Biogazul-energie verde

DE CE ENERGIE VERDE?Traim intr-o societate tot mai preocupata de protectia mediului si impactul omului asupra naturii. In acest climat social exista un mare potential de crestere pentru tehnologiile de producere a energiei din surse regenerabile cat si pentru alte metode de conservare a mediului precum agricultura ecologica si gestionarea deseurilor intr-o modalitatea cat mai putin daunatoare pentru mediu. In contextul actual, caracterizat de cresterea alarmanta a poluarii cauzate de producerea energiei din arderea combustibilor fosili, devine din ce in ce mai importanta reducerea dependentei de acesti combustibili. In prezent exista mai multe metode de producere a energiei verzi precum: turbinele eoliene, hidroturbinele, panourile solare,instalatii pe baza de biomasa, centralele geotermale etc. Potrivit hartii energiei verzi, potentialul Romaniei cuprinde 65% biomasa, 17% energie eoliana, 12% energie solara, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic + 1% geotermal. Instalatiile pe baza de biogaz folosesc biomasa pentru producerea energiei electrice si termice.

Prin termenul de biogaz, acceptat pe plan internaional, se nelege produsul gazos ce rezult n cursul fermentrii anaerobe (n lipsa aerului) a materiilor organice de diferite proveniene.Biogazul este un amestec de gaze. Principalele gaze care l compun sunt metanul i dioxidul de carbon, ambele n proporii variabile. n cantiti foarte mici se mai gsesc n biogaz hidrogen sulfurat, azot, oxid de carbon, oxigen.

Deoarece rezervele clasice de combustibili sunt epuizabile, omenirea se ndreapt spre gsirea de noi surse de energie bazate pe resurse regenerabile, inepuizabile i ecologice. Biogazul este o surs de energie neconvenional care rezult n urma unui proces de conversie natural controlat a biomasei. Biomasa, materia organic a dejeciilor animale i deeurilor vegetale este regenerabil i inepuizabil.

Masa rezultat n urma fermentaiei anaerobe n prezena bacteriilor metangene constitue ngrmintelor naturale cu un grad sczut de poluare. n prezent metanul este surs pentru producerea energiei termice i se urmrete extinderea lui i pentru obinerea de energie electric. Echipamentele tehnologice de producere a biogazului au o construcie simpl i un pre de cost nu prea ridicat, iar funcionarea i exploatarea lor nu necesit condiii deosebite de ntreinere.

SCURT ISTORICSe prezint biogazul ca surs de energie regenerabil. Termenul de biogaz a fost introdus n sec. al XX lea.

CE ESTE BIOMASA?Biogazul este un gaz de fermentaie alctuit n principal din dou gaze: metan (CH4) n proporie de 60-70 % i bioxid de carbon (CO2 )n proporie de 25-30 %, i cantiti foarte mici de: oxid de carbon, azot, hidrogen sulfurat, alte hidrocarburi, hidrogen i vapori de ap. Dintre proprietile principale ale biogazului se menioneaz puterea caloric (energie), care este de 25-34 MJ/m3. Pentru comparaie artm c gazele naturale au 37,3 MJ/m3. Biogazul se obine n principal din produse secundare i reziduale din agricultur, de exemplu: dejecii proaspete de animale, deeuri vegetale, reziduuri din industria agro-alimentar, de prelucrarea fructelor i legumelor i industria celulozei i hrtiei,precum i din nmolul de la staiile de epurare a apei uzate. Biogazul este un produs obinut prin conversie biologic, n urma fermentrii anaerobe, printro oxidare parial (cu accesul foarte sczut al aerului) i n prezena bacteriilor metanogene,a biomasei. Biomasa este substana organic a tuturor plantelor i animalelor precum i a deeurilor i rezidurilor. Utilizarea energetic a biomasei este datorat conversiei bioenergetice.

