Biogaz

Biogaz czyli produkt fermentacji metanowej

Biogaz (gaz wysypiskowy) to palny gaz będący produktem fermentacji metanowej związków pochodzenia organicznego np. ścieki, wysłodki, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, a częściowo także ich rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni.

Biogaz jest mieszaniną różnych gazów wytwarzanych przez mikroorganizmy anaerobowe oraz wydobywających się z fermentowanych materiałów, składa się głównie z metanu i dwutlenku węgla, może zawierać niewielkie ilości siarkowodoru, wody oraz siloksanów.

Metan, wodór oraz tlenek węgla mogą ulec spaleniu lub utlenieniu wydzielając energię, co pozwala na wykorzystanie biogazu jako paliwa. Może być wykorzystywany do ogrzewania, także do gotowania oraz w generatorach prądu.

Biogaz może zostać oczyszczony do bio-metanu, aby spełniał standardy jakości gazu ziemnego. Może zostać sprężony, w taki sam sposób jak gaz ziemny i jako CNG wykorzystywany jako paliwo w pojazdach mechanicznych.

Technologie wytwarzające i wykorzystujące biogaz kwalifikują się do otrzymania dofinansowania wspierającego rozwój OZE w niektórych krajach. Biogaz jest uważany za odnawialne źródło energii, ponieważ obieg węgla w cyklu produkcji jego surowców i zużycia jest zamknięty i nie wiąże się z 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.

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.

Skład biogazu:

• metan CH4 – 50-75%
• dwutlenek węgla CO2 – 25-50%
• azot N2 – 0-10%
• wodór H2 – 0-1%
• siarkowodór H2S – 0-3%
• tlen O2 – 0-0,5%

Wytwarzanie biogazu

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 stopni (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 biogazu

• ziarno kukurydzy, kiszonka z kukurydzy
• trawa, kiszonka z trawy
• żyto, żyto ziarno
• burak pastewny, burak cukrowy
• odpady organiczne
• obornik kurzy, świński, bydlęcy
• wysłodziny
• gnojowica świńska, bydlęca
• pszenica, ziarno pszenicy
• ziarno owsa, pszenżyta, jęczmienia
• ziarno rzepaku, śruta rzepakowa
• gliceryna, tłuszcze
• pokrzywy, słonecznik, miskant, len
• trawa sudańska, mozga kanaryjska
• życica, jarmuż
• słoma, plewy
• ziemniaki
• koniczyna biała, łąkowa
• sorgo, słonecznik bulwiasty
• rzepa, rabarbar, lucerna, konopie
• groch
• liście

Zastosowanie biogazu

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 – biometan

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.

Odnawialne źródła energii – dodatkowe informacje:
biogaz, biometan, biopaliwo, efektywność energetyczna, energetyka prosumencka, energetyka jądrowa, energetyka rozproszona, energia cieplna oceanu, energia geotermalna, energia prądów morskich pływów i falowania, energia słoneczna, energia wiatru, energia wodna, fuzja termojądrowa, kryzys energetyczny, offshore, perowskit, prosument, REPowerEU, Small Modular Reactor (SMR), spółdzielnie energetyczne (wspólnoty energetyczne), system net-billingu, transformacja energetyczna, wodór, ubóstwo energetyczne, zielona energia, zrównoważona energetyka