Biogaz

Biogaz to mieszanina gazów będąca produktem beztlenowego rozkładu materii organicznej (np. ścieki, organiczne odpady komunalne, odchody zwierzęce, odpady przemysłu rolno-spożywczego, materiał roślinny) a częściowo także ich rozpadu gnilnego.

Biogaz wytwarzany w procesie fermentacji metanowej przez mikroorganizmy anaerobowe, składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla, może zawierać niewielkie ilości siarkowodoru, wodoru, wody, tlenku węgla oraz siloksanów. Metan, wodór, oraz tlenek węgla, mogą ulec spaleniu lub utlenieniu wydzielając energię, co pozwala na wykorzystanie biogazu jako paliw. Biogaz może zostać oczyszczony do biometanu, aby spełniał standardy jakości gazu ziemnego, a następnie sprężony i jako biopaliwo (bio-CNG) wykorzystywany w pojazdach mechanicznych.

Dzięki możliwości magazynowania biogaz może być także wykorzystany w celach regulacyjnych i na potrzeby samobilansowania się klastrów energii, oraz spółdzielni energetycznych. Jego dodatkową zaletą jest to, że umożliwia zagospodarowanie szczególnie uciążliwych odpadów i domknięcie obiegu zamkniętego, np. z rolnictwa, przemysłu rolno-spożywczego, zwierzęcych lub komunalnych ulegających biodegradacji.

Biogaz jest uważany za odnawialne źródło energii, ponieważ obieg węgla w cyklu produkcji jego surowców i zużycia jest zamknięty i nie wiąże się z emisją netto dwutlenku węgla. Materia organiczna wykorzystywana w produkcji biogazu rośnie z wykorzystaniem dwutlenku węgla w powtarzalnym, bezstratnym cyklu. Taka sama ilość dwutlenku jest absorbowana z atmosfery, jak ilość wydalana podczas spalania biogazu.

Podstawowe informacje

Nowelizacja Prawa Energetycznego, która weszła w życie dnia 11 marca 2010 roku, (art. 3 pkt 20a), definiuje biogaz rolniczy, jako: paliwo gazowe otrzymywane z surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, produktów ubocznych lub pozostałości przemysłu rolno-spożywczego lub biomasy leśnej w procesie fermentacji metanowej.

Definicja biogazu wprowadzona na potrzeby rozliczania energii wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii, zgodne z dyrektywą 2001/77/WE, zawarta jest w rozporządzeniu ministra gospodarki z dnia 19 grudnia 2005 roku w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii (Dz.U. Nr 261, poz. 2187, z późn. zm.)[7]. Definicja ta mówi, że: biogaz to gaz pozyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów.

Biogazownie, jako odnawialne źródło energii, zastępują produkcję energii z paliw kopalnych, zmniejszając emisję dwutlenku węgla, są stabilnym i niezależnym od warunków pogodowych źródłem. Mogą produkować energię nawet przez 8 tys. godz. rocznie (90% czasu), w przeciwieństwie do innych instalacji OZE, których sprawność energetyczna jest zależna od pogody i waha się od 10 do 30%.

Skład biogazu

Skład biogazu różni się w zależności od surowców użytych w procesie fermentacji. Gaz wysypiskowy zwykle zawiera około 50% metanu. Zaawansowane technologie oczyszczania ścieków są w stanie wytworzyć biogaz zawierający 55-75% metanu. Nieoczyszczony biogaz zawiera parę wodną, której ilość jest zależna od temperatury wytwarzania biogazu.

W niektórych przypadkach biogaz zawiera siloksany. Są one wynikiem beztlenowego rozkładu substancji powszechnie występujących w mydłach i detergentach. Podczas spalania gazu zawierającego siloksany wydziela się krzem, który może reagować z tlenem lub innymi składnikami gazu. W wyniku reakcji wytrącają się osady, zawierające głównie ditlenek krzemu i inne krzemiany SixOy. Mogą także zawierać związki wapnia, siarki, cynku i fosforu. Osad przybiera formę warstwy osadu białej substancji o grubości kilku milimetrów i musi być usunięty przy użyciu środków chemicznych lub mechanicznych. Istnieją praktyczne i efektywne ekonomicznie technologie oczyszczania biogazu z slikosanów oraz innych zanieczyszczeń.