Energia obinut din biomas mai este denumit i energia verde. Consumul de energie electric din surse de energie regenerabile se preconizeaz,ca n anul 2010, s ajung la 33 % din consumul intern brut. Din aceast, energiei regenerabil, energia de biomas reprezint 65 %, cea eolian reprezint 17 %, cea solar 12 %, iar cea geotermal 1 %. Pentru comparaie se arat c energia hidro reprezint 29 %.

Prin conversie biologic biomasa genereaz purttori de energie:SOLIZI de exemplu manganul; LICHZI de exemplu uleiuri, alcool; GAZOI de exemplu biogazul amestesc de dou gaze principale:metanul (CH4) + bioxidul de carbon(CO2).

Cele mai importante metode de valorificare a biomasei sunt : conversie chimic prin combustie gazeificare i piroliz conversie biologic n alcool i biogaz

FERMENTAREA ANAEROB -PRINCIPALA CALE DE PRODUCERE A BIOGAZULUI

Modalitatea de baz aplicat pentru producerea biogazului este fermentarea anaerob a biomasei. Fermentarea anaerob reprezint un proces microbiologic de descompunere a materiei organice n lipsa aerului. Temperatura optim pentru realizarea acestui proces este cuprins ntre 20-45C. n rezultatul fermentrii anaerobe se obine un produs gazos (format n principal din metan i bioxid de carbon) i o mas rezidual, ce nu mai poate fi supus fermentrii. Aceast mas este de obicei folosit ca fertilizator pentru sol. Fermentarea anaerob in lume este privit ca o soluie foarte benefic din dou puncte de vedere: a soluionrii problemei deeurilor i producerii energiei. n medie, la o staie de fermentare dintr-o ton de amestec de deeuri se poate obine cca. 400600 m3N de biogaz din care 50-70% s fie metan. ntreg procesul de fermentare presupune parcurgerea a patru faze principale de descompunere a biomasei Hidroliza: microorganismele hidrolitice transform moleculele organice grele n particule mai mici cum sunt zaharidele, acizii grai, aminoacizii , ap. Acidogeneza: particulele formate la prima faz sunt destrmate n acizi organici, amoniac, sulfit de hidrogen i bioxid de carbon. Acetogeneza: formarea hidrogenului i a bioxidului de carbon n rezultatul transformrii amestecul complex de acizi grai n acid acetic. Metanogeneza: formarea metanului, bioxidului de carbon i a apei. Procesul de formare a metanului este sporit la nceputul fermentrii i practic se ncetinete la sfritul acesteia.

INFRASTRUCTURA STAIEI DE BIOGAZEste considerat o staie de producere a biogazului ce include o serie de elemente, precum sunt : instalaiile de transport; depozitul pentru materia prim, mainile de mrunire a materiei prime, sistemul de alimentare cu materia prim (dozatorul), pompele; bazinul de fermentare (fermentator sau digestor, reactor); sistemul de colectare a biogazului; sistemul de colectare a reziduurilor; sistemul de utilizare a biogazului produs

Fig. 1. Vederea de ansamblu a unei staii de producere a biogazului

Biomasa colectat din zon este adus i descrcat n depozitul pentru materia prim - rezervor. Aici ea se mrunete i se amestec, dup aceasta este indreptat spre dozator.Fig.2. Dozatorul i transportatoare cu nec

Dozatorul este dotat cu cuite i necuri pentru transportarea fr blocaj a materiei prime ctre digestor/fermentator, in care are loc procesul de fermentare a biomasei i producerea de biogaz.

