BIOGAZULMetode de obtinere Instalatii Utilizare

AbstractPrezenta lucrare este dezvoltata pe principiul cresterii vizibilitatii tehnologiilor neconventionale de obtinere a energiei si implementarii unor noi tehnologii de obtinerea biogazului. In prima parte a lucrarii sunt expuse consideratiile tehnico-constructive privind realizarea unei instalatii de obtinerea biogazului punandu-se accentul pe modul in care se pot realiza instalatii de mici dimensiuni, eficiente d.p.d.v. economic. In cea a doua parte se au invedere aspectele teoretice ale biofermentatiei pricind procesul biologic al biofermentatiei anaerobe, relizarea condiitilor de mediu optime si operationale precum si eligibilitatea alegerii materialului supus procesului de fermentare. In cea de a treia parte s-a pus evidentiat constructia generatoarelor de biogaz in mediul rural si variantele acestora, avand in vedere ca acesta este si scopul acestei lucrari. S-a luat in discutie si necesitatea de a se construi astfel de generatoare du biogaz in madiul rural. In ultima parte s-au luat in discutie ultimile noutati in ceea ce priveste constructia instalatiilor de biogaz, noutati in acest sens find fermentatoarele dublu compartimentate si introducerea in fluxul tehnologic al depuratoarelor pentru biogaz. Lucrarea se incheie cu concluzii asupra materialului prezentat si bibliografie.

Economia Romaniei si energiaCerinte si rezolvari posibile

-Romania este in prezent dependenta de furnizarea energiei din import (petrol + gaze naturale) in proportie de 60% -Programul de Integrare a Romaniei stipuleaza ca pana in 2020, necesarul de energie obtinut din surse regenerabile (biomasa, energie solara, eoliana, geotermala) sa fie in proportie de 24% din energia totala produsa -La aceasta data contributia efectiva a surselor regenerabile la balanta energetica nationala este nesemnificativa (necuantificabila) -Reorientarea tehnologiilor de producere a energiei si punerea sub control a riscurilor pe care le prezinta -Conservarea si sporirea bazei de resurse, reducerea emisiei de monoxid de carbon, dezvoltarea surselor regenerabile de energie -Cea mai importanta sursa de energie regenerabila o constituie biomasa

Utilizare biomasa obtinere energie termica, energie electrica biohidrogen

Biomasa:Culturi anuale sau multianuale Reziduuri forestiere agricole, Agroindustriale; Deseuri de celuloza, hartie, textile; Reziduuri si deseuri Menajere; Fractiuni organo-biologice solide

Proces:Ardere/ pirogazeificare / Gazeificare __________

Produs:Energie termica Energie electrica Biohidrogen Gaz de sinteza

Eliminare: Emisii de gaze Si cenuse

Utilizarea biomasei obtinere biocarburanti, energie electrica, energie termica

Biomasa:Seminte plante oleaginoase; Extracte uleioase din fructe; Uleiuri ca produse secundare din prelucrari agroindustriale; Uleiuri alimentare degradate.

Proces:- Extractie; Ulei + Peleti

Produs:- Biodiesel -Energie termica;

-Fitrare-Degumare

- Ardere

-Energie electrica;-Produsi de sinteza; -Glicerina; -Slamuri

-Combustionare Transesterificare

Instalaia de biogaz - unele consideraii tehnice

O instalaie de biogaz este formata, in general, din urmatoarele componente: un digestor (sau rezervor defermentaie - fermentattor); un rezervor de gaz, separat sau incorporat primului; un sistem de incarcare cu material biofermentabil; o priza de gaz pentru evacuarea biogazului combustibil obtinut pri biofermantare un rezervor pentru evacuarea namolului epuizat; un sistem de agitatare a bomasei de fermentare; un sistem de reglare a admisiei de aer (anaerobioza); gura de vizitare pentru introducerea culturii bacteriene si a substantelor necesare reglarii pH-ului

Schema unui generator de biogaz

Considerente privind constructia instalatiilor de biogazPentru construcii instalaie de biogaz, criterii importante sunt: (a) cantitatea de gaze necesar pentru o anumit utilizare sau utilizare; (b) cantitatea de material deeuri disponibile pentru prelucrare; (c) tipul de reactor care urmeaza a fi realizat trebuie care depinde de: - de tipul de alimentare: cu alimentare periodica; alimentare continu (alimentare de zi cu zi); - de tipul constructiei: compartimentat sa non-compartimentat; vertical sau orizontal; peste nivelul solului; la nivelul solului; sub nivelul solului.

