Drift och uppförande av en modern biogasanläggning
Från biomassa till hållbar energi
En biogasanläggning är uppbyggd så att den ger optimala förutsättningar för biogasproduktion: Biomassan förvaras i stora behållare ("rötkammare") där den jäser i avsaknad av ljus och syre. Denna anaeroba jäsning sker i fyra steg, under vilka varje specialiserad bakterie omvandlar biomassan steg för steg och producerar biogas. Dessa "steg" (även kallade "faser") är följande:
- Första steget: Hydrolys (nedbrytning av råmaterial)
- Andra steget: Acidogenes (försurning)
- Tredje steget: Acetogenes (bildning av ättiksyra)
- Fjärde steget: Metanogenes (bildning av metan)
Själva biogasen består huvudsakligen av metan och koldioxid, men även av många andra gaser som t.ex. svavelväte, kväve, syre och ammoniak. I slutet av jäsningsprocessen återstår jäsningsresten "digestat", som kan användas som gödningsmedel inom jordbruket. På så sätt sluts det naturliga kretsloppet; utan någon annan användbar biprodukt är biogas mycket hållbart.
Biogas: den konkreta kon
Med tanke på de processteg som beskrivs ovan finns det stora likheter med matsmältningssystemet hos en ko - vilket är anledningen till att en biogasanläggning också kallas för en betongko. I både biogasanläggningen och i idisslarnas matsmältningssystem omvandlar bakterier biomassa till energi. Den process i moderna biogasanläggningar som kallas "substratberedning" motsvarar kons tuggande. Hydrolysen sker i kons första magsäck (våmmen). Försurningen och bildningen av ättiksyra sker sedan i omasum och abomasum, medan energin genereras (dvs. absorberas i kons kropp) i tunn- och tjocktarmen samt blindtarmen. En annan slående likhet är det fasta insatsmaterialet (substratet). Precis som sina kor matar många bönder sina biogasanläggningar med förnybara material som majs- och gräsensilage.
Beståndsdelarna i en biogasanläggning
Viktiga kärnelement i varje biogasanläggning är följande::
- Substrat / matning av fast material
- Rötkammartank
- Blandare för blandning i rötkamrarna
- Lagring av gas
- Lagring av fermenteringsrester för det återstående fermenterade materialet
- Biogasutnyttjande används vanligtvis för en kraftvärmeenhet eller mer sällan för gasbehandling och lagring i nätverket
En kraftvärmeenhet är en gasmotor som är kopplad till en generator som genererar elektricitet (kraft) från biogasenergin. Omrörare är nödvändiga, eftersom endast de kan skapa optimala förutsättningar för generering av biogas när rötkammaren blandas väl och jämnt. Målet med matning av fast material är att föra in den fasta biomassan i rötkammaren. Detta ska helst ske med låg energiförbrukning och problemfri drift, oavsett vilken typ av biomassa det handlar om.
Hur mycket fast material som kan användas i en biogasanläggning beror på flera faktorer. I grund och botten bör det organiska innehållet vara mycket tätt, eftersom det är det enda som kan omvandlas till biogas. Retentionstiden måste också matcha det fasta material som används. Retentionstiden är den genomsnittliga tid som biomassan befinner sig i rötkammaren tills den rinner ut. Om denna tid är för kort hinner inte bakterierna bryta ner merparten av det fasta materialet efter behov. Detta leder till att energin i biomassan inte utnyttjas fullt ut. Ur ett tekniskt perspektiv är detta inget problem, men det påverkar den kostnadseffektiva driften av biogasanläggningen. Material med hög energianvändning ger inte heller automatiskt det mest ekonomiska utbytet. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till kostnaderna för insatsmaterialet och den faktiska energi som det kan ge. Slutligen måste officiellt tillstånd begäras för den valda biomassan.
