Biogazul Sursa Regenerabila

Sprijinit de

Dezvoltarea unei piee durabile pentru biogaz n

Europa Central i de Est

Contract Nr. IEE/09/848 SI2.558364 | Durata proiectului 01/05/2010 31/10/2012

Biogazul, surs regenerabil de energie

Trinergi Grup, Romnia

1. Noiuni de baz despre biogaz 1.1. Stadiul actual n ceea ce privete biogazul

1.2. Tehnologia de obinere a biogazului

1.3. Tipuri de instalaii de biogaz

1.4. Energie din biogaz i cile sale de utilizare

2. Beneficiile biogazului

3. Politicile i potenialul de biogaz al UE

Cuprins


Stadiul actual n ceea ce privete biogazul Nu exist nicio baz legal pentru proiectele de biogaz, n particular. Legislaia a

fost emis pentru toate proiectele de construcii. Proiectele de energie trebuie s respecte toate cerinele generale pentru proiecte de construcii, dar, de asemenea, cele ale ageniei naionale de energie (Autoritatea Nationala de Reglementare n domeniul Energiei - ANRE). n acelai timp, nu exist legi speciale pentru biogaz, astfel, de exemplu, nu exist reguli pentru introducerea biogazului n reeaua naional de gaze naturale. Noua lege a energiei regenerabile nu influeneaz procedura de autorizare n mod direct, dar va ajuta la promovarea noilor instalaii de biogaz. O serie de legi sunt importante n procedura de autorizare, de certificare i de acordare de licene.

n ceea ce privete tehnologia, dei Romnia este printre rile care a avut n trecut preocupri serioase pentru obinerea biogazului, n prezent se prefer importul de tehnologie i echipamente, date fiind expertiza i rezultatele obinute de ctre ri n care aceast tehnologie este consolidat i dovedit viabil economic.

Noiuni de baz despre biogaz



Tehnologia de obinere a biogazului (1) Producerea biogazului prin AD (Digestie Anaerob) este utilizat pe scar larg

de ctre societatea modern, pentru tratamentul gunoiului de grajd i altor reziduuri. Scopul este de a produce energie regenerabil i de a mbunti calitile acestor materiale ca ngrminte. n rile cu producie agricol important, consolidarea legislaiei de mediu i a regulamentrilor cu privire la gunoiul de grajd i la reciclarea deeurilor vegetale au crescut interesul pentru AD, ca o soluie ieftin i prietenoas cu mediul. Cele mai recente evoluii n Europa, Statele Unite ale Americii i alte pri ale lumii au artat interesul n cretere n rndul agricultorilor pentru cultivarea de culturi energetice, utilizate ca materie prim pentru producerea de biogaz. AD reprezint astzi o tehnologie standard pentru stabilizarea nmolurilor de epurare primare i secundare, de tratare a deeurilor industriale organice din industriile de prelucrare a alimentelor i de produse fermentate, precum i pentru tratarea fraciunii organice a deeurilor municipale solide. O aplicaie special este recuperarea biogazului de la gropile de gunoi existente.


Tehnologia de obinere a biogazului (2)

Materia prim

Gunoiul de grajd i nmoluri animaliere

o coninutul natural de bacterii anaerobe;

o continut ridicat de apa (4-8% materie uscat n reziduuri), acionnd ca solvent pentru alte co-substraturi i asigurnd o amestecare adecvat a biomasei i fluiditate;

o preuri mici;

o accesibilitate ridicat, fiind colectate ca reziduuri de la crescatoriile de animale;

o AD a gunoiului de grajd i a nmolurilor mbuntiete valoarea lor ca ngrmnt (coninutul de nutrieni).




Materia prim

Nmolurile de epurare

Digestia nmolurilor de epurare asigur beneficii semnificative atunci cnd acestea sunt reciclate prin depozitarea pe teren. Procesul de digestie asigur igienizarea i reduce, de asemenea, potenialul miros al nmolului. De obicei ntre 30 i 70% din nmolurile de epurare sunt tratate prin AD, n funcie de legislaia i prioritile naionale. Energia generat alimenteaz staia de epurare a apelor uzate, iar la instalaiile mai mari rezult un exces de biogaz care poate fi exportat ca atare, sau ca energie. Tehnologia pentru digestia nmolurilor de epurare este bine stabilit.

Deeuri municipale solide (MSW)

Deeurile organice din gospodrii i de la autoritile municipale furnizeaz materie prim potenial. pentru digestia anaerob. Opiuni exist pentru tratarea separat a fraciunilor curate, att ca surs pentru reciclare, ct i pentru coninutul de energie i de materie organic. Alternativ, deeurile nesortate pot fi tratate pentru a obtine biogaz, precum i pentru a fi stabilizate pentru a preveni alte probleme la gropile de gunoi.