Consideratii de mediu si operationalePentru a putea pune in opera un generator de biogaz este necesar sa luam in considerare urmatorii parametrii de mediu si operationali

alegerea materiilor prime; incrcarea; inseminarea; temperatura; nutrieni; materiale toxice; agitare; timpul de retenie evoluii i procese pentru zonele rurale si industrial agricole; analize cost-beneficiu

Schema fluxului tehnologic intr-o instalatie de bogaz

PROCESUL BIOLOGIC DE DIGESTIE ANAEROBICADigestia anaeroba este un proces biologic complex, prin intermediul caruia, in absenta oxigenului, substanta organica este transformata in biogaz (sau gaz biologic), constituit in principal din metan si anhidrida carbonica La proces participa urmatoarele grupuri de bacterii: bacterii hidrolitice, care descompun macromoleculele biodegradabile in substante mai simple; bacterii acidogene, care utilizeaza ca substrat compusii organici simpli eliberati de bacteriile hidrolitice si produc acizi organici cu lant scurt, care la randul lor reprezinta substratul pentru grupurile urmatoare de bacterii; bacterii acetogene, producatoare obligate de hidrogen (OPHA: ObbligateHydrogen Producing Acetogens), care utilizeaza ca substrat produsele din bacterii acidogene dand nastere la acetat, hidrogen si anhidride carbonice; bacterii omoacetogene care sintetizeaza acetat plecand de la anhidride carbonice si hidrogen; bacterii metanigene, diferentiate in doua grupe: a) cele care produc metan si anhidride carbonice din acid acetic, numite acetoclastici; b) cele In timp ce metanul este eliberat aproape complet in faza de gaz vazuta fiind scazuta sa solubilitate in apa, anhidrida carbonica participa la echilibrul carbonatilor prezente in biomasa in reactie. Reactia chimica este umatoarea: C6 H12O6 + n(H2O) 3 CH4 + 3 CO2 + m (H2O)

Fazele procesului biofermentatie si caracteristici ale bacteriilor metanogeneFaza I : prefermentatia obtinerea masei biologice necesare intretinerii procesului de fermentatie (are loc, de regula, in prefermentator) ; Faza II: hidroliza bacteriile hidrolitice transforma substraturile, cu ajutorul enzimelor, in substante cu greutati moleculare maui simple; Faza III: hidroliza carboxi-amoniacala bacteriile acidogene descompun combinatiile usor hidrolizabile in acizi organici, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat si amoniac; Faza IV: acetoogena bactariile acetogene produc acetati, dioxid de carbon si hidrogen; Faza V: metanogena: bacteriile metanogene transforma substantele din fazele anterioare in metan, dioxid de carbon si apa dupa reactia: 2C(org) + 4H2O CH4 + CO2 + Q + (vapori de apa, amoniac, etc.) Fazele II, III, IV si V, in cazul incarcarii continue a bioreactorului, au loc simultan in acelas bazin al biofermentatorului, bacteriile neinfluentandu-se reciproc. Dupa temperatura la care activeaza aceste bacterii acestea se impart in urmatoarele grupe: - bacterii omofile; temperatura optima (a mediului) = 20oC - bacterii mezofile; temperatura optima = 35oC - bacterii termofile; temperatura optima = 55oC Eicienta maxima a amestecului de fermentatie (biomasa + apa) se pastreaza mentinanduse pH-ul intre limitele 7 7,5

Eligibilitatea materiei prime pentru digestieMateria prima (deseurile si dejectiile) se alec in functie de productia de biogaz pe unitatea de greutate. Mai jos avem untabel comparativ in acest sens. Se pot utiliza amestecuri de astfel de deseuri.

TIPOLOGIA STATIILOR DE BIOGAZ UTILIZABILE IN MEDIUL RURAL

-

Model 1: Fermentator + Depozit de namol;

-

Model 2: Prefermentator + Fermentator + Depozit de namol;

-

Model 3: Fermentator + Postfermentator + Depozit de namol;

-

Model 4: Prefermentator + Fermentator + Postfermentator + Depozit de namol In slide-ul urmator este prezentat tipul de fermentator cel mai des utlizat in mediul rural si anume modelul 2

Schema unui fermentator utilizat in mediul rural

Necesitatea implementarii instalaiilor de biogaz in mediul ruralIntr-un context de extrema si continua necesitate energetica si de un crescut risc ambiental implementare instalatiilor de biogaz are, pe langa recuperarea biogazului produs este in masura sa ofere multiple avantaje:

1) Productie de energie: tratamentul anaerob in conditii controlate duce la degradarea substantei organice si la producerea de biogaz. Cogenerarea de energie electrica si caldura prin ardere de biogaz se dovedeste a fi economic avantajoasa fie pentru autoconsumul firmei, fie pentru o cesiune a tertilor, marita de recentele normative asupra productiei de energie din surse alternative. 2) Eliminarea mirosurilor si emiterilor contaminate (NH3 si CH4): substantele rau mirositoare care eventual se formeaza in timpul procesului (acid sulfhidric, mercaptani, amoniac) sunt puse in miscare cu biogazul la ardere. 3) Stabilizarea dejectiilor: eliminarea incarcaturii organice care contine carbon obtinut din digestia anaeroba confera dejectiilor o stabilitate suficienta chiar si in perioadele ulterioare de stocaj; exista o incetinire a proceselor degradante si fermentative cu consecinte de diminuire in productia de compusi urat mirositori. 4). Reducerea incarcaturii patogene: digestia anaeroba in mezofilie poate reduce partial eventuala incarcatura patogena prezenta in dejectiile lichide. Operand in termofilie este posibil,in schimb, sa se obtina completa igienizare a dejectiilor cu completa distrugere de patogeni.

Cele mai moderne si mai des utilizate instalatii de biogazCele mai frecvente instalatii de biogaz sunt asimilabile in 3 tipologii distincte, avand fiecare trasatura caracteristica speciala si de aceea fiecare este adaptata la specifice si diferite realitati ale utilizatorului: Instalatia cu canal tip plug-flow sau flux cu piston. Aest proces de digestie anaeroba poate fi utilizat fie in tratamentul dejectiilor zootehnice, fie in stabilizarea namolurilor obtinute din flotatia dejectiilor agrozootehnice. Instalatie cilindrica tip up-flow amestecat. Acest proces de digestie anaeroba utilizeaza dejectiile asa cum sunt (parte lichida + parte solida), asadar digestorul, care in aceasta tipologie de instalatie este de forma cilindrica, va fi dotat cu o instalatie de amestecare cu elice, cu pompa de recirculare externa temporizata si sistem cu deschizaturi de fund pentru a obtine miscarea dejectiei si efectul up-flow si rupere de crusta. Instalatie tip super flow pentru biomasa superdensa. Acest tip de proces de digestie anaeroba utilizeaza dejectiile asa cum sunt (parte lichida + parte solida), cu introducere de biomasa chiar si in cantitati mari, peste limita de pompare. De regula instalatia prevede doi digestori, unul primar si unul secundar. Digestorul primar, de tip cilindric, este dotat cu un amestecator special, cu axe orizontale, care garanteaza amestecarea completa a dejectiilor si a biomasei. Digestorul primar este alimentat constant cu dejectie proaspata si biomasa , dupa un plan de incarcatura prestabilit in functie de compozitiile si caracteristicile diferitelor completari de adaos, in timp ce dejectia digerata va iesi dupa un timp mediu de sedere in bazin, de aproximativ 20-30 de zile pentru a fi transferat in digestorul secundar, amestecat la randul sau si in masura sa recupereze cantitatea reziduala de biogaz.

1) 2)

3)

Schema generatorui Instalatie plug-flow cu piston

Schema generatorului Instalatie cilindrice de tip up-flow amestecat

Generator Instalatie super flow pentru biomasa superdensa

Depurarea biogazului Aceasta consta in: filtrare, deumidificarea si desulfurarea

Utilizarea biogazuluiDupa ce a suportat tratamentele necesare, biogazul poate fi utilizat in doua modalitati: a) doar pentru productia de caldura; b) pentru cogenerarea de energie electrica si caldura. Arderea pentru simpla producere de caldura: Se utilizeaza instalatii cu tehnologii simple; Biogazul este tratat ca si gazul metan Cogenerarea pentru producerea simultana de energie electrica si caldura: Este producerea simultana de caldura si energie mecanica imediat transformata in energie electrica Se utilizeaza doua tipologii diferite de masini: motoare endotermice alternative microturbine Cogeneratoarele pot functiona in functie de urmatoarele modalitati: - In paralel cu reteaua publica; - In insula independenta de linia electrica; - In stand-by.

