RSS

Biogazul…

25 Iul


Dacă in urmă cu cateva decenii problema inlocuirii surselor conventionale de energie nu era
deloc una stringentă, in ziua de azi, această problemă se impune in mod imperios a fi rezolvată
avand in vedere epuizarea in curand a petrolului si gazelor naturale. Printre sursele de energie
regenerabilă se numără si biomasa, reziduurile organice sunt transformate printr-un proces de
fermentatie numit digestie anaerobă in mai multi produsi dintre care unul este biogazul.
Digestia anaerobă (DA) este strans legată de ecosistemele anaerobe naturale si reprezintă
conversia microbiologică in lipsa oxigenului a materiei organice in metan. Procesul a fost folosit
la scară largă de societatea modernă pentru a stabiliza reziduul lichid primar si secundar in
instalatiile de tratare a apelor uzate. DA este de obicei folosită pentru tratarea ingrăsămantului de
origine animală, a deseurilor organice din zonele urbane si a celor din industria alimentară (codigestare),
cel mai adesea asociată cu recuperarea de energie si reciclarea substratului digestat ca
ingrăsămant in sectorul agricol.
Digestia anaerobă (DA) este un proces natural in decursul căruia bacteriile cedează carbonul in
materia organică. Acest proces produce un amestec de metan si bioxid de carbon, amestec numit
biogaz. Procesul are loc numai in absenta oxigenului, de unde si denumirea de ”anaerob” (literar
insemnand ”fără aer”). Digestia anaerobă are loc in mod natural in sedimentele de pe fundul
lacurilor si al iazurilor, in mlastini si in intestinele animalelor rumegătoare precum vacile.
Această capacitate a bacteriilor de a produce metan din materii organice a fost utilizată in
construirea unor uzine speciale pentru digestia anaerobă. In centrul acestor uzine este digestorul –
un rezervor ermetic in care are loc digestarea (fermentatia). Digestorul este alimentat cu materie
organică si produce biogaz. Substratul rezultat in urma procesului de digestie este numit digestat.
Digestatul este constituit in principal dintr-un lichid puternic nutritiv si fibre nedigerate.
Digestatul poate fi trecut printr-un separator, care separă o fracŃiune din fibre de lichid.
Fractiunea lichidă este un fertilizator care conŃine valorosul azot nutritiv si o parte de fosfor si
potasiu, intr-o formă care este foarte folositoare pentru recolte. Fractiunea de fibre, bogată in
fosfor, poate fi imbogătită cu compost pentru a da nastere unui ingrăsămant de inaltă calitate, cu
proprietăti asemănătoare turbei in produsele de horticultură.

Biogazul poate fi utilizat pentru a produce căldură intr-un boiler pe gaz, sau electricitate si
căldură utilizand un motor si un generator sau poate fi purificat si folosit ca si combustibil pentru
vehicule. Ultimele cercetări arată existenŃa unor posibilităti de a utiliza biogazul pentru celulele
de combustibil si pentru producerea de hidrogen.
Astfel, o uzină de digestie aerobă are trei produse principale:
• Biogaz, pentru productia de energie
• Lichid de fertilizare
• Fibre pentru ingrăsămant
Uzinele de digestie anaerobă pot fi construite la orice scară. Uzinele de digestie din interiorul
fermelor sunt in general de mici dimensiuni si tratează numai reziduurile produse in cadrul fermei
respective. Biogazul este ars de obicei intr-un boiler pentru a completa necesarul de incălzire al
fermei si al locuintei. Digestoarele anaerobe de dimensiuni mai mari pentru care materia organică
este adusă din mai multe surse sunt numite uzine centralizate de biogaz. Biogazul provenit din
astfel de centrale este in general trecut printr-o Uzină de Căldură si Putere Combinată. Energia
electrică generată este trimisă către reŃeaua electrică de distribuŃie, in timp ce căldura este
utilizată local.
Procesul de digestie anaerobă se produce in următorii patru pasi:
1. Hidroliza: numerosii polimeri sunt descompusi de către enzime.
2. Acidogeneza: fermentatiile acidogenetice sunt cele mai importante, acetatul fiind principalul
produs rezultat. Sunt produsi de asemenea acizi grasi volatili impreună cu bioxid de carbon si
hidrogen.
3. Acetogeneza: descompunerea acizilor volatili in acetat si hidrogen
4. Metanogeneza: acetatul si hidrogenul sunt transformati in metan si bioxid de carbon.
Modul de alimentare al digestorului poate fi continuu sau discontinuu. In grupa sistemelor cu
incărcare discontinuă substanta proaspătă este introdusă in acelasi timp cu o inoculare de materie
digestată intr-un vas de reactie. Pe parcursul a una sau două zile, materia este supusă aerării cu
scopul unei cresteri a temperaturii. Pe parcursul următoarelor doua sau trei săptămani substratul
este degradat in mod anaerob, la inceput cu o crestere zilnică a productiei de gaz. După atingerea
unui punct de maxim după aproximativ 10 pană la 14 zile, productia de gaz descreste din nou,
pentru a ajunge la un platou de aproximativ jumătate din productia maximă. Pentru a compensa
formarea inconstantă de gaz, trei sau patru incărcături ale digestoarelor sunt operate in paralel,
dar umplute la momente de timp diferite. Pană nu de mult incărcătura sistemelor nu era foarte
folosită de uzinele de biogaz din domeniul agriculturii. O altă formă a modelului procesului
discontinuu este reprezentată de sistemele de depozitare. Ele imbină digestoarele si rezervoarele
de retentie intr-unul si acelasi rezervor. Fermentarea combinată umple incet rezervorul de
păstrare cu ingrăsămant proaspăt care depinde de cantitatea produsă. Avantajul acestui sistem
este reprezentat de costurile reduse. Oricum, probleme pot apărea din pierderile mari de căldură
si din vitezele inconstante ale formării gazului.
Sistemele de acumulare cu debit constant sunt cele mai cunoscute modele de digestoare pe
santierele fermelor din domeniul biogazului. Ingrăsămantul proaspăt curge in digestor după
producerea sa. Ingrăsămantul rezultat in urma procesului de digestie este mutat din cand in cand,
atunci cand acesta este necesar pentru fertilizare. Cand fertilizarea nu este necesară, rezervorul
plin se revarsă intr-un rezervor de păstrare, care este acoperit cu o membrană de cauciuc
indeplinind si rolul de depozitare a gazului.

Un alt sistem cunoscut este rezervorul reactor cu curgere continuă. In acest caz reziduurile neprelucrate sunt pompate in mod regulat in digestor, dislocand un volum egal cu cel al materiei digestate. In digestor volumul rămane constant. Cele mai multe din sistemele mai mici sunt
alimentate o dată sau de două ori pe zi. Digestoarele mai mari sunt operate in mod continuu la
intervale de alimentare mai mici de o oră.
Digestorul poate fi proiectat orizontal ori vertical. Modelul orizontal are următoarele avantaje: se
pot folosi malaxoare eficiente si cu consum redus de energie. In digestoarele orizontale substratul
proaspăt nu este amestecat cu substratul digerat la celalalt capăt al digestorului (opritor al
curgerii). In acest mod se obtine o productie mare de gaz. Din motive tehnice si economice,
digestoarele orizontale sunt fabricate la un volum ce nu depăseste 200-300 m3. Pentru uzinele de
biogaz cu volume ale reactorului de peste 300 m3, de obicei se foloseste modelul vertical de
digestoare. Acestea sunt de obicei fabricate din beton, cu sectiune circulară din motive de
structură. In comparatie cu modelul orizontal, rezervoarele verticale au avantajul de a prezenta un
raport suprafată / volum mai bun. Astfel, necesarul de material si pierderile termice sunt reduse.
Un dezavantaj cheie este faptul că nu se poate obtine opritorul de curgere.

In conformitate cu obiectivele stipulate in Carta Albă a Uniunii Europene [5], se estimează că
energia electrică ce va fi produsă din surse energetice regenerabile (SRE) la nivel european in
anul 2010, va fi următoarea:
Energie electrică [TWh/an]
Energia eoliană 80
Hidro 355
Fotovoltaică 3
Biomasă 230
Geotermală 7
Se observă din cele prezentate că in politica energetică de la nivel european există o foarte
serioasă preocupare pentru cresterea ponderii energiei regenerabile si a biocombustibililor in
totalul surselor de producere a energiei electrice.
3. Utilizarea biogazului – în prezent si în viitor
Biogazul provine din gropile de colectare a deseurilor de pe santierele de constructii, din apa
reziduală provenită din tratarea uzinelor, din operatiuni agricole si de aprovizionare, de la
fabricile de procesare a alimentelor, din arderea biomasei lemnoase ori din alte surse de reziduuri
organice. Partea combustibilă din biogaz este metanul (CH4). Restul, in cea mai mare parte este
CO2, cu mici cantităti de azot, oxigen, hidrogen, apă (cea mai importantă sursă a problemelor in
utilizările biogazului), sulfat de hidrogen si alte elemente in proportie mult mai mică.
Tehnologiile de bază pentru utilizarea biogazului sunt următoarele:
Producerea de căldură
Producerea de căldură este cea mai simplă si cea mai răspandită aplicatie a utilizării biogazului.
Arderea acestuia duce la cresterea nivelului scăzut de emisii de oxid de azot la aproximativ 35-50
mg/MJ, care se situează la jumătatea valorii care ar rezulta in urma arderii motorinei. Biogazul
prezentand o capacitate calorică medie poate fi utilizat in mai multe moduri. In mod obisnuit,
după inlăturarea condensului si a particulelor solide, biogazul este comprimat, răcit, deshidratat
si apoi transportat prin tevi pană la o locatie apropiată, pentru a fi folosit ca si combustibil pentru
boilere si pentru arzătoare. Din cauza valorii scăzute a capacitătii calorice a biogazului,
arzătoarelor de gaz natural le sunt necesare mici modificări atunci cand ele sunt utilizate pe bază
de biogaz. Un alt mod de utilizare a biogazului este generarea de vapori folosind boilere
amplasate in locul de generare a biogazului. Biogazul, după ce i s-a inlăturat condensul si
particulele solide, este apoi comprimat si ars intr-un boiler.
Generarea de energie electrică folosind motoare cu piston, turbine pe gaz, turbine pe aburi,
micro-turbine si celule de combustibil
Energia electrică generată folosind motoare cu piston, turbine pe aburi sau turbine pe gaz, este
folosită in mod frecvent. Cand este folosit un motor cu piston, biogazului trebuie să ii fi fost
inlăturat condensul si particulele solide. Micro-turbina poate fi utilizată pentru a genera energie
electrică la o capacitate mică, de 30 kW. In privinta acestei metode, există insă o serie de
probleme in ceea ce priveste costurile ridicate ale procesului de curătare a biogazului si timpul
limitat de functionare al motorului. Tehnologia micro-turbinei nu a fost comercializată.
Generarea de energie electrică cu ajutorul unor celule de combustibil
Celulele de combustibil sunt sistemele de generare a puterii care produc energie electrică de
curent continuu prin combinarea combustibilului si oxigenului (din aer) intr-o reactie
electrochimică. In prima etapă, combustibilul este transformat in hidrogen fie printr-o ardere
catalitică de transformare a vaporilor fie printr-un catalizator de platină. Hidrogenul este
transformat in mod direct in curent electric. Produsele secundare rezultate din această reactie sunt
apa si CO2. Eficienta transformării in electricitate este asteptată să depăsească 50%.
Co-generarea de căldură si energie electrică (CHP)
Productia combinată de căldură si de energie electrică este preferată productiei separate de
căldură. Proportia dintre cantitatea de energie electrică si căldura produsă este determinată de
modelul uzinei, insă valoarea normală este de aproximativ 35% electricitate si 65% căldura, cu
un randament total al sistemului de aproximativ 90%. In cazul co-generării, biogazul trebuie să
fie uscat, insă funinginea rezultată trebuie să fie colectată si anumite componente corosive,
printre care acidul hidro-sulfuric si hidrocarburile clorurate, trebuie să fie separate.
Combustibil pentru vehicule
Utilizarea biogazului ca si combustibil pentru vehicule presupune utilizarea aceluiasi tip de motor
si vehicul ca si in cazul gazului natural. Cerintele privind calitatea gazului sunt stricte. Pentru a
respecta aceste cerinte, calitatea biogazului brut dintr-un digestor ori dintr-o groapă de colectare a
deseurilor este necesar să fie imbunătătită. Practic, acest lucru inseamnă ca bioxidul de carbon,
hidrogenul sulfuric, particulele de amoniac, urmele de elemente solide si apa trebuie să fie
indepărtate pentru ca gazul produs destinat alimentării vehiculelor să aibă un continut de metan
de aproximativ 95%. Cateva tehnologii de prelucrare a gazului, printre care tehnologia Selexol,
sortarea, absorbtia apei, absorbtia chimică si absorbtia fluctuatiilor de presiune (PSA), au fost
dezvoltate pentru tratarea biogazului. Utilizarea biogazului in orase ca si combustibil pentru
vehicule cum ar fi autobuzele, taxiurile, si vehiculele de transport in comun poate avea o mare
valoare economică si are avantaje vizibile privind mediul inconjurător.
Injectarea biogazului într-o conductă de gaz natural deja existentă
Biogazul poate fi transformat intr-un gaz cu valoare ridicată a capacitătii calorice si apoi se poate
injecta intr-o conductă de gaz natural. Spre deosebire de alte modalităti de generare a energiei
electrice, costul pentru vanzarea unui biogaz de calitate ridicată, corespunzătoare cerintelor
pentru injectarea in conductă este ridicat, deoarece sunt necesare metode de tratare pentru
indepărtarea CO2 si a impuritătilor. De asemenea, gazul prelucrat necesită un grad inalt de
comprimare pentru a se adapta presiunii conductelor in punctele de legătură.
Transformarea în alti compusi chimici
Este posibilă transformarea biogazul in alti compusi chimici precum metanol, amoniac sau uree.
Dintre aceste trei opŃiuni, transformarea in metanol este cea mai eficientă din punct de vedere
economic. Pentru a transforma gazul cu un continut inalt de metan, in metanol, vaporii de apă si
bioxidul de carbon trebuie să fie indepărtati. Pe langă aceasta, gazul trebuie să fie comprimat la
presiune inaltă, prelucrat si transformat catalitic. Acest proces tinde să fie unul costisitor,
rezultand o pierdere de energie disponibilă de aproximativ 67%.
4. Perspectivele pentru utilizarea biogazului pe viitor
Gazele reprezintă combustibilul viitorului. Ca surse de energie, gazele au diferite avantaje fată de
combustibilii solizi ori lichizi din punct de vedere tehnic si al protecŃiei mediului inconjurător.
Intr-o societate a viitorului care va sustine ecologia , cea mai mare parte a deseurilor vor fi
folosite in productie. Gazul natural reprezintă o piesă importantă in intregul ansamblu al acestei
dezvoltări. Hidrogenul se asteaptă să devină o importantă sursă de energie in viitor. Este produs
cu ajutorul apei si al energiei electrice produse cu ajutorul biogazului, al energiei eoliene si al
energiei solare.
Domeniile in care hidrogenul poate reprezenta un important element purtător de energie sunt:
• combustibil pentru vehicule
• materie primă si combustibil in industrie
• combustibil pentru incălzirea si răcirea clădirilor
Sunt foarte multe semne conform cărora, hidrogenul va fi, peste un timp indelungat,
combustibilul care va rezolva problemele legate de necesarul de energie intr-o manieră viabilă
din punct de vedere ecologic.

