CUPRINS

I. Definiţia biogazului

II. Scurt istoric

III. Producerea biogazului în România

IV. Principiile obţinerii biogazului prin fermentare anaerobă a deşeurilor

organice

a. Faza acidogenă (lichefierea)

b. Faza metanogenă (gazeificarea)

V.

Instalaţii de biogaz de capacitate mare

I. Definiţia Biogazului

Biogazul este amestecul de gaze

obţinut prin fermentarea anaerobă a

materiilor organice. Materiale cum sunt:

bălegarul, deşeurile biodegradabile sau

hrana furajeră sunt transformate în metan

şi dioxid de carbon.

Compoziţia tipica de biogaz

50-75 % Metan, CH 4

25-50 % Dioxid de carbon, CO2

0-10* % Nitrogen, N2

% Hidrogen, H2

% Hidrogen sulfurat, H 2S

0-2* % Oxigen, O2

II. Scurt istoric

Obţinerea biogazului prin

metanizarea dejecţiilor în fermele

suinicole

Primele explicaţii ştiinţifice referitoare la gazele combustibile apar spre sfârşitul secolului al

XVII-lea, perioadă în care se naşte chimia modernă şi una din ramurile ei, chimia gazelor.

Descoperirea legăturii cauzale dintre prezenţa resturilor vegetale înglobate în mâlul apelor

stătătoare şi formarea de aer combustibil este atribuită de diverse surse englezilor Boyle şi

Shirley în 1669 şi italianului Volta în 1776. Volta este cel care a extras pentru prima dată

metanul din gazele colectate din mlaştini. Humphery Davy a realizat experimental eliberarea de

gaze combustibile din gunoi de animale.

În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, în condiţiile dezvoltării microbiologiei ca

ştiinţă se defineşte natura microbiologică a procesului prin care se formează gaze combustibile în

cursul fermentării anaerobe a substanţelor organice. Ea a fost evidenţiată prin cercetări efectuate

în Rusia de Popov în 1873 asupra nămolurilor de canal şi în Franţa de colaboratorii lui Pasteur

(Reiset în 1886, Deherain în 1884 şi Schloessing în 1892). În 1888, Gazon a constatat că

responsabile pentru producerea metanului din gunoi de animale sunt microorganisme capabile să

se dezvolte în condiţii de anaerobioză (lipsă de oxigen molecular) pe medii bogate în carbon,

îndeosebi celuloza.

Agenţii fermentării anaerobe a celulozei la temperaturi mezofile (200 ¸ 450℃) sunt două

specii de bacterii:

bacillus cellulosae methanicus, care formează cantităţi importante de metan

bacillus cellulosae hydrogenicus care formează hidrogen, specii care au fost reunite

ulterior sub denumirea comună de methanobacterium amelianokii după numele unuia

dintre cercetătorii fermentării anaerobe.

Studii efectuate mai târziu au condus la identificarea şi izolarea unor bacterii care

descompun celuloza la temperaturi ridicate (termofile) de până la 600 ÷ 650℃.

Cercetări efectuate în prima jumătate a secolului XX (Barker, Buswell, Hatfield) au adus

lămuriri esenţiale privind biochimia producerii metanului prin fermentarea anaerobă şi au pus

bazele producerii la nivel uzinal a gazelor combustibile prin acest procedeu aplicat reziduurilor

vegetale şi animale din agricultură.

Odată cu dezvoltarea biologiei moleculare din ultimele decenii se adâncesc cunoştinţele

privind bacteriile metanogene. Cercetări fundamentale efectuate în Franţa, Japonia, Germania,

S.U.A. au condus la orientări noi cu privire la taxonomia bacteriilor metanogene şi la

particularităţile lor structurale, biochimice şi fiziologice.

Aceste cercetări privind comportamentul specific bacteriilor metanogene şi mecanismele

de bază în formarea gazelor combustibile, folosesc în prezent la perfecţionarea biotehnologiilor

de obţinere a acestora la scară industrială, în vederea creşterii randamentelor şi a reducerii

preţului de cost.

Ca recunoaştere a rolului pe care-l au vieţuitoarele microscopice în formarea gazelor

combustibile prin fermentarea anaerobă a materiei organice în curs de descompunere, s-a adoptat

termenul generic de BIOGAZ pentru desemnarea lor, indiferent de sursa din care provin.