Ce sunt si cum functioneaza certificatele verziCertificatele verzi sunt adevarate titluri negociabile pe piata electrica, emise si controlate de administratorul retelei de transformare nationala (ARNE) din romania, avand scopul de a stimula productia de energie electrica din energii alternative si atestand provenienta acestei energii din instalatii alimentate din energii alternative ca: soarele, vantul, resursele hidrice, resuresele geotermice, si transformarea in energie electrica a produselor vegetale sau a rezidurilor organice si anorganice. Pentru a avea drept la certificare, instalatile trebuie sa fie calificate de ca instalatii alimentate din energii alternative ( IAFR), deci instalatile de biogaz care folosesc deseuri organice si/ sau produse vegetale cu scopul de a produce energia electrica au drept la calificarea IAFR si la eliberarea certificatelor verzi care se obtin dupa urmatoarea procedura: solicitare la (ARNE) recunoasterea IAFR avand recunoasterea se poate solicita la GRTN emiterea certificatelor verzi pentru anul in curs impreuna cu cererea pentru anii ulteriori intrarii in productie, trebuie sa fie prezentata declaratia facuta la UTF care va demonstreaza productia efectiva. Pentru a obtine un certificat verde este nevoie sa se produca anual cel putin 50.000 kwh de energie electrica, dar pentru instalatiile mici este suficient o productie de energie peste 25.000 kwh anual pentru a avea drept la un certificat verde.

Concluzii asupra materialelor prezentate Indiferent de destinatia, marimea si scopul unei instalatii de biogaz, aceasta trebuie sa fie conceputa in asa fel incat sa fie eficienta; Eficienta unei instalatii de biogaz depinde de: - Calitatea materialul biologic utilizat si modul in care acesta este gestionat; - Materia prima fermantabila si modul de pregatire al acesteia; - Eficienta controlului si guvernarii instalatiei de biogaz; - Calibrarea corecta a gabaritului unei instalatii de biogaz in fuctie de destinatie; Functionarea eficienta a unei instalatii de biogaz nu depinde de marimea ei sau de sursa de masa fermentabila ea depinde, in principal, de: - existenta unui prefermentator pentru pregatirea si pastrarea materialului biologic; - realizarea unui flux tehnologic corect al masei fermentabile, de la intrarea in instalatia de fermentare pana le evacuarea ei dupa epuizare; - mentinerea parametrilor de functionare (temperatura, agitare, pompare, etc.) in limitele prevazute procesul tehnologic adoptat. - utilizarea eficienta a materilului fermentabil epuizat, in asa fel incat sa nu devina un factor poluant.

Bibliografie1. Power point INMA: Cercetari si rezultate privind producerea si valorificarea biomasei. Buletin ANLAGEN- UND APPARATEBAU Lthe GmbH Biogasanlagen Friedrich-Elvers-Str. 3f 25746 Heidelberg www.Luethe-Heide.de E-Mail: luethegmbh@luethe-heide.de Conditioning: RecentProgress With Larger-Scale Biomass Gasification Systems. Stevens, Don J., Pacific Northwest National Laboratory. 2001. Hot Gas National Renewable Energy Laboratory. Publication NREL/SR-51029952. Biomass gasification, K. Rajvanshi A.K. - Published as a Chapter (No. 4) in book Alternative Energy in Agriculture, Vol. II, Ed. D. Yogi Goswami, Calitatea sistemelor de producere a biogazului, Ph. Dr. Ing. D. Mnerie, Ph. Dr.Slavici T., Ing. Carcalian F.,Ph. Dr.Tucu D. Buletinul AGIR nr. 2-3/2009 . aprilie-septembrie, p. 76 82 Osursa regenerabila de energie Biogazul din deseuri organice, Ph. Dr. Bejan M., Ph. Dr. Rusu T. Bogazul Ghid practic, Al Seadi T., Rutz D., Prasl H., Kotner M., Finsterwalder T., Volk S., Janssen R., Ofiteru A., Adamescu M., Bodescu F., Ionescu D., Ed. BIG>EAST Biogaz for Eastern Europe,

2.

3.

4. 5.

6. 7.