Materia prim

Deeurile agricole

Instalaiile agricole pentru tratarea deeurilor prin digestie sunt utilizate pe scar larg n ntreaga lume, n rile n curs de dezvoltare i cele dezvoltate din de punct de vedere tehnologic. n comunitile rurale sunt tipice unitile de dimensiuni mici, Nepal avnd n jur de 47000 asemenea digestoare iar China, 6 milioane digestoare mici. Aceste instalaii sunt utilizate n general pentru furnizarea de gaz pentru gtit i pentru iluminat, pentru o singur gospodrie. n rile mai dezvoltate, instalaiile AD agricole la scar de ferm, sunt n general mai mari, iar gazul este utilizat pentru a genera cldur i energie electric, pentru funcionarea instalaiilor agricole i pentru export. Aceste instalaii de digestie la nivel de ferm sunt simple, de tip tanc cu agitare, care utilizeaz timpi lungi de retenie ca s asigure tratamentul necesar. Evoluiile moderne ale digestiei deeurilor agricole au dezvoltat conceptul de digestie anaerob centralizat (CAD), caz n care, mai multe ferme coopereaz pentru a alimenta o singur instalaie de digestie mai mare. Deeurile furnizate de ctre acestea sunt n principal deeuri agricole i reziduuri de producie dar, n unele cazuri, sunt, de asemenea, tratate i mici cantiti de deeuri industriale i municipale. Exist beneficii semnificative de la folosirea acestor acorduri de cooperare, n ceea ce privete managementul nutrienilor i beneficii economice, dar acest lucru necesit depirea obstacolelor iminente i ncredere n controlul calitii i n igienizarea asigurate de proces.




Materia prim

Deeurile industriale

Deeurile organice solide de la industrie sunt din ce n ce mai mult luate n vizor de ctre legislaia de mediu. Tratamentul acestor deeuri prin AD asigur ctigarea unei valori suplimentare prin produsele furnizate i prin reducerea costurilor evacurii lor. n plus, tratamentul corespunztor al deeurilor poate fi fcut pentru a nbunti imaginea ecologic a industriei considerate.

AD a apelor uzate industriale tinde s devin o tehnologie standard. n timp AD este doar o etap iniial n tratamentul apei ca aceasta s ajung la calitate mare, se poate reduce semnificativ costul i dimensiunea staiei, comparativ cu tratamentul n ntregime de aerob.

Potenialul de a funciona la temperaturi de peste 50 C face ca procesul de AD s fie adecvat pentru igienizare. Digestoarele pot fi proiectate s funcioneze n ntregime la aceast temperatur, sau ca o etap post-tratament, la o temperatur mai joas. n plus fa de aciunea temperaturii, mediu chimic anaerob sporete efectul de igienizare.




Materia prim

Limitele AD

Ca i n cazul tuturor proceselor biotehnologice exist i cteva limite ale procesului de AD. Cea mai important limit este incapacitatea procesului de a degrada lignina, o component major din lemn. n ciuda acestei incapaciti, mai multe programe de cercetare au folosit cu succes plantele acvatice i marine, ierburi ca iarba Napier, i biomas lemnoas, ca materie prim pentru procesul AD.

Materiile prime care conin lignin, celuloz i hemiceluloz pot fi supuse AD, n co-digestie cu alte materii prime printre care i culturi energetice, ns dup un pre-tratament de delignificare, pentru a putea spori randamentul digestiei lor.

O alt limitare este reprezentat de contaminarea chimic i biologic a materiei prime, care poate afecta procesul de AD. Mai mult, controlul calitii tuturor tipurilor de materii prime este esenial pentru a asigura o reciclare n condiii de siguran a digestatului ca ngrmnt. Deeurile de origine animal necesit o atenie deosebit dac sunt utilizate ca substrat pentru AD. Regulamentul nr. 1774/2002 al Parlamentului European, prevede norme de

sntate n ceea ce privete manipularea i utilizarea subproduselor de origine animal care nu sunt destinate consumului uman.



Tipuri de instalaii de biogaz (1) Proiectarea si tehnologia pentru instalaiile de biogaz difer de la o ar la alta,

n funcie de condiiile climatice i de cadrele naionale (legislaia i politicile energetice), disponibilitatea i accesibilitatea energiei. n funcie de dimensiunea relativ a acestora, i de localizarea lor, instalaiile agricole AD pot fi clasificate astfel:

instalaiile de biogaz de nivel familial (la scar foarte mic);

instalaiile de biogaz la nivel de ferm (mici, mijlocii, sau la scar mare);

instalaii centralizate / unificate de co-digestie (medii, sau la scar mare).

Instalaii de biogaz agricol

Exist mai multe tipuri i conceptele pentru instalaiile de biogaz agricol din ntreaga lume. n Europa, ri precum Germania, Austria i Danemarca sunt printre pionierii produciei de biogaz agricol. Interesul agricultorilor europeni n aplicaiile AD este n cretere n zilele noastre, nu numai pentru c producia de biogaz agricol transform deeurile n produse valoroase i produce ngrmnt de nalt calitate, dar, de asemenea, deoarece creeaz noi oportuniti de afaceri pentru fermieri i le d un nou statut, ca furnizori de energie regenerabil.



Tipuri de instalaii de biogaz (2)

Instalaii de biogaz agricol Experiena din ultimii 20 de ani a demonstrat c cel mai bun mod de a realiza o instalaie de biogaz, ce

folosete gunoi ca substrat major, produse alimentare i suplimentar culturi energetice. Fiecare dintre aceste instalaii trebuie s fie compus din componente standard, calculate n conformitate cu activitatea fermei i montate individual. Pentru a reduce costurile, n medie cu pn la 30%, lucrrile pot fi efectuate de ctre proprietarul fermei nsui. Recent, s-a realizat o standardizare suplimentar per ferm, pentru instalaiile de biogaz, prin care agricultorii cu abiliti tehnice reduse pot produce, de asemenea, biogaz, n instalaii low cost la cheie.