III. Producerea biogazului în România

În România, interesul pentru producerea biogazului a urmat un curs ascendent în a doua

jumătate a secolului XX.

Începând cu 1958 la Centrul Experimental de Îngrăşăminte Bacteriene (C.E.I.B.) de la

Băneasa, s-au iniţiat cercetări de laborator pentru izolarea unor surse active de bacterii

metanogene şi obţinerea de gaze combustibile pe cale biologică, din diferite substraturi organice

(dejecţii de animale şi gunoaie menajere). Din 1964, Tudor Ionescu a efectuat cercetări şi pentru

producerea biogazului din nămoluri organice, prima lor materializare fiind instalaţia pilot de

valorificare integrală a apelor uzate de la abatorul Bucureşti. Problematica de cercetare şi

dezvoltare tehnologică circumscrisă la producerea şi folosirea biogazului din dejecţii de animale,

în special de taurine şi porcine, s-a concentrat în câteva direcţii principale. Cercetările

fundamentale s-au referit la aprofundarea microbiologiei procesului de metanizare şi la selecţia

de surse de bacterii metanofore cu activitate maximă în vederea optimizării bioconversiei

energetice.

Sub aspect tehnologic, cercetările au urmărit perfecţionarea tehnologiilor existente, care

folosesc ca materie primă dejecţiile evacuate hidraulic din complexele de creştere industrială a

animalelor sau dejecţiile solide din sistemul de exploatare de tip gospodăresc. O altă direcţie a

constat în elaborarea de tehnologii pentru sistemele în care dejecţiile sunt evacuate prin raclare,

fără consum de apă tehnologică.

IV. Principiile obţinerii biogazului prin fermentare anaerobă a

deşeurilor organice

Fermentarea anaerobă folosită pentru producerea şi captarea biogazului este un proces

dirijat de descompunere a materiei organice umede, care se desfăşoară în incinte închise, în

condiţii controlate de mediu, în absenţa oxigenului molecular şi a luminii.

Prin fermentare anaerobă, microorganismele descompun materia organică, eliberând o

serie de metaboliţi dintre care metanul şi dioxidul de carbon.

Amestecul gazos format din metan (maximum 80%) şi dioxid de carbon (minimum

20%), alături de care se întâlnesc cantităţi mici de hidrogen (H 2), hidrogen sulfurat (H 2S),

mercaptani, vapori de apă, precum şi urme de amoniac (NH 3), azot (N2), indol şi scatol

constituie BIOGAZUL.

Spre deosebire de alte procese microbiologice dirijate de către om, fermentarea anaerobă

pentru obţinerea biogazului nu foloseşte culturi pure sau sterile. În sistemele naturale în care se

găseşte, materia organică descompozabilă este purtătoarea unei microflore foarte variate şi

active. Această microfloră mixtă asigură anaerobioza şi compuşii metabolici specifici dezvoltării

metanobacteriilor. Materiile organice în curs de descompunere, folosite pentru alimentarea

fermentatoarelor anaerobe, furnizează permanent o microfloră activă în procesul de

metanogeneză şi reprezintă principalele surse pentru obţinerea inoculului de metanobacterii. De

aceea, principalul obiectiv urmărit în procesul de metanogeneză dirijată îl constituie optimizarea

factorilor de mediu şi tehnologici implicaţi în activitatea comunităţii de microorganisme

responsabile de transformările materiei organice, cu accent deosebit asupra metanobacteriilor.

Cercetările microbiologice şi biochimice au relevat că transformarea materiei organice în

metan se face în mai multe faze, două după unii autori, trei după alţii.

a. Faza acidogenă (lichefierea)

În această fază acţionează microorganisme fermentative nespecializate, cu capacitate de

hidroliză a materiei organice şi producere de acizi organici. Lichefierea reziduurilor organice se

produce prin hidroliza enzimatică a substanţelor macromoleculare, care trec în substanţe cu masă

moleculară mică.

În partea finală a fazei de acidogeneză, mono şi dizaharidele sunt fermentate cu

producere de acid acetic, hidrogen şi dioxid de carbon, iar acizii cu catena lungă şi acizii graşi

volatili cu mai mult carbon decât acidul acetic sunt degradaţi până la acid acetic şi gaze.