Fig. 3. Interiorul fermentatorului i amestectoarele folosit

Interiorul bazinului de fermentare este dotat cu amestectoare comandate automat. Pentru asigurarea temperaturii optime de fermentare, pe pereii digestorului sunt montate elemente pentru nclzirea biomasei. Deoarece mediul din interiorul fermentatorului este unul extrem de acid, toate elementele sunt realizate din oeluri inoxidabile. n partea de jos a fermentatorului se aeaz nmol, care este evacuat ntr-un colector special, fiind mai apoi utilizat ca ngrmnt. Biogazul produs se ridic n partea superioar a fermentatorului (camera de colectare a gazului), din care este ndreptat spre instalaia de purificare i de uscare. O parte din biogazul curit merge ctre instalaia de cogenerare a energiei, iar alta este colectat ntr-o camer speciala.n dependen de materia prim folosit, biogazul poate conine anumite cantiti de diveri compui care necesit a fi eliminai. Pentru a garanta buna funcionare a instalaiilor de ardere, biogazul trebuie tratat. Astfel biogazul mai nti este supus unor procese de epurare (de filtrare), de uscare i desulfurare, dup care este utilizat. Perioada de fermentare a biomasei cuprinde de la 20 la 40 zile in dependen de tipul materiei prime. Alimentarea staiei cu biomas de regul se realizeaz ntr-un mod automatizat care asigur o funcionare nentrerupt a unitilor de fermentare.

Producerea biogazului i valorificarea lui n scopuri energetice

NECESARUL DE BIOMAS La staia de biogaz sunt valorificate, n primul rnd, deeurile municipale lichide i solide din regiune. De menionat c la staie deeurile lichide i solide sunt amestecate i fermentate n comun. Deeurile municipale solide sunt acumulate de la toat populaia din regiune . Deeurile municipale lichide vor fi acumulate doar de la o parte a populaiei oraului.

Producerea de energie regenerabilBiogazul acoper o varietate de piee, inclusiv de electricitate, cldur i carburani. Biogazul reprezint un purttor de energie versatil iar cel mai adesea este utilizat pentru producerea de energie electric i/sau termic, sau este mbuntit pentru injecie n reeaua de gaze naturale sau utilizat drept combustibil pentru autoturisme. Deoarece biogazul este purttor de energie cu valoare ridicat, care poate fi uor transformat n alte forme de energie nu ar trebui s fie folosit numai ca surs de cldur sau numai electricitate, ci n special pentru producerea de energie electric n combinaie cu utilizarea energiei termice, sau ca i combustibil pentru transporturi.

Beneficii socio-economice Producia de biogaz are multe beneficii sociale i cele mai multe dintre acestea sunt legate de crearea de locuri de munc i dezvoltarea rural. n special regiunile rurale agricole i sistemele de biogaz descentralizate mici i mijlocii, pot avea avantaje considerabile, cum ar fi: Dezvoltarea unui sector de biogazi stimuleaz nfiinarea de noi ntreprinderi, care vor crete veniturile i vor da mai multe oportuniti de locuri de munc, dar, de asemenea, va spori creterea economic a zonei. Biogazul poate contribui la revitalizarea zonelor rurale, fcndu-le mai atractive pentru productori, investitori i antreprenori. Deoarece biogazul poate genera energie electric i termic i poate fi un substitut al combustibililor pentru vehicule, utilizarea acestuia contribuie la reducerea dependenei de combustibilii fosili, i totodat la diversificarea surselor de energie, la securitate, competitivitate i furnizare durabil a acesteia. Producia i utilizarea biogazului influeneaz structura socio-economic n zonele rurale. mbuntete coeziunea social a populaiei locale.

Randamentul de productie a biogazului din biomasa

Fig. 4. Agricultura

Fig. 5. Agro industrie industria alimentara

Fig. 6. Zootehnie

UTILIZAREA BIOGAZULUI:Dupa ce a suportat tratamentele necesare, biogazul poate fi utilizat in doua modalitati:a) doar pentru productia de energie termica;b) pentru cogenerarea de energie electrica si energie termica

FACTORII CARE INFLUENEAZ PRODUCIA DE BIOGAZ

Pe baza experienei ndelungate acumulate de ctre cei care, n decursul timpului, au cercetat i urmrit producerea biogazului, urmtorii factori sunt determinani n producia de biogaz: Materia prim Temperatura Presiunea Agitarea pH ul