5. Elementele de bază ale constructiei unei fabrici de biogaz
Indiferent de tipul de biomasă cu care urmează a fi aprovizionată, orice fabrică de biogaz va
consta din următoarele componente de bază:
Echipamente de receptie de pre-depozitare: Biomasa este preluată la fabrică in rezervoare de predepozitare
din care va fi introdusă in digestoare. Scopul acestui echipament de receptie este de a
facilita procedurile de descărcare si de mixare si de a pregăti biomasa pentru a fi admisă in
digestoare. Echipamentul de pre-depozitare / receptie trebuie să aibă o capacitate suficientă care
să evite situatiile in care fabrica să nu mai fie capabilă cateva zile să preia materiile prime pană ce
mai consumă din cele existente (de exemplu in perioadele de vacantă si concedii).
Digestoare: Capacitatea si temperatura de proces a digestoarelor trebuie să permită derularea unui
proces stabil si eficient. Rezervoarele trebuie să fie mereu incălzite si izolate astfel incat
temperatura să fie controlată. Suplimentar, digestorul trebuie să fie prevăzut cu un agitator care
va asigura amestecarea bună a biomasei.
Rezervoarele post-depozitare: scopul acestor rezervoare este de a functiona pe post de rezervoare
tampon pentru ca fabrica să isi poată mentine procesul tehnologic fără indepărtarea biomasei.
Suplimentar, după digestie este posibilă extractia gazului.
Sistemul de conducte cu pompe si valve: Intregul sistem de conducte necesar pentru deplasarea
biomasei, a gazelor si a căldurii rezultate din proces.
Depozitarea gazului: In mod obisnuit este avantajos să existe o posibilitate de depozitare a
gazului inainte ca gazul să ajungă la locul de consum, pentru a compensa fluctuatiile in productia
de gaz. Dacă există o diferentă de pret intre gazul utilizat ziua si noaptea, depozitul de gaz
permite stabilirea conditiilor de utilizare a gazului atunci cand pretul obtinut pentru acesta este
mai mare. Depozitul de gaz va fi construit ca un depozit de presiune scăzută.
Utilizarea gazului: gazul este apoi utilizat printr-una din modalitătile descrise anterior.
6. Producerea energiei electrice pe baza utilizării biogazului
Cel mai răspandit procedeu de producere a energiei electrice necesită o sursă de căldură care să
asigure incălzirea apei in scopul obtinerii de vapori sub presiune. Acesti vapori, destinzandu-se
intr-o turbină, antrenează generatorul (de curent alternativ), care produce energie electrică. După
ce au efectuat lucrul mecanic necesar, vaporii sunt condensati cu ajutorul unei surse de frig, care
este, in general, o sursă de apă rece (apă curgătoare, mare), in care se construiesc circuite de
răcire. In cazul in care căldura rezultată la condensarea vaporilor, este recuperată si utilizată
pentru incălzire, apare notiunea de cogenerare. In această situatie, căldura provenită din răcirea
motorului cu ardere internă, cat si căldura gazelor arse este recuperată printr-un schimbător de
căldură. Căldura neconsumată este evacuata in atmosfera de un radiator suplimentar.
Sursa de căldură, este in mod clasic, rezultatul arderii combustibililor fosili (petrol, gaz, cărbune),
sau rezultatul fisiunii nucleare, in reactoare proiectate să controleze amploarea acestei reactii.

