Bioplyn je produktem anaerobního (bez přístupu vzduchu) rozkladu organických látek různého původu (hnůj, potravinářský odpad, ostatní biologický odpad). Bioplyn se skládá z 50-70 % metanu (CH4) a 30-50 % oxidu uhličitého (CO2). Může být použit jako palivo pro výrobu tepla a elektřiny. Bioplyn tvoří 3-4 % energetické bilance evropských zemí. Ve Finsku, Švédsku a Rakousku díky vládním pobídkám pro bioenergii její podíl dosahuje 15–20 %. V Číně je v provozu 12 milionů malých „rodinných“ bioplynových stanic, které dodávají plyn především do kuchyňských sporáků. Tato technologie je rozšířena v Indii a Africe (obr. 1). V Rusku lze zařízení na výrobu bioplynu spočítat na prstech jedné ruky. U nás výzkum v tomto směru začal ve 40. letech minulého století, ale pak byly práce fakticky utlumeny.
.jpeg)
Dnes je však v Rusku obnoven zájem o bioplyn. Zejména ze strany venkovských výrobců. Řada zemědělských podniků začala stavět výrobny bioplynu. Na trh také vstoupila řada společností nabízejících služby v oblasti výstavby a uvádění bioplynových stanic do provozu. Ve skutečnosti se tato technologie nyní posouvá z experimentální fáze do fáze komerčního produktu.
Technologie výroby bioplynu je poměrně jednoduchá (obr. 2): organická hmota (hnůj, odpad atd.) je periodicky přiváděna do reaktorové nádrže, kde probíhá fermentační proces. Aby proces probíhal normálně, je nutné udržovat v reaktoru určitou teplotu a obsah promíchat. Všechny operace jsou prováděny tak, aby byl vyloučen přístup vzduchu do reaktoru. Za proces fermentace jsou zodpovědné bakterie. Do rostliny se obvykle dostávají společně s biomasou (obsaženou v hnoji). Nebo jsou zavedeny konkrétně – jednou v okamžiku spuštění reaktoru. Horní část reaktoru – plynojem – slouží ke sběru a skladování bioplynu. V souladu s tím je „fermentovaná“ biomasa, která je v podstatě univerzálním organickým hnojivem (biohumus), odebírána ze dna.
Průběh tohoto procesu dělíme podle teplotního režimu:
– psychofilní (do ≈25 °C)
– mezofilní (od 32 do 42 °C)
– termofilní (od 50 do 57 °C)
.jpeg)
Bioplyn, jak již víme, se skládá z metanu a oxidu uhličitého. Lze je oddělit a metan použít jako běžný zemní plyn. Častěji se však bioplyn používá bez separace v elektrárnách upravených speciálně pro tento druh paliva. Plyn je dodáván přímo z plynové nádrže. Bioplyn lze využít v kotelnách (k výrobě tepla), v plynových turbínách nebo plynových pístových motorech. Obvykle pracují v kogeneračním režimu – vyrábějí elektřinu a teplo. Jak poznamenává Mark Poteryaev, vedoucí oddělení výroby EnTerra Group of Companies, plynové pístové jednotky vykazují nejlepší vlastnosti v bioplynových elektrárnách. Jsou účinnější než plynové turbíny.
Trigenerační zařízení (elektřina-teplo-chlad) dosud nebyla vyvinuta. Bioplyn má však v tomto směru dobré vyhlídky. Pokud je situace uvedena do ideálního stavu, může bioplynový komplex pracovat v režimu „pentagenerace“ – vyrábět elektřinu, teplo, chlad, organická hnojiva a „suchý led“. Ten lze získat v procesu dělení bioplynu na metan a oxid uhličitý v membránových kontaktorech, kde jsou hlavní složky separovány na technicky čistý metan a CO2. Podobné technologie byly testovány na počátku 80. let v Oděse na stanicích ministerstva obrany.
.jpeg)
Rýže. 3 Schéma bezodpadové výroby v uzavřeném cyklu na bioodpad
Suroviny pro bioplynové stanice jsou v dostatečném množství dostupné na čistírnách odpadních vod, na skládkách odpadků, vepřínách, drůbežárnách a kravínech. Právě zemědělské podniky jsou v blízké budoucnosti považovány za hlavní spotřebitele bioplynových technologií. Ve prospěch toho hraje dobrá ekonomika takových projektů. Z jedné tuny kejdy se vyprodukuje 30-50 m3 bioplynu s obsahem metanu 60 %. Ve skutečnosti je jedna kráva schopna vyprodukovat 2,5 kubíků plynu za den. No a z jednoho kubíku bioplynu vyrobíte asi 2 kW elektřiny. Navíc se vyrábí organické hnojivo, jehož použití výrazně zlepšuje ekonomické vlastnosti bioplynové stanice. Z výpočtů Marka Poterjajeva je zřejmé, že doba návratnosti výrobního závodu postaveného pro palivovou základnu – stádo 900 kusů dobytka – se v režimu výroby tepla a elektřiny vrátí za 5–7 let, a pokud se vezmou v úvahu náklady na získaná hnojiva, zkrátí se doba návratnosti na 2,5 roku. Mimochodem, odborníci poznamenávají, že výsledný vermikompost je ekologické hnojivo, bez dusitanů, semen plevelů, patogenní mikroflóry a specifických pachů. Spotřeba těchto hnojiv je 1-5 tun místo 60 tun nezpracované kejdy na zpracování 1 hektaru půdy. Testy také ukazují zvýšení výnosu o 2-4 krát.
Řešení od GC “EnTerra”
ZAO GC EnTerra je jedním z prvních profesionálních hráčů v Rusku na trhu technických řešení pro výrobu zařízení na výrobu bioplynu. Společnost vyvíjí a staví na klíč malé výrobní jednotky, které pracují na různé druhy paliv – klasický plyn a topný olej, syntézní plyn (vyrábí se z pilin, rašeliny a dalších látek) a bioplyn. Navíc právě v projektování bioplynových elektráren byla implementována poměrně zajímavá technická řešení, díky nimž se tento typ energie, který je pro Rusko stále nový, může ukázat jako velmi úspěšné řešení pro organizaci zásobování hospodářských zvířat energií, zpracovatelské, komunální a další podniky.
Řešení od EnTerra Group je založeno na technologii, která se po mnoho let dobře vyvíjela: jednotka reaktor-držák-plyn-píst. Je třeba poznamenat, že existují dva hlavní typy reaktorů: pozemní (velmi vyvinutý například v Německu) a zakopaný (oblíbený v Dánsku). V ruských podmínkách jsou také výhodnější podzemní reaktory, protože lépe udržují teplo a vyžadují méně energie k udržení optimální teploty. Specialisté skupiny EnTerra Group of Companies spojili nejmodernější vědecký vývoj a sériová, provozem prověřená zařízení do jediného projektu. Výsledkem je, že zákazníkovi je nabídnut vyvážený projekt s vlastnostmi vybranými přesně pro konkrétní provozní podmínky. Další důležitou kvalitou bioplynových stanic od EnTerra Group je plně automatizovaný provozní režim.
Při vývoji projektu se podařilo vyřešit zásadní problém: byl vyvinut (díky ruské matematické škole) model pro výpočet reaktoru, ve kterém bude probíhat fermentace biomasy v optimálním režimu v celém objemu nádrže. To je mimochodem právě ten problém, který „lidoví řemeslníci“, kteří si vytvářejí vlastní bioplynové stanice, většinou neřeší. Dalším rysem bioplynového řešení od EnTerra Group je automatizace všech procesů – od přivádění biomasy do reaktoru až po výrobu elektřiny. Ve všech fázích (fermentace, tvorba směsi plynů před přívodem do motoru atd.) se provádí přístrojové řízení. Informace ze senzorů jsou odesílány do jediného automatizovaného systému řízení procesu, který neustále zajišťuje optimální provozní parametry pro všechny prvky instalace. Automatizační systém řídí provoz čerpací stanice, směšovačů, topného systému, plynové automatiky, generátoru a dodávky elektřiny spotřebiteli. Elektrická část instalace je vybavena reléovou ochranou a dalšími ochrannými mechanismy. Kromě toho může generátor pracovat jak v autonomním „ostrovním“ režimu, tak paralelně s elektrickými sítěmi.
Obecně GC “EnTerra” nabízí zákazníkovi následující rozsah služeb:
1. Příprava předprojektové dokumentace.
2. Vypracování studie proveditelnosti pro bioplynovou stanici.
3. Vypracování pracovního projektu (včetně automatizačního systému).
4. Nákup zařízení a komponentů.
5. Výstavba a instalace zařízení.
6. Spuštění a dosažení technologického provozního režimu.
7. V případě potřeby schválení tarifu a získání technických specifikací pro připojení k sítím.
Instalace se bude skládat přibližně z následujících prvků: 2 přijímací nádrže; 2 držáky plynu; 2 fermentační nádrže; 1 kontejner (rychle postavená budova) se skupinou čerpadel; 1 nádoba s plynovou pístovou jednotkou a automatizačním systémem. Výstavba a zprovoznění instalace trvá 8-10 měsíců (v závislosti na parametrech projektu).
Dnes je hlavním (ale ne jediným) odběratelem bioplynových stanic (mini-CHP) ruský chov hospodářských zvířat. Právě v podmínkách farmy nebo drůbežárny má takový projekt nejlepší ekonomické ukazatele. Například pro stádo 900 kusů skotu (na základě množství vyprodukovaného hnoje) bude bioplynová stanice stát 45 milionů rublů. Doba návratnosti projektu je 2,5 roku. Při určování doby návratnosti vycházíme z tarifu pro zemědělské podniky ve výši 3,8-4,5 rublů. za 1 kW h elektřiny a z nákladů na vermikompost 8 rublů. na 1 kg. Pokud nebereme v úvahu hnojivo vyrobené v reaktoru, zvyšuje se doba návratnosti bioplynové stanice na 5 let. Zařízení, které běží na odpad z masokombinátu, se zaplatí za necelé dva roky.
Zajímavé téma? Přihlaste se k odběru našich novinek na ZEN | Kanál v telegramu | Skupina VK.
