzależniona od proporcji gazów wchodzących w jego skład, szczególnie od udziału metanu. Średnia wartość opałowa biogazu wynosi ok. 21,54 MJ×m-3. W przypadku oczyszczenia biogazu z CO2 jego wartość opałowa zwiększa się do 35,7 MJ×m-3. Energia zawarta w 1 m3 takiego biogazu odpowiada energii zawartej w 0,93 m3 gazu ziemnego, w 1 dm3 oleju napędowego, w 1,25 kg węgla lub odpowiada 9,4 kWh energii elektrycznej. W krajach rozwijających się, które nie mają wystarczających zasobów ropy naftowej lub węgla i są zbyt biedne, aby te paliwa importować, pokładają duże nadzieje w możliwości produkcji energii elektrycznej właśnie z biogazu.
III Zakończenie
Uzyskiwanie energii elektrycznej z gazu ziemnego i biogazu jest bardziej przyjazne dla naszego środowiska. Uważam, iż wytwarzanie ekologicznej energii elektrycznej jest bardzo dobrym rozwiązaniem szczególnie dla krajów mało rozwiniętych lub biednych, których nie stać na import surowców do produkcji energii elektrycznej. Myślę, że wytwarzanie takiego typu energii elektrycznej staje się jakby procentowym uzupełnieniem wytworów energii z ropy naftowej oraz z węgla.
Bibliografia :
http://www.if.uj.edu.pl/ZFNT/os8/Energia%201.pdf (18.12.2010 10:24)
http://www.itc.polsl.pl/wkostowski/www_itc_pliki/Gaz/intro.pdf (18.12.2010 11:00)
http://www.sciaga.pl/tekst/43464-44-gaz_ziemny ( 18.12.2010 12:00)
http://www.sciaga.pl/tekst/12207-13-gaz_ziemny (18.12.2010 12:10)
http://weglowodory.pl/polski-rynek-gazu-w-2009-roku/ (19.12.2010 10:00)
http://www.cire.pl/pliki/2/wyklad1.pdf ( 19.12.2010 10:30 )
http://www.if.uj.edu.pl/ZFNT/os8/Energia%201.pdf ( 19.12.2010 11:00)
http://www.min-pan.krakow.pl/Wydawnictwa/GSM2433/szurlej.pdf (17.12.2010 19:00)
http://www.drewnozamiastbenzyny.pl/gaz-ziemny/ (17.12.2010 13:00)