Tipic, aceste instalaii au un principiu comun: gunoiul este colectat intr-un rezervor de pre-depozitare, n apropiere de digestor i pompat n digestor, care este un rezervor etan de gaz, din otel sau beton, izolat pentru a menine o temperatur de proces constant. Timpul mediu de retenie (HRT) este de obicei ntre 20 i 40 de zile, n funcie de tipul de substrat i de temperatura de digestie. Digestatul este utilizat ca ngrmnt pe exploataie, iar surplusul este vndut la fermele din zona din apropierea instalaiei. Biogazul produs este utilizat ntr-un motor cu gaz, pentru producerea de electricitate i cldur. 10 pn la 20% din cldura i energia electric produse este utilizat pentru funcionarea instalaiei de biogaz i pentru nevoile interne ale agricultorului, iar surplusul este vndut la companiile de electricitate i, respectiv, la consumatorii de cldur vecini.






a)

b)

c)

a) Instalaie de tip fermier standard

b) Schem a unei instalaii de biogaz fermier cu digestor

orizontal din oel

c) Schema unui digestor agricol

obinuit Contract Nr. IEE/09/848 SI2.558364 | Durata proiectului 01/05/2010 31/10/2012



Toate digestoarele standard europene sunt constituite dintr-un recipient de beton

deasupra solului, prevzut cu un capac de cauciuc. Fie au o membran cu o singur foaie din EPDM (cauciuc de clasa M, propilen-etilen-dienic), fie o membran dublu-strat. Membrana interioara flexibil, este cea care ine etan gazul, ca i capacul cu o singur foaie, iar membrana exterioara este pentru protecie mpotriva intemperiilor. Acesta din urm este n form de minge datorit unei insuflri de aer mentine o uoar suprapresiune. Dimensiunile standard sunt cuprinse ntre 500 i 1500 m3, cu o nlime tipic de 5 sau 6 m i diametre ntre 10 i 20m. Sistemele de amestecare sunt aceleai ca i pentru cele de tip ngropat.

Digestoarele de dimensiuni mari au de obicei dou sau chiar trei mixere atunci cnd sunt ncrcate cu co-substraturi solide. Dimensiunile acestora sunt ntre 800 i 3000m3. Unele dintre digestoare sunt construite din beton ns cele mai multe dintre ele sunt realizate din oel acoperit cu email sau sticl (cum sunt Harvestor, Permastor sau altele la fel). nlimea standard este de 10 - 15m i diametre ntre 10 i 18m, cu un raport diametru : nlime de 2:1 - 3:01. Toate aceste digestoare mari prezint un agitator central i eventual un agitator suplimentar pentru a preveni formarea de spum sau sedimente.




Instalaii centralizate (unificate) cu co-digestie

Co-digestia centralizat este un concept bazat pe fermentarea gunoiului de grajd i a reziduurilor, colectate de la mai multe ferme, ntr-o instalaie de biogaz central, n zona de colectare a gunoiului de grajd. Locaia central a instalaiei de biogaz are scopul de a reduce costurile, timpul i fora de munc pentru transportul de biomas la i de la instalaia de biogaz.

Instalaiile centralizate cu co-digestie (numite i instalaii unificate cu co-digestie) au fost dezvoltate i sunt n mare msur utilizate n Danemarca, dar i n alte regiuni ale lumii, cu crertere intensiv a animalelor. Suedia urmeaz, cel puin parial, exemplul danez. Datorit noilor tarife fixe (feed-in) pentru energia electric, cel mai mare numr de noi instalaii centralizate mari sunt construite n Germania i Austria.

Digestatul pompat din digestor, este transferat prin conducte la rezervoarele de stocare

temporar. n multe cazuri, aceste rezervoare sunt acoperite cu o membrana impermeabil pentru gaz, pentru colectarea producerii suplimentare de biogaz (pn la 15% din total), care are loc la temperaturi mai sczute.




Instalaii centralizate (unificate) cu co-digestie

nainte de a prsi instalaia de biogaz, digestatul este analizat i stabilit concentraia de nutrieni (DM materia uscat, VS substane volatile, N, P, K, i pH-ul). Furnizorii de gunoi de grajd pot lua napoi numai cantitatea de digestat, care li se permite prin lege

s fie mprtiat pe terenurile lor. Excesul este vndut ca ngrmnt agricultorilor pentru culturile din zone apropiate. n toate cazurile, digestatul este integrat n planul

de fertilizare a fermei, n locul ngrmintelor minerale, pentru nchiderea ciclului carbonului i reciclarea nutrienilor. Din ce n ce mai multe instalaii de biogaz sunt, de asemenea, echipate cu instalaii de separare a digestatului n fraciuni lichide i solide.


Conform legislaiei europene, trebuie s fie efectuat un proces controlat de

salubrizare a anumitor tipuri de substrat

de origine animal, nainte de introducerea n digestor, care prevede

reducerea efectiv a agenilor patogeni i a seminelor de buruieni i asigur reciclarea n condiii de siguran a digestatului.




Instalaii centralizate

(unificate) cu co-

digestie

Conceptul integrat al

unei instalaii de co-digestie centralizate



Staii pentru tratarea apelor uzate

Procesul AD este n mod frecvent utilizat pentru tratarea nmolului primar i secundar rezultat n urma tratamentului aerob al apelor reziduale oreneti. Sistemul este aplicat n multe ri dezvoltate, n combinaie cu sisteme avansate de tratare a apelor uzate. Procesul AD este folosit pentru stabilizarea i reducerea cantitii finale de nmol.

n mod obinuit, n rile europene, ntre 30-70% din cantitatea de nmoluri provenite din sistemul de canalizare este tratat cu ajutorul tehnologiei AD, n funcie de legislaie i de prioritile naionale. Sunt nc ri n care efluentul este deversat n gropile de gunoi. Aceast practic are consecine negative asupra mediului, din cauza infiltrrii nutrienilor n apele freatice i a emisiilor de GES n atmosfer, fiind interzis n cele mai multe ri europene.




Instalaii pentru tratarea deeurilor municipale solide (MSW)

n multe ri, deeurile solide oreneti sunt colectate, amestecate i incinerate n uzine energetice mari sau depozitate n rampe de gunoi. n realitate, aceast practic risipete energie i nutrieni, att timp ct fracia organic ar putea fi separat de restul deeurilor i folosit ca materie prim pentru procesul AD. Chiar i deeurile colectate n vrac pot fi ulterior procesate i utilizate pentru producerea de biogaz.

Cunoaterea originii deeurilor organice este important pentru determinarea celei mai potrivite metode de tratament. Deeurile menajere sunt, n general, prea umede i lipsite de structuri pretabile compostrii aerobe, ns reprezint o materie prim excelent pentru AD. Pe de alt parte, deeurile lemnoase conin proporii mari de substane lignocelulozice care, dac nu sunt pre-tratate, sunt mai potrivite pentru AD. Utilizarea fraciei organice separat la surs din deeuri menajere n scopul producerii biogazului prezint un potenial foarte ridicat. Scopul este acela al reducerii fluxului de deeuri organice ctre alte sisteme de tratare, cum ar fi rampele de gunoi sau facilitile de incinerare, i de a le redireciona ctre sistemele de reciclare a nutrienilor din sectorul agricol.




Instalaii de biogaz industrial

Procesele anaerobe sunt folosite pentru tratarea deeurilor industriale i a apelor reziduale de mai mult de un secol. Procesul AD aplicat deeurilor industriale i apelor reziduale reprezint astzi o tehnologie standard.

Procesul AD aplicat deeurilor industriale i apelor reziduale reprezint astzi o tehnologie standard pentru tratarea acestor tipuri de reziduuri, provenite dintr-o serie de industrii,

de la cea de procesare a alimentelor, agro-industrii, pn la industria farmaceutic.

De asemenea, aceast tehnologie poate fi utilizat i pentru pre-tratarea apelor reziduale industriale ncrcate cu substane organice, nainte de evacuarea final. Datorit mbuntirilor recente ale tehnologiilor de tratare, pot fi supuse digestiei anaerobe inclusiv apele industriale reziduale diluate.

Europa se afl pe o poziie de lider n lume n privina acestei aplicaii a AD. n ultimii ani, consideraiile energetice i preocuprile de mediu au crescut i mai mult interesul pentru tratamentul anaerob direct al deeurilor industriale organice, din ce n ce mai serios luate n considerare de ctre legislaia de mediu.




Instalaii de biogaz industrial

Industriile care utilizeaz procesul AD pentru tratarea apelor uzate aparin urmtoarelor categorii:

o Industriile de procesare a alimentelor: industria de conservare a legumelor, a fabricrii lactatelor i a brnzeturilor, abatoare, industria procesrii cartofilor etc.

o Industria buturilor: fabrici de bere, de buturi nealcoolice, distilerii, industria cafelei, industria sucurilor de fructe etc.

o Produse industriale: industria hrtiei i cartonului, a cauciucului, industria chimic, cea a fabricrii amidonului, industria farmaceutic etc.

Instalaiile de biogaz industrial ofer un numr de beneficii la nivelul societii, dar i al industriilor respective, astfel:

o Valoare adugat prin reciclarea nutrienilor i reducerea costurilor de eliminare a deeurilor.

o Biogazul este utilizat pentru generarea energiei de procesare.

o Tratamentul deeurilor mbuntete imaginea de mediu a industriilor respective.




Recuperarea gazului de la gropile de gunoi poate fi

optimizat printr-un management corespunztor al acestora, precum: tierea deeurilor, recircularea fraciei organice i tratarea gropii de gunoi ca pe un bioreactor. Un bioreactor - groap de gunoi este, n mod obinuit, mprit n mai multe celule i este prevzut cu un sistem de colectare a reziduurilor lichide de la baza acestora, colectate i pompate la suprafa, fiind apoi distribuite peste toate celulele componente ale bioreactorului. Acest lucru transform groapa de gunoi ntr-un digestor de dimensiuni foarte

mari pentru deeuri solide.


Instalaii pentru recuperarea gazului de la gropile de gunoi

Gropile de gunoi pot fi considerate nite instalaii anaerobe mari, cu diferena c procesul de descompunere este mai puin continuu i depinde de vrsta acestora. Recuperarea gazului de la gropile de gunoi este esenial pentru protecia mediului, n principal pentru c reduce emisiile de metan i alte gaze nocive n atmosfer. Gazul de la gropile de gunoi reprezint o surs de energie ieftin, cu o compoziie similar cu cea a biogazului produs n instalaiile de biogaz. Gazul de la gropile de gunoi poate conine i gaze toxice, rezultate prin descompunerea substanelor din

deeurile depozitate.


Energie din biogaz i cile sale de utilizare (1)

Componentele principale ale biogazului:

50 75 % metan (determin coninutul energetic!)