Wytwarzanie

Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie, stąd nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy odgazowujące. Nowoczesne składowiska odpadów wyposażane są w komory fermentacyjne lub bioreaktory, w których dokonuje się fermentacji niektórych frakcji odpadów przez ich składowaniem.

Fermentacja metanowa tych odpadów odbywa się w stałych temperaturach 33-37°C dla bakterii metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70°C dla bakterii termofilnych oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności.

Ze składowiska o powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tys. ton.

Celowa produkcja biogazu następuje również w komorach fermentacyjnych biogazowni. Najczęściej fermentacja zachodzi w nich w temperaturze 30-40°C (fermentacja mezofilna).

Biogaz powstaje również w sposób naturalny np. na torfowiskach (głównie z celulozy), nazywamy go wtedy gazem błotnym lub gazem gnilnym.

Czasami biogaz określa się jako agrogaz, zwłaszcza jeżeli uzyskujemy go z gnojowicy lub obornika. Z 1 m3 gnojowicy można uzyskać w przybliżeniu 20 m3 biogazu, natomiast z 1 m3 obornika nawet 30 m3. Pozostałość po fermentacji stanowi cenny nawóz.

Surowce do produkcji biogazu

Badania nad wykorzystaniem liści jako substratu w produkcji biogazu koncentrują się głównie wokół liści zebranych na terenach miejskich i wiejskich. Możliwość wykorzystania świeżych lub opadłych liści pozyskanych z terenów leśnych lub sadów/plantacji wzbudziła zainteresowanie naukowców w różnych krajach, ale nie została opisana w sposób zadowalający w Europie. Także badania nad wykorzystaniem biomasy zebranej na nieprzydatnych rolniczo terenach, takich jak zwałowiska odpadów są bardzo skromne.

Zastosowanie

Biogaz ma szerokie zastosowanie: wykorzystuje się go głównie w Indiach, Chinach, Szwajcarii, Francji, Niemczech i USA jako paliwo dla generatorów prądu elektrycznego, jako źródło energii do ogrzewania wody użytkowej, a po oczyszczeniu i sprężeniu jako paliwo do napędu silników (instalacje CNG).

Uszlachetnianie biogazu to jedna z alternatyw dla wykorzystania biogazu w układzie kogeneracyjnym. Wprowadzenie biometanu do sieci dystrybucyjnej gazu ziemnego rozwiązuje problem zagospodarowania ciepła/chłodu. Biogaz, w porównaniu z gazem ziemnym, ma mniejszą kaloryczność, nie zawiera węglowodorów wyższych, zawiera dużą ilość CO2 oraz inne zanieczyszczenia. Właśnie dlatego wprowadzenie biogazu do sieci dystrybucyjnej wymaga jego uzdatnienia do tzw. biometanu.

Oczyszczanie i magazynowanie

Oczyszczanie biogazu składa się z następujących etapów:

• usuwanie siarkowodoru
  • metoda ze złożem stałym – proces odsiarczania prowadzony jest przez swobodny przepływ biogazu przez kilka warstw złoża rudy darniowej. Układy te wyposaża się w system do regeneracji złoża tlenem. W wyniku przepływu biogazu przez złoże, siarkowodór reaguje z tlenkami żelaza, tworząc siarczki żelaza.
  • metoda biologiczna – metoda odsiarczania biogazu przez zastosowanie bakterii z rodzaju Thiobacillus. Proces odsiarczania biologicznego prowadzona jest w bioskruberach lub biofiltrach.
  • metoda mokra z roztworem alkalicznym – absorpcja siarkowodoru następuje poprzez zraszanie biogazu roztworem alkalicznym. W wyniku reakcji zasady z siarkowodorem powstają siarczki, których roztwór jest odpadem.
  • metoda mokra katalityczna – siarkowodór przetwarzany jest na siarkę, która jest usuwana w postaci pasty. Skuteczność tej metody wynosi 99% przy stężeniu siarkowodoru na poziomie kilku ppm.
  • odsiarczanie adsorpcyjne – biogaz przepływa przez kolumnę filtracyjną wypełnioną adsorberem, w którym czynnikiem roboczym jest w większości węgiel aktywny. Złoże filtrowe po wyczerpaniu swoich właściwości sorpcyjnych może być kilkakrotnie regenerowane i powtórnie wykorzystywane.
• usuwanie siloksanów
  • adsorpcja na węglu aktywnym
  • adsorpcja w ciekłej mieszaninie węglowodorów
  • osuszanie biogazu poprzez oziębianie z jednoczesnym usuwaniem wody
• osuszanie – proces osuszania biogazu polega na schłodzeniu biogazu do temperatury 6-10°C i kondensacji zawartej w biogazie pary wodnej oraz na wyprowadzaniu z instalacji skroplonego kondensatu, łącznie z zawieszonymi w strumieniu biogazu aerozolami. Biogaz wprowadzony jest do schładzacza, w nim następuje kilkukrotne schłodzenie przy jednoczesnym podgrzaniu biogazu odwodnionego. Następnie biogaz jest kierowany do drugiego schładzacza o temperaturze 10 °C, zaś wilgoć kondensuje z biogazu.

Do magazynowania biogazu stosuje się najczęściej niskociśnieniowe membranowe zbiorniki dwupowłokowe. Powłokę wewnętrzną stanowi powłoka, w której jest biogaz, zaś powłoka zewnętrzna pełni funkcję ochronną, zabezpieczającą przed wpływem niekorzystnych czynników zewnętrznych. Pomiędzy powłokami jest tłoczone powietrze, zaś czujnik ciśnienia wskazuje odpowiednią ilość biogazu w zbiorniku. Zbiorniki wykonywane są w pojemnościach od kilkudziesięciu do kilkunastu tysięcy m3.

Produkcja biogazu w Polsce

Polska dysponuje bardzo dużym potencjałem surowcowym w zakresie produkcji biogazu. Według przytaczanych przez MRiRW szacunków, opartych jedynie na surowcach z rolnictwa, istnieje możliwość pozyskania ponad 7,8 mld m3 biogazu rolniczego rocznie (2 GW). Przy uwzględnieniu surowców pochodzących również z przetwórstwa rolno-spożywczego ten potencjał może być nawet dwukrotnie wyższy. Tak duży wolumen to też efekt strumienia bioodpadów, będących efektem rosnącej konsumpcji, a także zaostrzenia regulacji dotyczących gospodarki odpadami, które stopniowo ograniczają składowanie bioodpadów.

Obecnie jednak moc zainstalowana wszystkich instalacji biogazowych (biogaz składowiskowy, biogaz rolniczy, biogaz z oczyszczalni ścieków) wynosi raptem niecałe 300 MW (w tym biogaz rolniczy tylko niecałe 155 MW).

Jedną z barier w rozwoju biogazu jest kwestia wysokich kosztów inwestycyjnych (30 mln zł za 1 MW instalacji) w porównaniu z innymi źródłami odnawialnymi,

Drugą istotną barierą są protesty społeczne przeciw budowie biogazowni, biorące się z dużej uciążliwości zapachowej takich obiektów. Obawy te wzięły się z tego, że w kilku przypadkach w Polsce biogazownie były rzeczywiście bardzo uciążliwe zapachowo dla otoczenia. Działo się tak dlatego, że obiekty były wadliwie zaprojektowane i niewłaściwie eksploatowane. Dlatego przy projekcie i budowie biogazowni ważne jest dobranie odpowiedniej technologii, wykorzystanie lokalnych substratów i odpowiedni sposób recykling odpadów.

