Λειτουργία και κατασκευή μιας σύγχρονης μονάδας βιοαερίου
Από τη βιομάζα στη βιώσιμη ενέργεια
Μια μονάδα βιοαερίου κατασκευάζεται έτσι ώστε να παρέχει βέλτιστες συνθήκες για την παραγωγή βιοαερίου: Η βιομάζα διατηρείται σε μεγάλα δοχεία ("χωνευτήρες") όπου ζυμώνεται απουσία φωτός και οξυγόνου. Αυτή η αναερόβια ζύμωση πραγματοποιείται σε τέσσερα στάδια, κατά τα οποία κάθε εξειδικευμένο βακτήριο μετατρέπει τη βιομάζα βήμα προς βήμα, παράγοντας το βιοαέριο. Αυτά τα στάδια (που ονομάζονται επίσης "φάσεις") είναι τα εξής:
- Πρώτο βήμα: Υδρόλυση (χώνευση των πρώτων υλών)
- Δεύτερο βήμα: Οξεογένεση (οξίνιση)
- Τρίτο βήμα: Ακετογένεση (σχηματισμός οξικού οξέος)
- Τέταρτο βήμα: Μεθανογένεση (σχηματισμός μεθανίου)
Το ίδιο το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και από πολλά άλλα αέρια, όπως υδρόθειο, άζωτο, οξυγόνο και αμμωνία. Στο τέλος της διαδικασίας ζύμωσης, απομένει το υπόλειμμα ζύμωσης "χωνεμένο υλικό", το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γεωργία ως λίπασμα. Έτσι ολοκληρώνεται ο φυσικός κύκλος- χωρίς άλλο αξιοποιήσιμο υποπροϊόν, το βιοαέριο είναι εξαιρετικά βιώσιμο.
Βιοαέριο: η «σταθερή πηγή» ενέργειας
Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω βήματα της διαδικασίας, υπάρχει μεγάλη ομοιότητα με το πεπτικό σύστημα της αγελάδας — γι’ αυτό και μια μονάδα βιοαερίου είναι γνωστή και ως «συγκεκριμένη αγελάδα». Σε τόσο τη μονάδα βιοαερίου όσο και στο πεπτικό σύστημα των μηρυκαστικών, τα βακτήρια μετατρέπουν τη βιομάζα σε ενέργεια. Η διαδικασία που στις σύγχρονες μονάδες βιοαερίου ονομάζεται «προετοιμασία υποστρώματος» αντιστοιχεί στο μάσημα της αγελάδας. Η υδρόλυση λαμβάνει χώρα στο πρώτο στομάχι της αγελάδας (μεγάλη κοιλία). Η οξίνιση και η παραγωγή οξικού οξέος συμβαίνουν στο επόμενο στομάχι (ενίχος) και το ήνυστρο, ενώ η ενέργεια παράγεται (δηλαδή απορροφάται από το σώμα της αγελάδας) στο λεπτό και παχύ έντερο, καθώς και στη σκωληκοειδή απόφυση. Μια ακόμα εντυπωσιακή ομοιότητα είναι το στερεό υλικό εισόδου (υπόστρωμα). Όπως και οι αγελάδες τους, πολλοί αγρότες τροφοδοτούν τις μονάδες βιοαερίου με ανανεώσιμα υλικά όπως το καλαμποκέλαιο και η σιλό χλόης.
Τα στοιχεία μιας μονάδας βιοαερίου
Σημαντικά βασικά στοιχεία κάθε μονάδας βιοαερίου είναι τα εξής:
- Υπόστρωμα / τροφοδοσία με στερεά ύλη
- Δεξαμενή χώνευσης
- Αναμικτήρες για την ανάμιξη στους χωνευτήρες
- Αποθήκευση αερίου
- Αποθήκευση υπολειμμάτων ζύμωσης για το υπόλοιπο ζυμωμένο υλικό
- Η αξιοποίηση του βιοαερίου χρησιμοποιείται γενικά για μια μονάδα συμπαραγωγής ή σπανιότερα για επεξεργασία και αποθήκευση αερίου στο δίκτυο
Μια μονάδα συμπαραγωγής είναι ένας κινητήρας αερίου που συνδέεται με μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρική ενέργεια (ρεύμα) από την ενέργεια του βιοαερίου. Οι αναμικτήρες είναι απαραίτητοι, διότι μόνο αυτοί μπορούν να δημιουργήσουν τις βέλτιστες συνθήκες για την παραγωγή βιοαερίου, όταν ο χωνευτήρας αναμιγνύεται καλά και ομοιόμορφα. Ο στόχος του τροφοδοσία στερεών ουσιών είναι η εισαγωγή της στερεάς βιομάζας στον χωνευτήρα. Ιδανικά, αυτό γίνεται με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και απρόσκοπτη λειτουργία, ανεξάρτητα από τον τύπο της βιομάζας.
Η στερεά ύλη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια μονάδα βιοαερίου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Βασικά, το οργανικό περιεχόμενο πρέπει να είναι πολύ πυκνό, καθώς μόνο αυτό μπορεί να μετατραπεί σε βιοαέριο. Ο χρόνος κατακράτησης πρέπει επίσης να ταιριάζει με τη χρησιμοποιούμενη στερεή ύλη. Ο χρόνος κατακράτησης αναφέρεται στο μέσο χρόνο που περνά η βιομάζα στο χωνευτήρα μέχρι να εξέλθει. Εάν ο χρόνος αυτός είναι πολύ μικρός, τότε τα βακτήρια δεν έχουν αρκετό χρόνο για να διασπάσουν το μεγαλύτερο μέρος της στερεάς ύλης όπως απαιτείται. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια που περιέχεται στη βιομάζα δεν αξιοποιείται πλήρως. Από τεχνολογικής άποψης, αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα, αλλά επηρεάζει τη οικονομικά αποδοτική λειτουργία της μονάδας βιοαερίου. Τα υλικά υψηλής ενεργειακής εισροής δεν παρέχουν επίσης αυτόματα την πιο οικονομική απόδοση. Είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το κόστος του υλικού εισόδου και η πραγματική ενέργεια που μπορεί να παρέχει. Τέλος, πρέπει να ζητηθεί επίσημη άδεια για την επιλεγμένη βιομάζα.