Materia prim

Materia prim trebuie s asigure mediul prielnic dezvoltrii i activitii microorganismelor ce concur la digestia substratului i, n final, la producerea biogazului. Acest mediu trebuie s satisfac urmtoarele condiii:- S conin materie organic biodegradabil- S aib o umiditate ridicat, peste 90%- S aib o reacie neutr sau aproape neutr (pH = 6,8 7,3)- S conin carbon i azot ntr-o anumit proporie (C/N = 15 25)-S nu conin substane inhibitoare pentru microorganisme: unele metale grele, detergeni, antibiotice, concentraii mari de sulfai, formol, dezinfectani, fenoli i polifenoli etc.

Pentru obinerea biogazului se pot utiliza materii prime organice de provenien foarte diferit: deeuri vegetale, deeuri menajere, fecale umane, dejecii animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale din industria alimentar i din zootehnie, etc.

Aciditatean primele etape de fermentare a materiilor organice n vederea producerii biogazului,predomin microorganismele din grupa celor acidogene, pentru care aciditatea mediului, exprimat n pH, este cuprins n intervalul 5,5 7,0. n etapele finale de fermentare, bacteriile metanogene care consum acizii cu molecule mici rezultai din etapele anterioare, lucreaz bine la o aciditate care corespunde unui interval de pH de 6,8 8,0. Se poate ntmpla ca, din diferite motive, activitatea bacteriilor acidogene s fie mai intens dect a celor metanogene, fapt care duce la o acumulare a acizilor organici ce determin o scdere a pH-ului inhibnd i mai tare activitatea bacteriilor metanogene. n astfel de situaii se constat c producia de biogaz scade pn la dispariie i este nevoie de intervenia operatorilor pentru a redresa situaia. Corecia aciditii excesive se face, de obicei, cu lapte de var, prin care pH-ul se readuce n limitele de echilibru dintre cele dou grupe de populaii, acidogene i metanogene, adic ntre limitele 6,8 7,6.S-a artat deja c aceste inconveniente apar n cazul fermentatoarelor cu amestecare total a materialului coninut, n care aciditatea trebuie meninut ntr-un echilibru de compromis ntre preferinele celor dou populaii de microorganisme. Evitarea problemelor legate de aciditatea substratului se poate face fie prin sistemul de fermentare n dou faze, cu recipieni separai, fie, mai bine, adoptnd sistemul de fermentare n flux orizontal.

TemperaturaProducia de biogaz este influenat puternic de temperatur.Din punct de vedere al temperaturii la care i desfoar activitatea, microorganismele ce concur la producerea biogazului, ndeosebi cele metanogene, se mpart n trei mari categorii: Criofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse ntre 12 240C, zon caracteristic fermentrii n regim criofil; Mezofile, caracterizate printr-o activitate care are loc la temperaturi cuprinse ntre 25 400C, zon caracteristic fermentrii n regim mezofil; Termofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse ntre 50 600C, zon caracteristic fermentrii n regim termofi

Presiunea Presiunea are o mare importan n procesul de metanogenez. S-a dovedit c, atunci cndpresiunea hidrostatic n care lucreaz bacteriile metanogene crete peste 4-5 metri coloan de ap, degajarea de metan, practic, nceteaz. Ea rencepe atunci cnd presiunea hidrostatic scade la valori mai mici. Aceast constatare este foarte important la proiectarea fermentatorului. La fermentatoare cu ax vertical, care pot atinge nlimi de zeci de metri, degajarea de metan se produce numai n partea superioar, pn la o adncime de maximum cinci metri iar restul spaiului ocupat de substrat, nu produce biogaz. Acest rest de spaiu poate fi foarte mare uneori, n funcie de dimensiunile fermentatorului, putnd ajunge la 85-90% din volumul total. Prin recirculare permanent, obligatorie la acest tip de fermentatoare, poriunile de substrat aflate sub limita de degajare a metanului, sunt aduse n zone superioare unde degajarea rencepe. Pentru nlturarea acestui inconvenient major, au fost realizate fermentatoare n flux orizontal, la care nlimea substratului nu depete 3,5 metri degajarea de metan producndu-se n ntreaga mas a materialului supus fermentrii.