20 45 % CO2

Urme de alte gaze, hidrogen i vapori de ap

Coninutul de energie al biogazului:

1 m biogaz = 5,0 7,5 kWh = 1,5 3.0 kWhel

1 m biogaz este echivalent cu cca. 0,6 litri de combustibil greu

1 m biometan = 9 - 11 kWh

Instalaiile de co-generare (CHP) produc electricitate pn la 7 500 8 000 ore pe an




Energie din biogaz i cile sale de utilizare (2)

Cile de utilizare a biogazului

1) combustia direct pentru producerea de cldur;

2) generarea combinat de cldur i electricitate (CHP);

3) purificarea i injectarea n reeaua naional de gaze naturale i/sau utilizarea pentru: combustibil auto,

generarea de cldur i electricitate, generarea de

cldur.


Energie din biogaz i cile sale de utilizare (3) Combustia direct i utilizarea cldurii

Biogazul poate fi ars direct n boilere sau arztoare

Cale de utilizare foarte rspndit de la digestoare familiale, ex. in China

Biogazul nu necesit nicio mbuntire

Biogazul poate fi ars loco sau transportat prin conducte la consumatorul final

Generarea combinat de cldur i electricitate (CHP) Reprezint utilizarea standard a biogazului n multe ri (care au tarife feed-in)

Uscarea biogazului nainte de conversia CHP

Instalaiile energetice CHP bazate pe motoare pot avea o eficien de 90%

Motoarele sunt n mod obinuit motoare cu injecie de gaz: Otto-gaz, Diesel-gaz sau Pilot-gaz

Alternative: turbine Micro-gaz, motoare Stirling i pile de combustie

Utilizarea cldurii reziduale produse este important pentru eficiena energetic i economic!



Energie din biogaz i cile sale de utilizare (4) Generarea combinat de cldur i electricitate (CHP)


Electricitate

o Electricitatea produs poate fi utilizat ca energie de proces i comercializat la reeaua electric o 7-10 % din electricitatea produs este utilizat ca energie de proces

o Datorit unor tarife feed-in mari toat electricitatea produs este vndut, iar energia de process cumprat

Cldur o n mod obinuit, 1/3 din cldur este utilizat pentru nclzirea digestoarelor (cldur de proces) o 2/3 poate fi utilizat pentru necesiti externe

o Transportul cldurii prin sisteme centralizate de transport al cldurii o Alternativ: micro-reele de gaz, cu co-generare CHP la locul de utilizare a cldurii o Cuplarea electricitate-nclzire-rcire


Energie din biogaz i cile sale de utilizare (5) Biogazul mbuntit la biometan

Recuperarea energiei coninute n biogaz este n general minim atta timp ct cldura rezidual rezultat din producerea de electricitate nu este de obicei folosit. Asta nseamn ca pn la dou treimi din totalul de energie coninut de biogas se pierde. Altfel spus, generarea de electricitate din biogas este adesea, n termeni energetici, un

process foarte inefficient.

Pentru mbuntirea biogazului brut rezultat prin digestie anaerob sunt necesare 3 operaii principale:

o Desulfurarea

o Uscarea

o ndeprtarea CO2 ndeprtarea CO2 este principala sarcin pentru mbuntirea biogazului cu scopul de a

atinge indicele Wobbe cerut pentru gaz.

Biometanul poate fi injectat n reeaua de gaze naturale ca nlocuitor al gazului natural sau s fie direct comprimat i utilizat ca bio-comnustibil auto.





Proprietile biometanului

o Coninut de metan 80 99 %

o Coninut de energie 9 - 11 kWh/m




Producerea altor biocombustibili (lichizi) se bazeaz doar pe culturi, iar eficiena acestora raportat la suprafa este semnificativ mai mic dect n cazul biogazului (vezi figura). Eficiena terenului destinat producerii de bioetanol, ca o medie ntre culturi de cereale i trestie de zahr, ar fi de 2.400 litri equivalent petrol per hectar.

n aceleai condiii producia de biogaz atinge 4.500 litri equivalent petrol,

care este aproape dublu. Dac aplicm aceast eficien de 53% a terenului pentru bioetanol

comparativ cu cea pentru biogaz,

amndou obinute din culturi, potenialul total estimat pentru biogaz de 1.500 TWh

(5,4EJ=130Mtep), s-ar reduce la

circa 800 TWh (2,9EJ= 70Mtep) n

cazul etanolului.


Beneficiile biogazului

Surs regenerabil de energie n prezent, producerea la nivel global a energiei este n mare msur dependent de

sursele de energie fosil (petrol brut, lignit, antracit, gaze naturale). Aceste surse sunt rezultatul fosilizrii resturilor plantelor i animalelor moarte, care au fost expuse la presiune i temperatur n scoara terestr timp de sute de milioane de ani. Din aceast cauz, combustibilii fosili reprezint surse neregenerabile de combustibili, ale cror rezerve sunt consumate mult mai repede dect sunt formate cele noi.

Dup diferii cercettori, producia de vrf a petrolului a fost deja atins, sau urmeaz s fie atins n urmtoarea perioad. Fa de combustibilii fosili, biogazul rezultat prin AD este regenerabil n mod permanent, pe msur ce este produs din biomas, care nu reprezint altceva dect stocarea actual a energiei solare prin procesul de fotosintez. Biogazul produs prin procesul AD nu numai c va mbunti bilanul energetic al unei ri, ci va aduce i o contribuie important la conservarea resurselor naturale i la mbuntirea condiiilor de mediu.


