Egy modern biogázüzem üzemeltetése és építése
A biomasszától a fenntartható energiáig
A biogázüzemet úgy építik meg, hogy optimális feltételeket biztosítson a biogáztermeléshez: A biomasszát nagy tartályokban ("emésztőkben") tartják, ahol fény és oxigén hiányában erjed. Ez az anaerob erjedés négy szakaszban zajlik, amelyek során az egyes speciális baktériumok lépésről lépésre átalakítják a biomasszát, és így biogázt termelnek. Ezek a "lépések (más néven "fázisok") a következők:
- Első lépés: hidrolízis (a nyersanyag megemésztése).
- Második lépés: Acidogenezis (savasodás)
- Harmadik lépés: Acetogenezis (ecetsav képződése)
- Negyedik lépés: Metanogenezis (metánképződés)
Maga a biogáz főként metánból és szén-dioxidból áll, de számos más gáz is található benne, például kénhidrogén, nitrogén, oxigén és ammónia. Az erjedési folyamat végén megmarad az "emésztett" erjedési maradék, amely a mezőgazdaságban műtrágyaként felhasználható. Ezzel befejeződik a természetes körforgás; mivel nincs más hasznosítható melléktermék, a biogáz rendkívül fenntartható.
Biogáz: a beton tehén
A fent leírt folyamatlépéseket figyelembe véve nagy a hasonlóság a tehén emésztőrendszerével - ezért is nevezik a biogázüzemet betontehénnek is. Mind a biogázüzemben, mind a kérődzők emésztőrendszerében a baktériumok a biomasszát energiává alakítják. A modern biogázüzemekben a "szubsztrátum előkészítés" néven ismert folyamat a tehén rágásának felel meg. A hidrolízis a tehén első gyomrában (a bendőben) zajlik. A savasodás és az ecetsav képződése ezután az omasumban és a hasnyálmirigyben történik, míg az energia előállítása (azaz a tehén szervezetébe való felszívódása) a vékony- és vastagbélben, valamint a vakbélben történik. Egy másik feltűnő hasonlóság a szilárd bemeneti anyagban (szubsztrát) van. A tehenekhez hasonlóan sok gazda a biogázüzemet is megújuló anyagokkal, például kukorica- és fűszilázzsal eteti.
A biogázüzem elemei
Minden biogázüzem fontos alapelemei a következők::
- Szubsztrát / szilárd anyag etetés
- Emésztőtartály
- Keverők az emésztőkben történő keveréshez
- Gáztároló
- Erjedési maradék tároló a maradék erjesztett anyag számára
- A biogáz hasznosítása általában kapcsolt energiatermelő egységben vagy ritkábban gázfeldolgozásra és tárolásra a hálózatban történik.
A kapcsolt energiatermelő egység egy gázmotor, amely egy generátorral van összekapcsolva, amely a biogáz energiájából villamos energiát (áramot) termel. A keverőkre azért van szükség, mert csak ezek képesek optimális feltételeket teremteni a biogáz előállításához, ha a fermentor jól és egyenletesen van keverve. A cél a a szilárdanyag-táplálás a szilárd biomassza bevezetése az emésztőbe. Ideális esetben ez a biomassza típusától függetlenül alacsony energiafogyasztással és problémamentes működéssel történik.
A biogázüzemben felhasználható szilárd anyag mennyisége több tényezőtől függ. Alapvetően a szervesanyag-tartalomnak nagyon sűrűnek kell lennie, mivel csak ez alakítható át biogázzá. A tartózkodási időnek is meg kell felelnie a felhasznált szilárd anyagnak. A tartózkodási idő azt az átlagos időt jelenti, amelyet a biomassza a fermentorban tölt, amíg ki nem folyik. Ha ez az idő túl rövid, akkor a baktériumoknak nincs elég idejük arra, hogy a szilárd anyag nagy részét a szükséges mértékben lebontsák. Ennek eredményeként a biomasszában lévő energia nem hasznosul teljes mértékben. Technológiai szempontból ez nem jelent problémát, de hatással van a biogázüzem költséghatékony működésére. A nagy energiafelhasználású anyagok nem jelentik automatikusan a leggazdaságosabb hozamot sem. Figyelembe kell venni az inputanyag költségeit és az általa ténylegesen szolgáltatható energiát is. Végül a kiválasztott biomasszára hatósági engedélyt kell kérni.