La încheierea acestei faze predomină printre acizii organici volatili acidul acetic alături

de care se mai află substanţe organice şi gaze, precum şi vitamine şi enzime, care vor fi folosite

de microorganismele metanogene în procesele lor metabolice.

b. Faza metanogenă (gazeificarea)

În această fază acţionează bacteriile metanogene, obligat anaerobe, care sunt specializate

în producere de metan.

Hidrogenul şi dioxidul de carbon reprezintă un substrat caracteristic pentru

metanogeneză. Majoritatea metanobacteriilor, caracterizate până în prezent, folosesc ca substrat

numai hidrogenul şi dioxidul de carbon.

Faza de metanogeneză se încheie prin obţinerea biogazului.

Începutul a fost făcut la Staţia de epurare a apelor uzate a municipiului Iaşi de la Dancu, care a

fost înzestrată cu o instalaţie de tip industrial pentru producerea biogazului. Cu o producţie

iniţială de 2000m3biogaz / zi, staţia şi-a asigurat în general necesarul de energie tehnologică din

producţia proprie de biogaz, realizând ulterior şi cantităţi excedentare, în special în perioadele

calde.

În anii ‘80 funcţionau în condiţii normale de producere - captare a biogazului instalaţiile

din cadrul staţiilor de epurare ale apelor reziduale de la Bacău, Iaşi, Timişoara, Oradea, Suceava,

Hunedoara, Roman, Piteşti,

Sibiu, Cluj ş.a. producându-se pe această cale în jur de 85 000 m3 biogaz / zi şi respectiv 30

milioane m3/an.

Pe principii similare s-au executat staţii de biogaz produs din deşeuri şi nămoluri

organice pe platforma industriei alimentare din Vaslui, la abatoarele judeţene Ialomiţa şi Timiş,

la distileria de tescovină Tohani. Prima încercare, în condiţii de staţie pilot, de valorificare a

dejecţiilor de animale pentru obţinerea de biogaz s-a realizat în 1975 la complexul de cercetare a

porcinelor de la Tomeşti - Iaşi. Experimentul a fost realizat în colaborare cu Institutul de

Cercetări pentru Nutriţia Animalelor de la Baloteşti, într-un fermentator cu capacitatea de 30 m3.

În 1979 a intrat în funcţiune, la S.C.C.C.P. Periş, prima staţie pilot de tip semi-industrial

de producere a biogazului din dejecţii de porc, cu o capacitate de 580 m3/zi biogaz. După 1982

au intrat în execuţie şi în funcţiune alte staţii de capacităţi similare sau mai mari, care folosesc tot

dejecţii de porc pentru fermentarea anaerobă. Se menţionează cele de la fosta Întreprindere de

Stat 30 Decembrie - Giurgiu, I.S.C.I.P. Caracal (Olt), Codlea (Braşov), Roman (Bacău),

Asociaţia Economică Industrială Pecineaga (Constanţa). Spre exemplu, staţia de biogaz de la

I.S.C.I.P. Caracal furniza o producţie globală de 7 000 - 8 000 m3 biogaz/zi.

În aceiaşi perioadă s-au răspândit instalaţiile de capacitate mică care produc biogaz

pentru colectivităţi mici sau pentru gospodăriile populaţiei. Ele au apărut ca rezultat atât al unor

acţiuni centrale cât şi al iniţiativelor unor gospodari întreprinzători. Astfel, în 1979 s-a acţionat

pentru realizarea unor instalaţii prototip de capacitate mică (5 ÷ 10m3), ulterior făcându-se şi

instalaţii având fermentatoare de capacităţi de 20, 30, 40 şi 50m3. Progrese notabile în realizarea

de instalaţii de biogaz de capacitate mică s-au obţinut în judeţele Iaşi, Argeş, Olt, Constanţa,

Brăila, Timiş.

Din păcate, începând cu 1990, în unele cazuri în mod total nejustificat, interesul pentru

producerea biogazului prin reciclarea materiilor organice din zootehnie şi industria alimentară

prin fermentarea anaerobică a scăzut drastic, în condiţiile în care în majoritatea ţărilor acest

interes este de actualitate.