Agitarea n interiorul fermentatoarelor au loc nu numai procese biochimice despre care s-a scris mai nainte ci i unele procese fizice. Astfel se constat c, n cursul fermentaiei are loc o segregare a materialului supus fermentrii. Microbulele de gaze care se degaj n masa substratului antreneaz, prin fenomenul de flotaie, particulele mai uoare de suspensii, spre suprafaa lichidului. Se formeaz repede o crust cu tendin de ntrire i deshidratare chiar dac materiile organice din ea nu au apucat s fie degradate prin fermentaie. O alt parte a suspensiilor, mai grele prin natura lor, sau fraciuni care au fermentat i sunt parial sau total mineralizate, au tendina s se lase spre partea de jos a fermentatorului. ntre aceste dou straturi se gsete un strat de lichid n care fermentarea i epuizarea materiei organice continu din ce n ce mai lent.Cele artate mai sus constituie unul din motivele pentru care este necesar agitarea coninutului fermentatorului.

Legislaia european n domeniul biogazuluiDigestia anaerob (DA), mpreun cu utilizarea ngrmntului, reprezint o metod sigur i natural a tratrii i a reciclrii deeurilor de origine biologic i d natere unei game largi de produse industriale organice secundare utile.Din cauza unei creteri constante a masei de deeuri, a tratrii i recuperrii acestora, numeroase dispozitii i directive a fost emise n acest domeniu de ctre CE (Consiliul Europei). Cele mai multe dintre aceste reglementri reglementeaz n detaliu dezvoltarea tehnologic i aplicatiile practice ale DA. n cele ce urmeaz, vor fi prezentate cele mai importante dintre aceste normelegislative. Pentru obinerea biogazului se pot utiliza materii prime organice de provenien foarte diferit: deeuri vegetale, deeuri menajere, fecale umane, dejecii animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale din industria alimentar i din zootehnie, etc.

DIRECTIVA 77/2001/EC PRIVIND PROMOVAREA ENERGIILOR PRODUSE DINSURSE REGENERABILE DE ENERGIE PE PIAA INTERN DE ENERGIE AUNIUNII EUROPENE

Documentul afirm c exploatarea surselor regenerabile de energie este momentan sub-utilizat n cadrul Comunitii Europene. Din acest motiv, directiva tinde s promoveze cretereaContribuiei energiei regenerabile la producerea de electricitate pe piaa intern i s creeze o baz pentru un cadru legislativ al Comunitii n acest domeniu. Pentru a asigura o introducere crescut a energiei electrice produs din surse regenerabile, se solicit statelor membre sstabileasc obiective naionale corespunztoare. Carta Alb a CE stabilete un obiectiv de 12%pentru 2010. Biogazul este una dintre alternativele de energie regenerabil, iar introducerea sa casurs de energie pe o scar tot mai larg va beneficia de pe urma acestor eforturi.

Concluzii

Biogazul ce se obtine din digestia anaerob a reziduurilor poate deveni unul dintre combustibilii ce vor sta la baza productiei de energie electric si termic. Sursele regenerabile de energie se bucur, atat in legislatia european cat si in practica statelor europene de o atentie tot mai sporit. Instalatiile de producere si valorificare a biogazului aduce o contributie esential in domeniul energetic, fie c este vorba de cresterea productivittii recoltelor agricole sau de reducerea cheltuielilor financiare comunale. Instalatiile de producere si valorificare a biogazului prezint in plus avantajul c, in cazul alimentrii continue cu substraturi, furnizeaz energie electric la putere relativ constant. Prezentul articol constituie o prezentare sintetic a proceselor si fenomenelor ce stau la baza exploatrii resursei energetice regenerabile din biomas si a reglementrilor de la nivel european pe acest domeniu.