Biogaz

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Schemat procesu wytwarzania biogazu.

Biogaz, gaz wysypiskowygaz palny, produkt fermentacji metanowej związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa), a częściowo także ich rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni[1]. Jest to mieszanina różnych gazów produkowanych w zamkniętych systemach przez mikroorganizmy anaerobowe[2]. Biogaz składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla, może zawierać niewielkie ilości siarkowodoru, wody oraz siloksanów. Metan, wodór oraz tlenek węgla mogą ulec spaleniu lub utlenieniu wydzielając energię, co pozwala na wykorzystanie biogazu jako paliwa. Może być wszechstronnie wykorzystywany do ogrzewania, także do gotowania oraz w generatorach prądu[3].

Energia odnawialna
Wind Turbine
Energia wodna
Energia geotermalna
Energia prądów morskich, pływów i falowania
Energia słoneczna
Energia wiatru
Biopaliwo
Biomasa
Biogaz
Energia cieplna oceanu

Biogaz może zostać oczyszczony do bio-metanu, aby spełniał standardy jakości gazu ziemnego[4]. Może zostać sprężony, w taki sam sposób jak gaz ziemny jest sprężany do CNG i wykorzystywany jako paliwo w pojazdach mechanicznych. W samej Wielkiej Brytanii uważa się, że biogaz potencjalnie mógłby zaspokoić 17% zapotrzebowania na paliwo samochodowe[5].

Technologie wytwarzające i wykorzystujące biogaz kwalifikują się do otrzymania dofinansowania wspierającego rozwój OZE w niektórych krajach[6][7]. Biogaz jest uważany za odnawialne źródło energii, ponieważ cykl jego produkcji i zużycia jest ciągły i nie wiąże się z produkcją netto dwutlenku węgla[8]. Materia organiczna wykorzystywana w produkcji biogazu rośnie z wykorzystaniem dwutlenku węgla w powtarzalnym, bezstratnym cyklu. Taka sama ilość dwutlenku jest absorbowana z atmosfery, jak ilość wydalana podczas spalania biogazu.

Definicje[edytuj]

Biogazownia zlokalizowana w mieście Hofheim in Unterfranken w Niemczech.

Nowelizacja Prawa Energetycznego, która weszła w życie dnia 11 marca 2010 roku, (Art. 3 pkt 20a), definiuje biogaz rolniczy, jako:

paliwo gazowe otrzymywane z surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolno-spożywczego lub biomasy leśnej w procesie fermentacji metanowej.

Definicja biogazu wprowadzona na potrzeby rozliczania energii wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii, zgodne z dyrektywą 2001/77/WE, zawarta jest w rozporządzeniu ministra gospodarki z dnia 19 grudnia 2005 roku w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii (Dz.U. Nr 261, poz. 2187, z późn. zm.)[9]. Definicja ta mówi, że:[10]

Biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.

Skład biogazu[edytuj]

Skład biogazu różni się w zależności od źródła procesu fermentacji beztlenowej. Gaz wysypiskowy zwykle zawiera około 50% metanu. Zaawansowane technologie oczyszczania ścieków są wstanie wytworzyć biogaz zawierający 55-75% metanu[11], którego zawartość przy wykorzystaniu technik oczyszczania in-situ może zostać podniesiona do 80-90%[12]. Nieoczyszczony biogaz zawiera parę wodną, której cząstkowa objętość jest funkcją temperatury biogazu. Korekcja objętości gazu dla zawartości pary wodnej i termicznego rozszerzania jest łatwa do obliczenia matematycznie, przez co można uzyskać standaryzowaną objętość suchego biogazu[13].

Autobus z instalacją CNG na biogaz w Bernie w Szwajcarii.

W niektórych przypadkach biogaz zawiera siloksany. Są one wynikiem beztlenowego rozkładu substancji powszechnie występujących w mydłach i detergentach. Podczas spalania gazu zawierającego siloksany wydziela się krzem, który może reagować z tlenem lub innymi składnikami gazu. W wyniku reakcji wytrącają się osady, zawierające głównie ditlenek krzemu lub krzemiany (SixOy). Mogą także zawierać wapń, siarkę, cynk i fosfor. Osad przybiera formę warstwy osadu białej substancji o grubości kilku milimetrów i musi być usunięty przy użyciu środków chemicznych lub mechanicznych. Istnieją praktyczne i efektywne ekonomicznie technologie oczyszczania biogazu z slikoksanów oraz innych zanieczyszczeń[14].

Skład biogazu[15]
Składnik  %
metan, CH4 50-75
dwutlenek węgla, CO2 25-50
azot, N2 0-10
wodór, H2 0-1
siarkowodór, H2S 0-3
tlen, O2 0-0,5

Wytwarzanie biogazu[edytuj]

 Osobny artykuł: fermentacja metanowa.

Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie, stąd nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów odbywa się w stałych temperaturach 33-37 °C dla bakterii metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70 °C dla bakterii termofilnych oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton.

Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach fermentacyjnych biogazowni. Najczęściej fermentacja zachodzi w nich w temperaturze 30-40 stopni (fermentacja mezofilna)

Biogaz powstaje również w sposób naturalny np. na torfowiskach (głównie z celulozy), nazywamy go wtedy gazem błotnym lub gazem gnilnym.

Czasami biogaz określa się jako agrogaz, zwłaszcza jeżeli uzyskujemy go z gnojowicy lub obornika. Z 1m3 gnojowicy można uzyskać w przybliżeniu 20m3 biogazu, natomiast z 1m3 obornika nawet 30m3. Pozostałość po fermentacji stanowi cenny nawóz.

Porównanie wybranych surowców stosowanych w produkcji biogazu[edytuj]

Materiał Wydajność produkcji biogazu

w m3 na tonę mokrej masy

Zawartość metanu[16]
Kiszonka z kukurydzy 202[16] (200-220)[17] 52%
Ziarno kukurydzy 560[18]
Kiszonka z traw 172[16] (160-200)[17] 54%
Trawa 298-467[18]
Żyto (Ogólna uprawa na kiszonkę - GPS, cała roślina) 163[16] 52%
Żyto ziarno 283-492[18]
Burak pastewny 111[16] 51%
Odpady organiczne 100[16] 61%
Obornik kurzy 80[16] (30-100)[17] 60%
Burak cukrowy 67[16] 72%
Obornik świński 60[16] 60%
Obornik bydlęcy 45[16] 60%
Wysłodziny 40[16] 61%
Gnojowica świńska 28[16] (15-25)[17] 65%
Gnojowica bydlęca 25[16] (15-25)[17] 60%
Pszenica

(ogólna uprawa na kiszonkę - cała roślina)

185[18] (170-190)[17]
Ziarno pszenicy 610[18]
Ziarno owsa 250-295[18]
Ziarno pszenżyta 337-555[18]
Ziarno jęczmień 353-658[18]
Ziarno rzepaku 340[18]
Gliceryna 580-1000[17]
Tłuszcze do 1200[18]
Śruta rzepakowa 600-650[17]
Pokrzywy 120-420[18]
Słonecznik 154-400[18]
Miskant 179-218[18]
Len 212[18]
Trawa sudańska 213-303[18]
Mozga kanaryjska 340-430[18]
Życica 390-410[18]
Jarmuż 240-334[18]
Słoma 242-324[18]
Plewy 270-316[18]
Ziemniaki 276-400[18]
Koniczyna biała 290-390[18]
Koniczyna łąkowa 300-350[18]
Sorgo 295-372[18]
Słonecznik bulwiasty 300-370[18]
Rzepa 314[18]
Burak pastewny 160-180[18]
Rabarbar 320-490[18]
Lucerna 340-500[18]
Konopie 355-409[18]
Groch 360[18]
Liście 417-453[18] 50%[19]

Badana nad wykorzystaniem liści jako substratu w produkcji biogazu koncentrują się głównie wokół liści zebranych na terenach miejskich i wiejskich. Możliwość wykorzystania świeżych lub opadłych liści pozyskanych z terenów leśnych lub sadów/plantacji[20][21] wzbudziła zainteresowanie naukowców w różnych krajach[22][23][24][25][26], ale nie została opisana w sposób zadowalający w Europie. Także badania nad wykorzystaniem biomasy zebranej na nieprzydatnych rolniczo terenach, takich jak zwałowiska odpadów są bardzo skromne.

Porównanie wybranych surowców stosowanych w produkcji biogazu pod względem produkcji metanu na ha uprawy[27][edytuj]

Roślina Kraj Plon biomasy

[w tonach suchej masy / ha]

Wydajność produkcji metanu

w m3 na ha

Łubin Finlandia 4-7 1300-2300
Rabarbar Finlandia 2-4 800-1700
Trawy Austria, wzgórza 4,2-6,4 1000-1200
Sorgo Finlandia 8,6 2500
Konopie-rzepik Finlandia 6,5 1200
Amarantus Finlandia 11,3 2700
Pokrzywy Finlandia 6-10 2200-3600
Konopie Finlandia 14 3066
Bobik Finlandia 10 3390
Słonecznik 2500-4600
Trawy 6-13 1200-3600
Mozga trzcinowata Finlandia 9-10 3800-4200
Tymotka łąkowa-koniczyna Finlandia 8-11 2900-4000
Trawy w dolinie Austria 2700-3500
Proso japońskie Finlandia 13,9 4300
Rdestowiec ostrokończysty Finlandia 14-27 2300-4300
Nawłoć późna Finlandia 22,7 4000
Słonecznik bulwiasty Finlandia 3100-5400
Sorgo 9,9-20,8 4500-5800
Kukurydza (ziarno) Finlandia 13-20 4000-9200
Kukurydza (ziarno) Finlandia 15 5600
Kukurydza (ziarno) Dania 11-18 3600-6500
Kukurydza (ziarno) Słowenia 24-29 6400-8900
Kukurydza (ziarno) Austria 20-30 8000-13000
Chaber łąkowy 15-23 2700-6100

Zastosowanie biogazu[edytuj]

Biogaz ma szerokie zastosowanie: wykorzystuje się go głównie w Indiach, Chinach, Szwajcarii, Francji, Niemczech i USA jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego, jako źródło energii do ogrzewania wody użytkowej, a po oczyszczeniu i sprężeniu jako paliwo do napędu silników (instalacje CNG).

Uszlachetnianie biogazu - biometan

Uszlachetnianie biogazu to jedna z alternatyw dla wykorzystania biogazu w układzie kogeneracyjnym. Wprowadzenie biometanu do sieci dystrybucyjnej gazu ziemnego rozwiązuje problem zagospodarowania ciepła/chłodu. Biogaz, w porównaniu z gazem ziemnym, ma niższą kaloryczność, nie posiada węglowodorów wyższych, zawiera dużą ilość CO2 oraz inne zanieczyszczenia. Właśnie dlatego wprowadzenie biogazu do sieci dystrybucyjnej wymaga jego uzdatnienia do tzw. biometanu.

Biogaz w Polsce[edytuj]

Do 2013 w Polsce planowano produkować 1 mld m3 biogazu m.in. do ogrzewania budynków. Według Ministerstwa Rolnictwa wprowadzenie tego planu poprawi bezpieczeństwo energetyczne oraz stan środowiska naturalnego[28].

Zobacz też[edytuj]

Przypisy

  1. Biogaz rolniczy - produkcja i wykorzystanie. (pdf) Mazowiecka Agencja Energetyczna sp. z.o.o. Warszawa. 12.2009, [dostęp 5.11.2016]
  2. NNFCC Renewable Fuels and Energy Factsheet: Anaerobic Digestion — NNFCC, www.nnfcc.co.uk [dostęp 2016-11-05].
  3. Biogas. Combined heat and power, „Clarke Energy” [dostęp 2016-11-05] (ang.).
  4. About biogas and biomethane, www.fortisbc.com [dostęp 2016-11-05].
  5. Biomethane fueled vehicles - the carbon neutral option, www.claverton-energy.com [dostęp 2016-11-05].
  6. JonathanJ. Reuvid JonathanJ., The Handbook of Personal Wealth Management: How to Ensure Maximum Investment Returns with Security, Kogan Page Publishers, 3 lipca 2012, ISBN 9780749464905 [dostęp 2016-11-05] (ang.).
  7. IEA BIOENERGY Task 37 – Energy from Biogas. Country Overview (Country Reports) (pdf) [dostęp 5.11.2016]
  8. Stephen R.S. R. Smith Stephen R.S. R., ChrisCh. Cheeseman ChrisCh., NickN. Blakey NickN., Waste Management and Minimization, EOLSS Publications, 17 września 2009, s. 196, ISBN 9781848261198 [dostęp 2016-11-05] (ang.).
  9. Dz. U. z 2005 r. Nr 261, poz. 2187
  10. Brian K.B. K. Richards Brian K.B. K., Frederick G.F. G. Herndon Frederick G.F. G., William J.W. J. Jewell William J.W. J., Robert J.R. J. Cummings Robert J.R. J., Thomas E.T. E. White Thomas E.T. E. i inni, In situ methane enrichment in methanogenic energy crop digesters, „Biomass and Bioenergy”, 4, 1994, s. 275–282, DOI10.1016/0961-9534(94)90067-1 [dostęp 2016-11-05].
  11. AnnaA. McElhatton AnnaA., Paulo José do AmaralP. J. A. Sobral Paulo José do AmaralP. J. A., Novel Technologies in Food Science: Their Impact on Products, Consumer Trends and the Environment, Springer Science & Business Media, 17 listopada 2011, s. 44, ISBN 9781441978806 [dostęp 2016-11-05] (ang.).
  12. Brian K.B. K. Richards Brian K.B. K., Frederick G.F. G. Herndon Frederick G.F. G., William J.W. J. Jewell William J.W. J., Robert J.R. J. Cummings Robert J.R. J., Thomas E.T. E. White Thomas E.T. E. i inni, In situ methane enrichment in methanogenic energy crop digesters, „Biomass and Bioenergy”, 4, 1994, s. 275–282, DOI10.1016/0961-9534(94)90067-1 [dostęp 2016-11-05].
  13. Brian K.B. K. Richards Brian K.B. K., Robert J.R. J. Cummings Robert J.R. J., Thomas E.T. E. White Thomas E.T. E., William J.W. J. Jewell William J.W. J. i inni, Methods for kinetic analysis of methane fermentation in high solids biomass digesters, „Biomass and Bioenergy”, 2, 1991, s. 65–73, DOI10.1016/0961-9534(91)90028-B [dostęp 2016-11-05].
  14. New Landfill Gas Treatment Technology Dramatically Lowers Energy Production Costs - Tyler's Biogas Digester News, „Tyler's Biogas Digester News” [dostęp 2016-11-05] (ang.).
  15. Basic information on biogas, 6 stycznia 2010 [dostęp 2016-11-05] [zarchiwizowane z adresu 2010-01-06].
  16. a b c d e f g h i j k l m Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR): Biogas Basisdaten Deutschland Stand: styczeń 2008.
  17. a b c d e f g h National Non-Food Crops Centre. "NNFCC Renewable Fuels and Energy Factsheet: Anaerobic Digestion", [dostęp 06.11.2016]
  18. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af Feedstocks. Anaerobic Digestion, www.biogas-info.co.uk [dostęp 2016-11-06].
  19. Dubrovskis, V., Latvia Univ. ofL. U. Agriculture Latvia Univ. ofL. U., Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. Energetics Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A., Kotelenecs, V., Latvia Univ. ofL. U. Agriculture Latvia Univ. ofL. U., Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. Energetics Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A., Zabarovskis, E., Latvia Univ. ofL. U. Agriculture Latvia Univ. ofL. U., Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. Energetics Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A., Celms, A., Latvia Univ. ofL. U. Agriculture Latvia Univ. ofL. U., Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. Energetics Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A., Plume, I., Latvia Univ. ofL. U. Agriculture Latvia Univ. ofL. U., Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. Energetics Jelgava (Latvia). Faculty of Engineering. Inst. of AgriculturalJ. (L. ). F. E. I. A. i inni, Biogas production potential from agricultural biomass and organic residues in Latvia, „AGRIS: International Information System for the Agricultural Science and Technology”, 2012 [dostęp 2016-11-06] (ang.).
  20. FrancoF. Cotana FrancoF., GianlucaG. Cavalaglio GianlucaG., AlessandroA. Petrozzi AlessandroA., ValentinaV. Coccia ValentinaV. i inni, Lignocellulosic Biomass Feeding in Biogas Pathway: State of the Art and Plant Layouts, „Energy Procedia”, 81, 69th Conference of the Italian Thermal Engineering Association, ATI 2014, 1 grudnia 2015, s. 1231–1237, DOI10.1016/j.egypro.2015.12.334 [dostęp 2016-11-06].
  21. A Complete Guide to Biogas, Bright Hub [dostęp 2016-11-06].
  22. S. D. RoyS. D. R. Chowdhury S. D. RoyS. D. R., S. K.S. K. Gupta S. K.S. K., S. K.S. K. Banerjee S. K.S. K., Evaluation of the Potentiality of Tree Leaves for Biogas Production, „Indian Forester”, 8, 1 sierpnia 1994, s. 720–728, ISSN 2321-094X [dostęp 2016-11-06].
  23. S.S. Arisutha S.S., P.P. Baredar P.P., D. M.D. M. Deshpande D. M.D. M., S.S. Suresh S.S. i inni, Evaluation of Methane from Sisal Leaf Residue and Palash Leaf Litter, „Journal of The Institution of Engineers (India): Series E”, 2, 30 listopada 2014, s. 105–110, DOI10.1007/s40034-014-0045-x, ISSN 2250-2483 [dostęp 2016-11-06] (ang.).
  24. Anaerobic Digestion of Gliricidia Leaves for Biogas and Organic Manure [dostęp 2016-11-06].
  25. JavedJ. Ali JavedJ., R.P.R. Singh R.P.R., VimalV. Durgapal VimalV., Biogas Production from Different Organic Biomass Materials by Anaerobic Batch Fermentation, „ResearchGate”, 1, 1 kwietnia 2016, DOI10.7726/ajbb.2016.1004 [dostęp 2016-11-06].
  26. Abhilash KumarA. K. Tripathi Abhilash KumarA. K., MamtaM. Kumari MamtaM., AshishA. Kumar AshishA., SudhirS. Kumar SudhirS. i inni, Generation of Biogas Using Pine Needles as Substrate in Domestic Biogas Plant, „International Journal of Renewable Energy Research (IJRER)”, 3, 16 września 2015, s. 716–721, ISSN 1309-0127 [dostęp 2016-11-06] (ang.).
  27. MariM. Seppälä MariM., AnttiA. Laine AnttiA., JukkaJ. Rintala JukkaJ., Screening of novel plants for biogas production in northern conditions, „Bioresource Technology”, 139, 1 lipca 2013, s. 355–362, DOI10.1016/j.biortech.2013.04.014 [dostęp 2016-11-06].
  28. Polska na biogazie stoi - Nasz Dziennik, „stary.naszdziennik.pl” [dostęp 2016-11-05].

Bibliografia[edytuj]

  • Powszechna encyklopedia PWN. Warszawa: PWN, 2010.
  • Witold M. Lewandowski: Proekologiczne odnawialne źródła energii. Warszawa: WNT, 2006, s. 350-372. ISBN 83-204-3112-3.

Linki zewnętrzne[edytuj]