We wrześniu 2023 roku weszła w życie większość zapisów specustawy o biogazowniach rolniczych, która ma zdynamizować rozwój tego sektora i pozwolić w większym stopniu wykorzystywać biogaz do produkcji energii na obszarach wiejskich. Jej najważniejszym założeniem jest skrócenie procesu inwestycyjnego i znaczące ułatwienia dla budowy biogazowni rolniczych, w tym m.in. uproszczenia w wydawaniu decyzji dotyczących warunków zabudowy, pozwoleń na budowę oraz przyłączania do sieci.

Zgodnie z nową regulacją do budowy biogazowni na własnym gruncie uprawnione są m.in. gospodarstwa rolne, a także branża przetwórcza. Biogazownie, powstające na mocy nowej specustawy, mają mieć lokalny charakter – takie instalacje mogą mieć maksymalną moc na poziomie 3,5 MW wytwarzanej energii elektrycznej lub 10,5 MW mocy cieplnej, roczną wydajność produkcji biogazu rolniczego nieprzekraczającą 14 mln m3 albo roczną wydajność produkcji biometanu z biogazu rolniczego na poziomie maksymalnie 8,4 mln m3. Jak wskazano w uzasadnieniu do ustawy, te limity odpowiadają mniej więcej średniemu zapotrzebowaniu gminy wiejskiej na energię lub ciepło. W specustawie wskazano też, że w biogazowniach rolniczych trzeba wykorzystywać lokalny surowiec.

MRiRW szacuje, że dzięki nowym przepisom w Polsce może powstać nawet ok. 2 tys. biogazowni rolniczych. Jak na razie w rejestrze wytwórców biogazu rolniczego, prowadzonym przez Krajowy Ośrodek Wsparcia Rolnictwa, figuruje 136 wytwórców biogazu rolniczego prowadzących łącznie 168 takich instalacji. Roczna wydajność instalacji OZE, w której jest wytwarzany biogaz rolniczy, wynosi 631 mln m3 rocznie.

Resort ocenia, że pozytywnym skutkiem rozwoju sektora biogazowni rolniczych będzie obniżenie kosztów działalności rolniczej, co związane jest ze spadkiem kosztów energii i wprowadzonymi ułatwieniami w zakresie wykorzystania produktu pofermentacyjnego jako nawozu. To wszystko może doprowadzić do aktywizacji lokalnej społeczności, a w konsekwencji poprawi się także sytuacja na lokalnym rynku pracy. Możliwym skutkiem wprowadzonych zmian, zdaniem MRiRW, będzie powstanie nowych firm i wyspecjalizowanie się już istniejących przedsiębiorstw w zakresie instalacji biogazowni rolniczych, co z kolei przyczyni się do zwiększenia konkurencyjności i atrakcyjności lokalnej gospodarki. Funkcjonowanie biogazowni rolniczych może także przynieść dodatkowe wpływy do budżetów gmin.

dodatkowe informacje:
Rejestr wytwórców biogazu rolniczego

źródło: materiały prasowe
Biogaz, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Rejestr wytwórców biogazu rolniczego

☀️ Odnawialne źródła energii – dodatkowe informacje:
bateria ze stałym elektrolitem, biogaz, biogazownia, biomasa, biometan, biopaliwo, biowodór, blackout, Cable pooling, dynamiczne ceny energii, efektywność energetyczna budynków, energetyka prosumencka, energetyka jądrowa, energetyka rozproszona, energia cieplna oceanu, energia geotermalna, energia prądów morskich pływów i falowania, energia słoneczna, energia wiatru, energia wodna, fleksument, fuzja termojądrowa, klastry energii, kogeneracja, konsument, kryzys energetyczny, linia bezpośrednia, LNG, LPG, magazyny energii, offshore, perowskit, prosument, prosument lokatorski, prosument zbiorowy, REPowerEU, Small Modular Reactor (SMR), spółdzielnie energetyczne (wspólnoty energetyczne), system net-billingu, transformacja energetyczna, wirtualny magazyn, wodór, ubóstwo energetyczne, zielona energia, zrównoważona energetyka

🧠 Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

🤝Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

☕ Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-) 💪☕

🔔 Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres:
✉️ informacje@wlaczoszczedzanie.pl

🔍Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie