Drift og opførelse af et moderne biogasanlæg
Fra biomasse til vedvarende energi
Et biogasanlæg er konstrueret til at skabe de bedst mulige betingelser for biogasproduktion. Biomassen opholder sig i store reaktorer, hvor den forgærer uden adgang til lys og ilt. Denne anaerobe forgæring foregår i fire biologiske faser, hvor forskellige grupper af mikroorganismer nedbryder materialet trin for trin og danner biogas. De fire faser er:
• Hydrolyse – nedbrydning af komplekse organiske materialer til simple forbindelser
• Acidogenese – omdannelse af disse forbindelser til organiske syrer
• Acetogenese – dannelse af eddikesyre og andre forstadier til metan
• Metanogenese – omdannelse af disse stoffer til metan og kuldioxid
Biogassen består hovedsageligt af metan og kuldioxid, men indeholder også mindre mængder brintsvovl, nitrogen, ilt og ammoniak. Når forgæringen er afsluttet, står man tilbage med biorest, som kan anvendes i landbruget som gødning. Processen fuldender det naturlige kredsløb og gør biogas til en ressourceeffektiv og bæredygtig energiform.
Vådfermentering og tørfermentering
De to fermenteringsmetoder
Ud over de biologiske faser har selve driftsprincipperne i biogasanlæg stor betydning for processen, og her skelnes der typisk mellem vådfermentering og tørfermentering. Ved vådfermentering pumpes en homogen biomasse med lavt til moderat tørstofindhold kontinuerligt ind i reaktoren. Processen er velegnet til gylle, blandet biomasse og flydende sidestrømme, hvor et stabilt flow og en ensartet tørstofbalance er afgørende for driftsstabiliteten.
Tørfermentering anvendes derimod til biomasser med højt tørstofindhold, som energiafgrøder, fiberfraktioner og organisk restaffald. Her foregår processen ofte i batch eller i længere cyklusser, og materialet håndteres mere som et fast stof end som en pumpebar masse. Tørfermentering stiller derfor særlige krav til indfødning, fordeling og opblanding for at sikre en ensartet nedbrydning.
Valget mellem våd- og tørfermentering afhænger af inputmateriale, anlægstype og ønsket processtrategi. Begge metoder kan opnå høj effektivitet, når materiale strømmen og de biologiske betingelser er korrekt tilpasset.
Biogasanlæg og biometananlæg
Der er en bemærkelsesværdig lighed mellem de procestrin, der foregår i et biogasanlæg, og fordøjelsessystemet hos en ko. Derfor omtales et biogasanlæg nogle gange som en “betonko”. I begge tilfælde omdanner bakterier biomassen til energi gennem en række biologiske nedbrydningsfaser.
Det, der i moderne biogasanlæg kaldes for “substratforberedelse”, svarer til koens tyggeproces. Hydrolysen kan sammenlignes med nedbrydningen i vommen, mens acidogenese og acetogenese minder om processerne i bladmaven og løben. Den egentlige energiudnyttelse – metanproduktionen i biogasanlægget – svarer til den optagelse, der sker i koens tynd- og tyktarm samt blindtarm.
Der er også en parallel, når det gælder det faste inputmateriale. Mange landmænd bruger de samme typer biomasse i deres biogasanlæg, som de fodrer deres køer med, eksempelvis energiafgrøder som majssilage og græsensilage.
Biogasanlæggets elementer
Vigtige kerneelementer i et biogasanlæg omfatter:
• Substrat / faststofindfødning
• Reaktor (digester)
• Mixere i reaktoren
• Gaslager
• Lager for biorest
• Udnyttelse af biogassen, typisk i et kraftvarmeanlæg eller ved opgradering til bionaturgas
Et kraftvarmeanlæg (CHP) består af en gasmotor koblet til en generator, som producerer elektricitet og varme baseret på energiindholdet i biogassen. Mixere er nødvendige for at sikre ensartede forhold i reaktoren; en homogen fordeling af biomassen skaber de optimale betingelser for en stabil og effektiv anaerob forgæring.
Formålet med faststofindfødning er at føre den faste biomasse ind i reaktoren på en kontrolleret og energibesparende måde. Processen skal fungere stabilt og uden driftsstop – uanset om biomassen består af fiberfraktioner, energiafgrøder eller andet organisk materiale.
Hvilke typer fast biomasse der kan anvendes i et biogasanlæg, afhænger af flere forhold. Det afgørende er, at materialet har et højt indhold af organisk stof, da det er denne del, der omdannes til biogas. Samtidig skal opholdstiden i reaktoren passe til den anvendte biomasse. Opholdstid er den gennemsnitlige tid, biomassen befinder sig i reaktoren, inden den ledes videre.
Hvis opholdstiden er for kort, får bakterierne ikke tilstrækkelig tid til at nedbryde materialet, og en del af energipotentialet udnyttes ikke. Det giver ikke tekniske problemer i processen, men det reducerer anlæggets samlede økonomi og energieffektivitet.
Et højt energiindhold i biomassen betyder heller ikke automatisk, at den giver den bedste økonomi. Omkostningerne til selve biomassen samt den reelle energimængde, der kan udvindes, skal også indgå i vurderingen. Derudover kræver anvendelsen af forskellige biomasser ofte myndighedsgodkendelse, før de må bruges i biogasanlægget.