Materialele introduse într-o centrală de biogaz

În centralele de producere a biogazului, acesta poate fi produs folosind numeroase şi

diferite tipuri de surse. Materialul organic este esenţial ca tip de sursă de generare a biogazului şi

ca punct de plecare in procesul de producere. Materialul organic ar trebui să nu conţină lemn

(lignină) pentru că bacteriile din instalaţie nu pot procesa această substanţă. Există şapte categorii

de material organic care este potrivit ca sursă de generare a biogazului:

1. Deşeuri organice domestice(comunal)

Deşeuri organice înseamnă deşeuri provenite din fructe şi produse vegetale colectate separat, pământ de flori, flori, coji de ouă, cafea şi filtre de ceai şi alte resturi organice. Procentajul de materie uscată variază între 10 şi 30 %.

2. Deşeuri organice şi industrialeResturi rezultate de la curăţarea grădinilor şi parcurilor care nu conţin materie lemnoasă (lignină).

3. Nămol de canalizarecommunal

Rezultatul de la tratarea apelor uzate comunale este nămolul de canalizare, care trebuie să fie decontaminat pentru a fi folosit pentru producerea biogazului. Acest nămol de canalizare poate conţine fosfor, nitraţi şi metale grele. Experienţa arată că nămolul rezultat de la tratarea apelor uzate poate fi folosit in centralele de biogaz, dar nu este considerat ca o sursă de o calitate foarte bună. Este ilegal să fie folosit nămol din alte surse decăt cele publice din cauza conţinutului ridicat în metale grele sau organisme modificate genetic sau hormoni. Procentajul de materie urscată variază între 20 şi 30 %.

4. Bălegar solid sau lichid

Bălegarul solid sau lichid de la fermele de creştere a animalelor repezintă una dintre principalele substanţe pentru procesul de fermentare. Bălegarul de vacă este foarte potrivit, pe când găinaţul de pasăre, de exemplu, dă o cantitate mare de biogaz, dar poate conţine nisip. Materia uscată din bălegar solid variază intre 15 şi 30%, iar în cazul bălegarului lichid între 5 şi 7%.

5. Culturile de plante cuvaloare energetică

Culturile de plante cu valoare energetică sunt preponderent cultivate pe terenuri care altfel nu ar avea o altă întrebuinţare, cum ar fi porumbul, iarba de Sudan, mei, sulfina albă (melilotus alba).

6. Deşeuri industrialealimentare

Deşeurile industriale alimentare provin din procesarea şi producerea alimentelor şi a cărnii, cum ar fi zerul, resturile de la procesarea cartofilor, resturi vegetale, resturi de cereale rezultate de la producerea berii, borhoturi de mere. Aceste tipuri de surse sunt în mod normal foarte bune surse de biogaz şi nu conţin substanţe periculoase. Resturile din procesare cărnii, cum ar fi deşeurile de la abatoare, reprezintă bune surse de producere a biogazului, dar necesită tratare specială pentru reducerea riscurilor pentru sănătatea publică şi pentru mirosuri.

Potenţial maximal de producere a biogazului pe tonă de sursă de generare

Bălegar de vacă 25 m2/t

Bălegar de porc 36 m2/t

Zer 55 m2/t

Reziduuri de la procesarea berii 75 m2/t

Resturi de la cultura cerealelor 110 m2/t

Deşeuri organice domestice 120 m2/t

Deşeuri din industria alimentară 220 m2/t

Particule in suspensie 400 m2/t

Grăsimi şi uleiuri de la procesare alimentelor 600 m2/t

Cum am mai menţionat bacteriile sunt foarte sensibile. Temperatura şi valoarea pH-ului

ar trebui să fie precise şi constante. Anumite substanţe sunt toxice pentru bacterii şi pot opri

fermentarea. Aceste substanţe toxice pot fi:

Medicamente- cum ar fi antibioticele

Medii de denitrificare

Zinc

Cupru

Amoniu (NH 3)

Acizi graşi

Hidrogen sulfurat (H2S)

Ofertă completă de accesorii

Componentele unei centrale de biogaz

Deşi există mai multe tipuri de instalaţii de biogaz, partea tehnică a fiecărei instalaţii

trebuie să funcţioneze conform aceleiaşi metode. Această „inimă” a instalaţiei serveşte doar

scopului de a produce biogaz. Principala diferenţă apare la nivelul alegerii substraturilor şi

tratamentului relevant (partea de intrare). Utilizarea energetică, mai departe, a gazului face de

asemenea subiectul unor discordanţe si poate fi vazută ca o caracteristică adiţională a instalaţiei,

depinzând de principalele rezultate: gaz, electricitate sau căldură (partea de ieşire).

Pregătirea şi tratarea colectorului:

Majoritatea substraturilor necesită pre-tratare cum ar fi amestecarea, îndepărtarea

materiei necorespunzătoare, tăierea sau diluarea.

a. Unitatea de fermentare 1:

După tratare, pregătire şi o posibilă depozitare, substraturile sunt introduse în unitatea de

fermentare 1. Acest prim container este destinat substraturilor proaspete şi este necesar pentru

începerea procesului de fermentare. Este nevoie de o cultură de start pentru procesele

discontinue, în cele continue culturile de bacterii sunt deja existente. Timpul în care aceste

substraturi rămân în primul digerator variază între 20 şi 80 de zile. Cantitatea de gaz produsă nu

este foarte mare, tot gazul generat fiind captat în colectorul de gaz. Temperatura digeratorului

trebuie să fie între 40-60° C. Astfel, digeratorul trebuie să dispună de un sistem de încălzire,

deseori amplasat în subsolul unităţii de fermentare.

b. Unitatea de fermentare 2:

Ambele containere ale unităţii trebuie neapărat să fie protejate împotriva apei şi gazelor, etanşe

şi încălzite. De obicei sunt realizate din oţel sau fier-beton.

c. Agitatorul/ Mixerul:

Fiecare digerator trebuie să conţină un mixer, crucial pentru păstrarea omogenităţii substratului şi

garanţia că gazul este eliberat în mod egal.

d. Rezervorul de gaz:

Gazul din rezervor variază, deci acesta ar trebui s afie flexibil. Totuşi, trebuie prevenită intrarea

aerului. Primul rezultat al progresului este producerea biogazului şi reziduurilor din unităţile de

fermentare.

e. Reziduurile:

Reziduurile din unităţile de fermentare sunt fertilizatori de o înaltă calitate. În timpul procesului

de fermentare carbonul este descompus iar raportul carbon-azotat din îngrăşământ se apropie.

Deci azotul este mai uşor de manevrat iar efectul de fertilizare este mai uşor de calculat. De

asemenea volumul este redus iar îngrăşământul mai cursiv. Există şi avantaje adiţionale:

atenuarea mirosurilor neplăcute şi distrugerea buruienilor.

f. Unitatea de căldură şi instalaţia de energie:

De obicei, biogazul ajunge în unitatea de producere a căldurii sau în instalaţia de energie, însă

poate fi curăţat şi folosit pentru alimentarea vehiculelor sau introdus în reţeaua de gaz natural.

g. Curăţarea gazului:

Tot biogazul folosit în mod normal trebuie curăţat prin îndepărtarea hidrogenului sulfurat şi

amoniacului.

Tratamentul bioenzimatic al dejecţiilor

Controlează mirosurile –Reduce emisia de amoniac (NH3) şi Hidrogen Sulfurat (H2S)

încă din adăpost cu până la 80%

Menţin nivelul amoniacului în jurul valorii de 10 ppm chiar şi în absenţa ventilatiei

forţate.

Reduc conjuctivitele, problemele respiratorii şi alte probleme generate de amoniac

Curăţă şi deodorizează biologic reducând drastic mirosurile.

Reduc populaţia de muşte distrugând larvele acestora

Stimulează descompunerea rapidă a incărcăturii organice. (Reduc consumul de oxigen cu

până la 50%)

Previne compactarea şi solidificarea dejectiilor în canale şi batalele de păstrare.

Reduc necesarul de apa pentru evacuarea dejectiilor, si deci necesarul de capacitate de

stocare

Nu conţin microorganisme periculoase, patogene sau manipulate genetic

Tehnologie de aplicare simplă. Investitie redusa

BIBLIOGRAFIE

http://www.petroleumclub.ro/downloads/GasForum2011/Vasilie_NIKOLIC-ABR.pdf

http://www.probiopol.de/8_Ce_materiale_sunt_introduse.47.0.html?&L=1

http://www.ecotec.page.tl/TRATAMENT-BIOENZIMATIC.htm

http://biogaz-instalatii.ro/

http://spiridons.ecosapiens.ro/biogazul/