Technologie bioplynu

Pozoruhodný "know-how" v oblasti technologie bioplynu prokazují firmy Ing. Friedrich Bauer GmbH a Bioas System Technik AG již od roku 1997 výstavbou, respektive provozem doposud 29 zařízení na bioplyn v Rakousku a Německu.

Pojmy

Bioplyn je směs plynů, z nichž hlavní jsou metan CH4 a oxid uhličitý CO2. Vzniká mikrobiálním rozkladem organické hmoty za nepřístupu vzduchu (tzv. anaerobní fermentací nebo digescí). Energeticky využitelný bioplyn je vyráběn ve specializovaných technologických zařízeních tzv. bioplynových stanicích.

Anaerobní fermentace - jedná se o mikrobiální proces, kdy bez přístupu vzduchu, za optimálně řízených podmínek (obsah sušiny, reakční teplota, pH) a za působení vhodných kultur anaerobních mikroorganismů dochází k rozkladu organických látek za současné produkce bioplynu.

Z hlediska reakční teploty (resp. druhu anaerobních mikroorganismů) se v praxi nejčastěji setkáme s těmito procesy :

  • Mezofilní (35 až 40°C)
  • Termofilní (55°C)

Anaerobní fermentace je doprovázena velmi výraznou redukcí přirozené pachové zátěže (fermentace probíhá v plynotěsném reaktoru). Průměrná doba zdržení biomasy v reaktoru činí 20-30 dnů. Výslednými produkty jsou :

  • Fermentační zbytek (fermentát) resp. hnojivý substrát (výroba kompostů a certifikovaných hnojiv)
  • energeticky využitelný bioplyn

Proces není doprovázen žádnými dalšími emisemi nežádoucích chemických komponentů. Vznikající bioplyn je zpravidla energeticky využíván pro kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. Elektřina je buď prodávána do sítě nebo využívána pro krytí vlastní spotřeby a pro přebytky tepla je vhodné nalézt další využití.

Fermentové typy

  • rourový fermentor (výhody: malá spotřeba energie, pístový tok, vysoká bezpečnost vlivem více malých jednotek, modulový systém, žádné přestoje; nevýhody: vyšší obstarávací náklady)
  • hrnkový fermentor (výhody: nižší obstarávací náklady, bezproblémové obstarávaní; nevýhody: vysoké náklady na energii)

Technologie válcového (potrubního) fermentora - je vyvinuta firmou Friedrich Bauer GmbH a chráněna patentovým právem.

Srdcem naší koncepce bioplynových stanic je válcový fermentor na bázi anaerobní fermentace, který má oproti dosud známým fermentačním postupům řadu výhod. Podstatně se zlepšuje hospodárnost získávání energie z biogenních látek, což nabývá na významu i pro jiné oblasti použití.

Provedení válcového fermentoru je formou ocelové konstrukce a vnitřek je vybaven vytápěným míchadlem. Podávání fermentovaného materiálu je tangenciální. Substrát je tlačen válcovým fermentorem a následně je převáděn na zadním horním konci do fermentoru. Sedimenty přenášené se vstupním materiálem (kamínky, kosti, sklo, keramika) se oddělují prostřednictvím speciálního vynášecího zařízení. Tím je celé zařízení zbavováno těchto rušivých prvků, celý proces se zefektivňuje a je zajištěna maximální bezpečnost provozu. Teplota fermentace se pohybuje kolem 38°C, to znamená, že zařízení je provozováno v stabilním mezofilním teplotním okruhu. Existuje zde regulační obvod, který zabraňuje nadměrnému zatěžování vyhnívací nádrže a tím zabraňuje překyselení válcového fermentoru. Nejdůležitějším kritériem je nárůst výroby plynu na jednu náplň. Zatížení vyhnívací nádrže je tedy samočinně regulováno využitím procesních parametrů. Stupeň odbourávání fermentovaných látek je ve válcovém fermentoru nastaven na cca 70%, aby se zabránilo tvorbě krusty v dofermentoru a v úložišti močůvky. V kombinaci s dofermentorem je dosaženo odbourávání až 95% organických látek.

valcovy fermenor

Přednosti:

  • nejvyšší účinnost všech známých postupů
  • využití biogenních odpadů s vysokým podílem sušiny
  • žádné speciální přeočkování materiálu na fermentování
  • žádné smíchání čerstvého a již upraveného materiálu
  • žádná tvorba usazených vrstev, kalových krytů a hroudek
  • malá spotřeba vlastní energie
  • samořídící průběh procesu
  • žádný obtěžující zápach (uzavřený proces)

Výhody vůči jiným konceptům bioplynu

  • vysoké kontinuální výnosy bioplynu
  • neměnná dobrá kvalita plynu
  • kontrolované obstarávání fermentoru
  • samořídící a kontrolovaný průběh procesu
  • menší spotřeba vlastní energie a provozních nákladů
  • vysoká BHKW účinnost
  • fundovaná podpora při řízení provozu
  • dlouhá životnost zařízení vlivem kvalitních komponentů

Koncepce

V dnešní době, kdy se denně skloňují v médiích hesla ekologie, ubývající zdroje energie apod. nabývá stále více na významu stávající energetický potenciál. Firma Ing. Friedrich Bauer GmbH vyvinula koncepci získávání energie z biologického odpadu.

Přitom jsme postupovali v souladu s následujícími principy:

  • Využít energetický potenciál obnovitelných energetických zdrojů
  • Uzavřít cyklus živin
  • Přispět podstatnou měrou k řešení problematiky odpadu
  • Decentralizované samozásobování elektřinou a teplem, popř. dodávky energie do sítě . Návrat cenných živin do zemědělství
  • Hospodárné získávání bioplynu

Využívání biologického odpadu a obnovitelných surovin v bioplynových stanicích poskytuje možnost trvalého, decentralizovaného a ekologického zásobování energií. Využívání poznatků z oblasti medicíny, ekologie a ekonomiky pro regeneraci narušených ekosystémů a zastavení procesu ohrožení přírody i člověka se musí stát veřejným zájmem. Člověk musí přijít na to, že biologický odpad je cenným energetickým zdrojem. který neprodukuje emise škodlivých látek ani jedovatý nebo radioaktivní odpad.

Na základě těchto hledisek se podařilo vyvinout efektivní bioplynovou stanici, která využívá k získávání cenné energie fermentační proces biologického odpadu. Konečný produkt tohoto procesu je vedle elektřiny a tepla přirozené, rostlinami dobře zužitkovatelné hnojivo, které zlepšuje výnosy.

Koncepce

Bioplyn a výroba elektrické energie

Postup - vzorový projekt

1. Přípravný proces

Drcení a separace organické hmoty od obalů a rušivých látek probíhá plně automaticky. Materiál podobný kaši (velikost částic je menší než 10 mm) se uskladní v předřezené jímce.

Hygienizace probíhá formou pasterizace vstupujícího substrátu v prostorově odděleném úseku. Definované množství substrátu se načerpá do vážící, hygienizační nádoby, potom se zahřeje na 70°C a hodinu se hygienizuje. Hygienizovaný substrát se vede do zpětného chladícího systému, pomocí kterého se jeho teplo využije pro předehřívání další šarže hygienizovaného substrátu.

Dále se nezávadný, na cca 45°C ochlazený substrát přečerpá na hygienicky nezávadnou stranu procesového průběhu a tam se uloží v zakládací jímce, která je vybavena ponorným míchadlem a v pravidelných intervalech se promíchává.

2. Fermentace

Ze zakládací jímky se materiál přivádí do vlastního fermentačního procesu. Zavážení fermentovačů se provádí téměř nepřetržitě. Aby se zabránilo přetěžování bioreaktorů možným překyselením, jsou fermentovače zaváženy pomocí regulační techniky. Dávkování šarží substrátu se reguluje automatickým ovládáním čerpadel a šoupátek, dle aktuální specifické produkce bioplynu. Jako bioreaktory se používají v prvním fermentačním stupni ležaté trubkové fermentovače a kotlový fermentovač s míchadlem. Jeden dodatečný fermentovač (kotel s míchadlem) představuje druhý stupeň kvasného systému.

Všechny fermentovače jsou provozovány v mezofilní teplotní oblasti cca 38°C. Trubkové fermentovače ze svařených trubek z černé oceli jsou dlouhé 25 m a mají průměr 3 m. Pro zaručení rovnoměrného vedení tepla na substrát a pro dokonalé promíchávání obsahu fermentovačů, jsou fermentovače vybaveny centrálně uloženou hřídelí, na které je osazen topný had a lopatkové míchadlo.

Substrát přícházející ze zakládací jímky se do hnilobného prostoru dává na hlouběji ležící konec trubkových fermentovačů. Protože jsou fermentovače plněny maximálně, je podle principu vytlačování stejné množství vyhnilého substrátu v horní oblasti trubkového fermentovače odváděno a teče přes sifon na další kvašení do dodatečného fermentovače.

3. Plyn - elektřina

Betonový fermentovač je koncipován jako klasický kotel s dvěma míchadly se šikmou hřídelí a s vyhříváním dna a stěn. Stejně jako u trubkových fermentovačů teče i zde substrát přetokovou trubkou do dodatečného fermentovače. I obsah dodatečného fermentovače se pravidelně homogenizuje pomocí dvou ponorných míchadel a pomocí vytápění dna a stěn se rovnoměrně temperuje. Vykvašený substrát se přetokovou trubkou dostane do konečného skladu (čistící nádoby).

V konečných skladech se sedimentací oodělí pevné a vodní podíly kvasných zbytků. Vodní fáze se odvede do čističky, která je na pozemku zřízení na bioplyn. Pevné kvasné zbytky se lisují a jsou odváděny na tepelné zhodnocení. Směs bioplynů, vzniklá v reaktorech, se dávkovaným vstřikem vzduchu odsíří a pomocí kondanzačního odlučovače se z ní odstraní vlhkost. U jednotlivých fermentovačů se nepřetržitě měří aktuální množství plynu, stejně jako jeho kvalita (CH4, H2S). Pro uskladnění vyčištěného plynu je k dispozici foliový zásobník plynu.

Přeměna plynu na elektrickou energii se provádí v modulu blokové tepelné elektrárny, přičemž výkon elektrárny je regulován podle vyrobeného množství plynu.