Combustibilii fosili sau uraniul utilizate in aceste cicluri, pot fi inlocuite de surse regenerabile,
precum arderea biomasei sau a biogazului.
Sistemele termoenergetice cu cogenerare utilizează căldura produsă prin ardere atat pentru
producerea de energie mecanică /electrică cat si pentru scopuri tehnologice sau de incălzire /
prepararea apei calde menajere. Ele sunt un caz particular al instalaŃiilor cu cicluri combinate. Nu
constituie de fapt o noutate de ultima oră, ele s-au construit si folosit de mult sub forma unor
centrale electrice cu termoficare (CET), la care se urmăreste in principal producerea de energie
electrică si in al doilea rand furnizarea agentului termic pentru incălzire sau prepararea apei calde.
Nou si revolutionat este utilizarea biogazului rezultat din digestarea biomasei drept combustibil
in aceste centrale de cogenerare.
Energia electrică obtinută in centralele termice cu cogenerare se foloseste la antrenarea pompelor
pentru recircularea agentului termic intre centrala termică si consumatorul extern sau/si pentru
furnizarea de energie electrică.
O importantă deosebită prezintă aspectele legate de protectia mediului. Asemenea centrale de
cogenerare bazate pe arderea biogazului sunt foarte recomandate nu numai din cauza
randamentului ridicat dar si din cauza avantajelor acestora din punct de vedere al protecŃiei
mediului inconjurător.
Utilizarea biogazului la turbine cu gaze permite dezvoltarea producerii de energie in cogenerare
de mică si medie putere. Se dezvoltă astfel productia locală de energie electrică si termică, cu un
grad inalt de eficientă si cu emisii poluante reduse, contribuind la dezvoltarea comunitătilor
locale, la cresterea gradului de confort si de civilizatie al acestora. Datorită debitelor reduse de
biogaz combustibil s-au dezvoltat instalatii de turbine cu gaze de puteri mici si medii, fie
proiectate special, fie prin utilizarea turbinelor de aviatie.

Concluzii
Biogazul ce se obtine din digestia anaerobă a reziduurilor poate deveni unul dintre combustibilii
ce vor sta la baza productiei de energie electrică si termică. Sursele regenerabile de energie se
bucură, atat in legislatia europeană cat si in practica statelor europene de o atentie tot mai sporită.
Instalatiile de producere si valorificare a biogazului aduce o contributie esentială in domeniul
energetic, fie că este vorba de cresterea productivitătii recoltelor agricole sau de reducerea
cheltuielilor financiare comunale. Instalatiile de producere si valorificare a biogazului prezintă in
plus avantajul că, in cazul alimentării continue cu substraturi, furnizează energie electrică la
putere relativ constantă. Prezentul articol constituie o prezentare sintetică a proceselor si
fenomenelor ce stau la baza exploatării resursei energetice regenerabile din biomasă si a
reglementărilor de la nivel european pe acest domeniu.

 
 

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s

 
%d blogeri au apreciat asta: