Od biomasy do biogazu

Ostatnimi czasy, budowa rolniczych instalacji biogazowych w Polsce, to jeden z wiodących tematów poruszanych zarówno przez duże koncerny energetyczne, indywidualnych inwestorów jak i gospodarstwa rolne. Ogromne zasoby biomasy, unormowania prawne oraz prowadzona przez obecny rząd proekologiczna polityka nergetyczna i programy dofinansowania tego typu inwestycji ze środków UE, powinny pozytywnie wpłynąć na rozwój tego sektora. Szansą na szybki rozwój rynku biogazowego w Polsce jest Dyrektywa UE – 2009/28/WE z 5 czerwca 2009 r. o promocji odnawialnych źródeł energii. Zgodnie z tą dyrektywą, Polska zobowiązana jest do osiągnięcia 15 % udziału OZE w końcowym zużyciu energii w 2020 r. Powstały nawet programy zakładające budowę 2020 biogazowni w Polsce do 2020 roku, co przy obecnej sytuacji czterech działających instalacji jest dość ambitnym planem.

Wśród większości inwestorów w Polsce, którzy zainteresowani są budową biogazowni, panuje przekonanie, że zakup instalacji zapewni stałą produkcję biogazu, bez względu na to, jakie substraty pochodzenia organicznego zostaną użyte. Sytuacja jest bardziej skomplikowana. Proces fermentacyjny, zachodzący w komorach fermentacyjnych można porównać do tego, jaki zachodzi w układzie pokarmowym krowy lub innych przeżuwaczy. Dlatego ważne jest by dieta (substraty wsadowe) były odpowiednio dobrane i przygotowane.
Planując tego typu inwestycję, pierwszym krokiem jaki należy wykonać jest dobór i ocena substratów dostępnych w pobliżu lokalizacji inwestycji. Ze względu na duży koszt takiej biogazowni, warto od samego początku nawiązać współpracę ze specjalistami, którzy dokonają odpowiednich analiz i dobiorą właściwą instalację biogazową. Pomogą również w stworzeniu konceptu zagospodarowania ciepła, które jest produktem ubocznym, a stanowi o opłacalności inwestycji. Specjalista, po dokonaniu audytu planowanego miejsca posadowienia instalacji biogazowej, przygotuje koncept wraz ze wstępną analizą ekonomiczno finansową. Zaproponuje kilka możliwych rozwiązań, które pozytywnie wpłyną na opłacalność inwestycji.

Koszty doradcze stanowią zaledwie promil wartości inwestycji, a korzystając z usług specjalistów inwestor, który nie musi znać się na zasadach obowiązujących w biotechnologii, zyskuje pewność, że biogazownia będzie prawidłowo funkcjonować i wykorzystując np. system do uzdatniania biogazu, który pozwala na wpuszczanie jego bezpośrednio do sieci gazowej lub system ORC, który zamienia ciepło ze spalania w jednostce kogeneracyjnej na prąd, zwiększy przychody z inwestycji.
W okresie intensywnej budowy instalacji biogazowych w Niemczech i innych krajach zachodnich, zjednoczonej Europy, powstało wiele firm zajmujących się produkcją instalacji do odzysku biogazu. Wielu producentów, po załamaniu się rynku zachodniego, zakończyło swoją działalność. Te firmy, które pozostały, proponują różne rozwiązania. W niniejszym opracowaniu przybliżone zostanie rozwiązanie, które pozwala wykorzystywać substraty o dużej zawartości suchej masy.

Każda instalacja biogazowa, biogazownia, nazywana również bioelektrownią, składa się z określonych elementów, które w zależności od organizacji logistycznej oraz substratów wsadowych, używanych w danej instalacji, mogą się różnić. Poniżej opisano przykładową instalację biogazową, o mocy elektrycznej 2 MW, w której inwestor zakupuje substraty zakontraktowane od gospodarstw rolnych, znajdujących się w pobliżu posadowienia inwestycji i składuje je we własnych silosach.
W skład biogazowni o wspomnianej mocy wchodzą następujące elementy:

1. 2 komory fermentacyjne pierwszego stopnia, horyzontalne, o pojemności 1000 m³ każda.
2. 2 komory fermentacyjne drugiego stopnia, stojące, o pojemności 3000 m³ każda.
3. Kompletna instalacja rurowa, wraz z systemem pomp do przepływu substratów.
4. 2 systemy doprowadzenia biogazu do jednostek kogeneracyjnych.
5. 2 platformy inspekcyjne.
6. 1 zbiornik na gnojowicę o pojemności 50 m³.
7. Automatyczny analizator do ciągłych pomiarów stężenia CH4, H2S i O2 w produkowanym biogazie.
8. Komputerowy system sterowania wszystkim procesami w biogazowni. 2 zbiorniki wsadowe substratów o pojemności 80 m³.
9. 2 mechaniczne separatory do oddzielania wody z odpadów pofermentacyjnych – separatory nie są konieczne, jednakże substancja odseparowana jest łatwiejsza do rozwożenia na pole.
10. 2 zbiorniki na odpady pofermentacyjne, szczelne, o pojemności 7500 m³, z pokrywą z podwójnej membrany – membrana na zbiornikach na odpady pofermentacyjne stosowana jest od niedawna i pozwala na pozyskanie do 12 % więcej biogazu.
11.Silosy do składowania substratów o wymiarach 175,00×90,00×3,50 m, podzielone na 4 komory o szerokość 22,50 metra każda. Na budowę silosów potrzeba dużo miejsca. Możliwe jest oczywiście codzienne dowożenie substratów przez lokalnych dostawców w formie zakiszonej. Rozwiązanie to jest jednak ryzykowne, ponieważ dostawcy mogą dowozić susbtraty o różnych zawartościach suchej masy, a jedna dostawa substratów źle zakiszonych, może spowodować zachwianie się procesu fermentacji, co skutkować może zatrzymaniem produkcji biogazu.

Prezentowany system, jak wspomniano powyżej, jest doskonały dla substratów o dużej zawartości suchej masy. Możliwe jest to poprzez zastosowanie horyzontalnych komór fermentacyjnych pierwszego stopnia.
Komora fermentacyjna pierwszego stopnia, wykonana jest ze stali zimnowalcowanej i usadowiona jest w pozycji horyzontalnej (poziomej). Zbiornik jest wzmocniony metalowym systemem, podtrzymującym konstrukcję. Dach komory fermentacyjnej, stanowi podwójna membrana wykonana z bardzo wytrzymałego materiału. Zbiornik zawiera wszystkie niezbędne połączenia dla prawidłowego działania instalacji. Izolacja zewnętrzna – wełna mineralna gr. 60 mm. Całość okryta jest elewacją z powłoką galwaniczną, zapobiegającą korozji. Wszystkie części niezaizolowane, pokryte są specjalną substancją, składającą się z dwóch powłok.
Komora fermentacyjna pierwszego stopnia połączona jest systemem kanalizacyjnym z fermentatorem drugiego stopnia. Wszystkie połączenia odporne są na korozję i działanie składników biogazu.

Komora fermentacyjna pierwszego stopnia jest ogrzewana gorącą wodą, przepływającą przez system rur umieszczonych wewnątrz zbiornika. Dzięki zwartej konstrukcji, efektywność ogrzewania jest znacznie większa w porównaniu ze zbiornikami stojącymi, wykonanymi z betonu. Straty ciepła zredukowane zostały do minimum.
Sterowana komputerowo zmienna częstotliwość obrotów mieszadeł, umieszczonych poziomo w komorze, zapewnia właściwy proces fermentacji. Ślimaki mieszające monitorowane są przez system komputerowy, co zapobiega jakimkolwiek przeciążeniom.
Zastosowane rozwiązanie, zarówno w okresie rozruchu jak i w późniejszych etapach zapobiega tworzeniu się warstw. Substraty są równo rozprowadzane na całej powierzchni komory fermentacyjnej, co umożliwia bakteriom swobodny dostęp do substratów znajdujących się w zbiorniku. Mieszadła, kręcące się prostopadle do podłoża, zapobiegają osadzaniu się substratów w wyniku działania efektu grawitacyjnego (opadanie substratów, tworzenie się kożuchów i złogów dennych).
Horyzontalne komory fermentacyjne pierwszego stopnia są najlepszym z istniejących rozwiązań w przypadku, gdy substraty wsadowe charakteryzują się dużą zawartością suchej masy. Pozwala to uniknąć dodawania ogromnej ilości wody i gwarantuje szybszy oraz stabilniejszy proces fermentacji.
Dodatkowo, w proponowanych fermentatorach horyzontalnych zastosowano specjalny system do usuwania ciał obcych. Rozwiązanie to, pozwala bez konieczności opróżniania zbiorników, usuwać gromadzące się na dnie cząstki nieorganiczne. Spośród oferowanych obecnie instalacji, jedynie proponowany system posiada takie udogodnienie. W pozostałych oferowanych rozwiązaniach, usuwanie ciał obcych odbywa się ręcznie, po opróżnieniu zbiorników, co wiąże się z koniecznością zatrzymania na ten czas całej instalacji.
Komora fermentacyjna drugiego stopnia jest typowym zbiornikiem pionowym, stosowanym przez większość producentów instalacji biogazowych. Biogaz kumuluje się w górnej części, pod kopułą. Zbiornik wykonany jest ze stali pokrytej powłoką ochronną. Poszczególne warstwy zbiornika są połączone, zakotwiczone w ziemi w betonowych ławach. Ławy połączone są z dnem zbiornika. Zbiornik zaizolowany jest wełną mineralną o grubości 60 mm. Zewnętrzna elewacja wykonana jest z zabezpieczonej galwanicznie blachy, pokrytej powłoką lakierniczą. Dach zbiornika, stanowi podwójna membrana, wykonana z bardzo mocnego materiału, pod którą zbiera się biogaz. Wnętrze komory fermentacyjnej drugiego stopnia, ogrzewane jest przez system nierdzewnych rur, umocowanych na ścianach zbiornika.

Zamontowane wewnątrz trzy mieszalniki, zapewniają jednorodność substratów wewnątrz zbiornika.
Pozostałe elementy składowe całej instalacji biogazowej wykonywane są przez firmy nie zajmujące się stricte biogazem i wykorzystywane są przez wszystkich dostawców instalacji biogazowych.

BIONEA Sp. z o.o. powstała by inwestować w rozbudowę biogazowni w Polsce, jak również służyć pomocą potencjalnym inwestorom w przejściu całej drogi od planowania inwestycji, pomocy w pozyskaniu środków na inwestycję (kredytów bankowych, inwestorów zewnętrznych) poprzez pozyskanie środków z Unii Europejskiej.
Niestety w Polsce nie ma przemysłu zajmującego się wytwarzaniem technologii wykorzystywanych do produkcji biogazu. Brakuje specjalistów mogących służyć pomocą.
Nawiązując współpracę z firmą BIONEA Sp. z o.o. mogą być Państwo pewni, że oferowane usługi poparte są gruntowną wiedzą, zdobytą w praktyce. Nawiązaliśmy bezpośrednią współpracę z wiodącymi producentami niemieckimi, wytwarzającymi technologię do produkcji biogazu. Współpracujemy również z firmami polskimi, dzięki którym nasza oferta jest kompleksowa od początku do końca.