Reduce dependena de importuri de combustibili fosili Combustibilii fosili reprezint resurse limitate, concentrate n puine zone geografice de pe

planeta noastr. Acest lucru creeaz, pentru rile situate n afara acestor areale, o stare permanent i nesigur de dependen de importul de resurse energetice. Cele mai multe ri europene sunt foarte puternic dependente de importurile de energie fosil din regiuni bogate n surse de combustibili fosili, precum Rusia i Orientul Mijlociu. Dezvoltarea i implementarea sistemelor de energie regenerabil, cum este biogazul de provenien AD, bazate pe resurse naionale i regionale, vor crete sustenabilitatea i sigurana rezervelor naionale de energie i vor reduce dependena de importul de energie.

Contribuie la intele UE pentru energie i mediu Lupta mpotriva nclzirii globale reprezint una dintre principalele prioriti ale politicilor

europene pentru energie i mediu. Directivele europene referitoare la producia de energie regenerabil, la reducerea emisiilor de GES i la managementul sustenabil al deeurilor se bazeaz pe angajamentul statelor membre de a implementa msuri potrivite n scopul ndeplinirii acestora. Producerea i utilizarea biogazului din AD are potenialul de a satisface toate cele trei directive, simultan.



Reducerea deeurilor Unul dintre principalele avantaje ale producerii biogazului este capacitatea de a transforma

deeurile n resurse valoroase, prin utilizarea acestora ca materii prime pentru procesul AD. Multe ri europene se confrunt cu probleme uriae, asociate unei supraproducii a deeurilor organice rezultate din industrie, agricultur, precum i din activitile casnice. Producerea biogazului reprezint o cale foarte bun de satisfacere a reglementrilor naionale i europene din ce n ce mai restrictive din acest domeniu i de utilizare a deeurilor organice pentru producerea de energie, urmat de reciclarea acestora ca ngrminte. Tehnologiile de producere a biogazului contribuie la reducerea volumului de deeuri, precum i a costurilor determinate de nlturarea acestora.

Crearea de locuri de munc Dezvoltarea unui sector naional n domeniul biogazului stimuleaz constituirea unor noi

ntreprinderi cu potenial economic semnificativ, care vor crete veniturile din zonele rurale i vor crea noi locuri de munc. Comparativ cu utilizarea combustibililor fosili importai, producerea de biogaz prin tehnologia AD necesit o for de munc mult mai numeroas pentru procesul de producie, pentru colectarea i transportul materiilor prime necesare, fabricarea echipamentului tehnic, execuia lucrrilor de construcii i exploatarea instalaiilor de biogaz.



Utilizare flexibil i eficient a biogazului Biogazul este o surs flexibil de energie, potrivit multor aplicaii. n rile dezvoltate, una

dintre cele mai simple aplicaii ale acestuia o reprezint gtitul i iluminatul. n multe dintre rile europene, biogazul este folosit pentru co-generarea energiei termice i electrice (CHP). De asemenea, biogazul este mbuntit i folosit pentru alimentarea reelei de gaze naturale, utilizat drept combustibil pentru autovehicule sau n tehnologiile pilelor electrice.

Inputuri mici de ap Prin comparaie cu ali biocombustibili, biogazul necesit cele mai sczute aporturi de ap

tehnologic. Acest lucru este important, din punct de vedere al eficienei energetice a biogazului, din cauza preconizatei crize a apei, prevzut n multe regiuni ale lumii.

Venituri adiionale pentru fermierii implicai Producerea materiilor prime, combinat cu activitatea instalaiilor de biogaz, fac

tehnologiile biogazului atractive din punct de vedere economic i contribuie la creterea veniturilor fermierilor. n plus fa de veniturile suplimentare, acetia obin noi i importante funcii sociale, precum cele de furnizori de energie i de operatori pentru tratarea deeurilor.



Digestatul este un ngrmnt excelent O instalaie de biogaz nu constituie numai un furnizor de energie. Biomasa animalier rezultat n urma

procesului AD, numit digestat, reprezint un ngrmnt valoros al solului, bogat n azot, fosfor, potasiu i micronutrieni, care poate fi aplicat pe teren cu echipamentele obinuite, folosite i n cazul gunoiului de grajd lichid. Comparativ cu gunoiul animal brut, digestatul prezint o eficien mbuntit ca fertilizator, datorit omogenitii sale ridicate i a disponibilitii mai mari a nutrienilor, un raport mai bun C/N i lipsa aproape total a mirosurilor neplcute.

Flexibilitate pentru utilizarea de diferite substraturi Pentru producerea biogazului pot fi folosite numeroase tipuri de materii prime. Biogazul poate fi, de

asemenea, colectat i direct de la rampele de gunoi. Unul dintre principalele avantaje ale producerii biogazului const n abilitatea de utilizare a aa-numitei biomase umede, drept materie prim. Exemple de biomas umed sunt: nmolurile de canalizare, nmolurile provenite din fermele pentru lactate i din cele de cretere a porcilor, nmolul de flotaie rezultat din procesarea alimentelor, toate caracterizate de un coninut de umiditate de mai mult de 60-70%. n ultimii ani, a fost utilizat i biomasa provenit dintr-o serie ntreag de plante energetice de cultur (cereale, porumb, semine de rapi etc.) drept materie prim pentru producerea biogazului, aa cum s-a ntmplat, de exemplu, n Austria. La acestea se mai adaug diverse reziduuri agricole, produse agricole vegetale depreciate, improprii pentru consum sau rezultate n urma condiiilor de cretere i climatice nefavorabile, care pot fi utilizate pentru producia de biogaz i de ngrminte. De asemenea, un numr de produse secundare animaliere, improprii consumului uman, pot fi

procesate n fabricile de biogaz.



Circuit nchis al nutrienilor Circuitul nutrienilor, prin procesul producerii biogazului de la producia de materii prime

la aplicarea digestatului ca ngrmnt este unul nchis. Compuii cu carbon (C) sunt redui, prin procesul de digestie anaerob, metanul (CH4) fiind folosit pentru producerea de energie, n timp ce dioxidul de carbon (CO2) este eliberat n atmosfer, de unde este preluat de ctre plante, n cursul fotosintezei.


Unii compui ai carbonului rmn n digestat, mbuntind coninutul n carbon al solurilor, atunci cnd digestatul este utilizat

ca ngrmnt. Producia de biogaz poate fi perfect integrat n activitatea fermelor convenionale sau a fermelor organice, unde digestatul nlocuiete ngrmintele anorganice obinuite, produse cu consumul unei mari cantiti de energie fosil.


Echilibrarea gazelor cu efect de ser (1) Utilizarea combustibililor fosili convertete carbonul stocat timp de milioane de ani n

scoara terestr i l elibereaz sub form de dioxid de carbon (CO2) n atmosfer. Creterea concentraiei CO2 atmosferic n prezent are drept consecin nclzirea global, deoarece dioxidul de carbon este un gaz cu efect de ser (GHG). Arderea biogazului, de asemenea, elibereaz CO2. Totui, principala diferen, prin comparaie cu combustibilii fosili, este aceea a originii carbonului din biogaz, care este recent

preluat din atmosfer, prin activitatea fotosintetic a plantelor actuale. Prin urmare, ciclul carbonului din biogaz este nchis ntr-o perioad foarte scurt de timp (ntre unul i civa ani).

Producia de biogaz prin procesul AD reduce, de asemenea, i emisiile de metan (CH4) i de oxid azotos (N2O), rezultate n urma depozitrii i utilizrii gunoiului animal ca ngrmnt. Potenialul efectului de ser al metanului este de 21 de ori mai mare, iar cel al oxidului azotos de 296 de ori mai ridicat, n comparaie cu acela al dioxidului de carbon. Prin urmare, utilizarea biogazului n locul combustibililor fosili pentru

producerea i transportul energiei reduce emisiile de CO2, CH4 i N2O, contribuind, n acest fel, la reducerea nclzirii globale.



Echilibrarea gazelor cu efect de ser (2) Cu toate acestea, impactul asupra mediului al producerii i utilizrii biogazului necesit o

analiz atent pentru a fi utilizate ntr-un mod durabil. De exemplu, dei, n general, utilizarea biogazului contribuie la un management al deeurilor mai durabil, n unele cazuri producia i folosirea materiei prime (de exemplu, producia de culturi energetice, extinderea monoculturilor) pot fi mai puin prietenoase cu mediul, cu excepia cazului n care sunt luate anumite msuri. Cu scopul de a promova beneficiile producerii biogazului la nivel local, naional, european, internaional, trebuie s fie luate n considerare legislaia de mediu i cea agricol: de exemplu, Directiva Habitate, Directiva privind psrile, Natura 2000, de eco-condiionalitate, Convenia internaional privind biodiversitatea biologic i Convenia cadru a Naiunilor Unite privind schimbrile climatice.

Din cele 30 milioane de tone de emisii de metan pe an la nivel mondial, generate de

diferite sisteme de management al deeurilor animale, cum ar fi stocarea materiilor solide, iazuri anaerobe pentru dejecii, depozite lichide / nmoluri, i direct la nivelul punilor, jumtate din emisii ar putea fi reduse prin AD controlat i producere de biogaz. Asia i Orientul ndeprtat emit 6.2 milioane de tone de metan pe an. n timp ce n Europa de Est emisiile sunt cauzate de sistemele management necorespunztor al deeurilor animale, n Extremul Orient acestea sunt cauzate de numrul mare de animale.



Echilibrarea gazelor cu efect de ser (3) Alte emisii n atmosfer, care sunt legate de producia de biogaz sunt:

o Hidrogenul sulfurat (H2S) este, probabil, substana din biogaz cu pericolul potenial cel mai mare. Mai multe metode pot fi utilizate cu scopul de a reduce H2S din biogaz (de

exemplu, aportul de aer sau purificarea biogazului);

o Azotul (N2) i oxigenul (O2) pot fi prezente n cantiti mici, dar aceste gaze nu sunt percepute ca pericol pentru mediu;

o Monoxidul de carbon (CO) poate fi de asemenea prezent n cantiti minime, dar emisiile de CO sunt produse numai atunci cnd tot carbonul coninut n deeuri nu este oxidat la dioxid de carbon;

o Amoniacul (NH3) poate fi de asemenea prezent n cantiti minime, dar cantitatea de amoniac este neglijabil n comparaie cu potenialul de reducere a azotului n mediul rezultat din utilizarea de ngrmnt bio mbuntit, comparativ cu namolurile netratate.

n termeni de mediu, echilibrul energetic al unei instalaii de biogaz este o reflectare a impactului asupra mediului. Cu ct este mai mic imputul de energie pentru producia de materie prim i pentru funcionarea instalaiei de biogaz, cu att este mai mic impactul asupra mediului. Dimpotriv, cu ct producia de energie este mai mare, cu att este mai bun protecia mediului ca urmare a nlocuirii combustibililor fosili i a polurii lor implicite.



Potenialul mondial al produciei de energie pe baz de biomas se estimeaz a fi la un nivel foarte ridicat. Evaluarea potenialului energetic al biomasei se bazeaz pe numeroase studii, scenarii i simulri, care demonstreaz faptul c numai o mic parte a acestuia este folosit n prezent. Potrivit acelorai cercetri, gradul de utilizare a biomasei ar putea fi crescut semnificativ n viitorul apropiat. Asociaia European pentru Biomas (AEBIOM) estimeaz c producia european de energie, avnd ca baz biomasa, poate fi crescut de la 72 Mtep n 2004 la 220 Mtep n 2020. Cel mai mare potenial de cretere corespunde biomasei de origine agricol. implicite.

n momentul de fa exist aproximativ 109 milioane de hectare teren arabil n Europa. Conform AEBIOM, n rile UE pot fi utilizate ntre 20 i 40 de milioane de hectare (Mha) de teren pentru producia agricol de energie, fr a fi afectat producia alimentar a Uniunii. Dac 5% din acest teren ar fi folosit pentru culturile energetice, o rpoducie de 15 tone de materie uscat solid pe hectar ar putea oferi 23,4 Mtep (272 TWh) de energie n cazul n care aceasta ar fi convertit n biogaz, de 3 ori mai mult dect producia actual de biogaz a UE. 166 Mtep (1930 TWh) este potenialul teoretic de producie de energie primar din biogaz n 2020, potrivit unui studiu german. Comparativ cu utilizarea actuala de 8,7 Mtep (101 TWh), aceasta este o cifr teoretic, care nu va fi atins n urmtoarele decenii.

Politicile i potenialul de biogaz al UE


Institutul German pentru Energie si Mediu afirm c potenialul de biogaz n Europa este suficient de mare pentru a putea nlocui consumul total de gaze naturale, prin injectarea

de biogaz mbuntit (biometan) n reeaua de gaze naturale existent. Estimarea potenialului de biogaz n Europa depinde de diveri factori i de ipotezele care sunt incluse n calcule, cum ar fi disponibilitatea de terenuri agricole care nu afecteaz producia de alimente, productivitatea culturilor energetice, randamentul n metanal diverselor substraturi i eficiena energetic a utilizrii finale a biogazului.



Potenialul realist de metan provenit din gunoi de grajd, culturi energetice i deeuri este n jurul valorii de 40 Mtep (465 TWh) n 2020, comparativ cu o producie de 8,7 Mtep (101 TWh) n 2010. Utilizarea de culturi secundare pentru producerea de biogaz nu a fost luat n considerare n calcul i ar putea oferi un potenial suplimentar. n 2020 biogazul ar putea oferi mai mult de o treime din producia de gaze naturale ale Europei sau n jurul valorii de 10% din consumul european de 433,7 Mtep (5035 TWh) din 2007.

Cele mai multe dintre rile Uniunii Europene au elaborat o foaie de parcurs pentru biogaz, ca parte din Planul lor Naional de Aciune privind Energia din surse Regenerabile (PNAER). Aceste planuri au fost elaborate n cadrul

Directivei privind Energia Regenerabil (2009/20/EC). ECN (Centrul de Cercetare a Energiei din Olanda) a compilat toate datele extrase din

documentele PNAER trimise la Comisia European, n numele unui studiu finanat de Agenia European de Mediu. Concluziile studiului arat c Uniunea European este pregtit pentru o cretere brusc a produciei de electricitate din biogaz, care ar trebui s fie de la 12,5 TWh n 2005 la 63,3 TWh.



n figura de mai jos este prezentat producia actual de electricitate din biogaz n 2010. Culoarea albastr reprezint producia, extras din PNAER a fiecrui stat membru. Culoare roie reprezint potenialul realist n 2020 extras din profilurile de ar IEE pentru 2009. Referitor la aceste profiluri de ar, putei vedea c toi membrii UE alturi de Germania i Marea Britanie au realizat o mic parte din potenialul lor privind producia de energie din biogaz.




Bazat pe atingerea intelor pentru biogaz din PNAESR, n 2020, vom avea aproape 5%, producie de electricitate i 5% de cldur produse n sectorul energiei regenerabile n Europa. Raportat la consumul final de energie n Europa, cotele ar putea reprezenta

1,8% n sectorul energiei electrice i aproape 1% n sectorul termic. Biogazul reflect o pondere mic n comparaie cu alte tehnologii regenerabile, dar totodat, aceast mic parte este o urgen pentru furnizarea de energie durabil. Fiecare tip de energie regenerabil prezint eligibilitatea sa, iar biogazul prezint o pondere crucial n acest lan de valori locale.

Msurile ce vor trebui s fie definite, care vor fi luate pentru a atinge intele UE:


Mulumesc pentru atenie!

Bazat pe D3.4. autori: Henning Hahn (IWES); Enrico Rose (EBA); cu contributia: Biljana Kulisic (EIHP), Dominik Rutz (WIP)


Biogazul Sursa Regenerabila

Documents

Transcript of Biogazul Sursa Regenerabila