Biyogaz tesisleri: biyokütleden yenilenebilir enerjinin esnek üretimi
Biyogaz teknolojisi çevre dostu doğal süreçler kullanır
Teknik olarak biyogaz, organik maddenin anaerobik (oksijenden bağımsız) fermantasyonunun yanıcı bir yan ürünü olarak kabul edilmekte. Biyogaz, yenilenebilir enerji karmasındaki en esnek elemanlardan biridir. Isı veya elektrik şeklinde depolanabilmekte ve böylece enerji ihtiyaç duyulduğunda kullanılabilmekte. Bu sayede biyogaz, güneş veya rüzgara bağmlı olan solar ve rüzgar enerjisinin karşısında büyük avantaj sunmakta.
Vogelsang, biyogaz'ın ekonomik üretimi için yüksek teknoloji içeren güvenli ekipmanlar sağlamakta. Pompa teknolojisinden, parçalama teknolojisine, katı madde besleme sistemlerine ve ayrıştırma teknolojisine kadar geniş bir Vogelsang biyogaz yelpazesi sunulmakta. Biyogaz sektörünün ortağı olarak müşterilerimizle birlikte teknolojimizi sürekli olarak geliştiriyor, sektördeki değişikliklere kendimizi adapte ediyor ve verimliliği artırmak adına yeni çözümler üretiyoruz. Tüm bu iyileştirme işlemleri içinse biyogaz tesisini detaylı şekilde analiz etmekteyiz. Optimizasyon potansiyelini bulmanın ve tam olarak gerçekleştirmenin tek yolu budur.
Biyogaz sektöründe uluslararası durum
Bugün sadece Almanya'da yaklaşık 10.000 Biyogaz tesisi (kullanılan sayım yöntemine bağlı olarak) nüfusa enerji sağlamaktadır - Avrupa genelinde ise 17.000'in üzerinde tesis bulunmaktadır. Bir Biyogaz tesisinin ortalama büyüklüğü, kullanılan biyokütle türüne bağlı olarak ülkeden ülkeye farklılık göstermektedir. Bu da bazı ülkelerde küçük Biyogaz tesislerinin özellikle teşvik edildiği anlamına gelmektedir. Almanya'da bu tesisler, neredeyse tamamen tarımsal atıkları geri dönüştüren maksimum 75 kWel'e kadar olan tesislerdir. Öte yandan, birkaç megawatt (MW) üreten büyük tesisler de vardır. Girdi malzemeleri, geri dönüştürülmüş yenilenebilir malzemelerin yanı sıra evsel organik atıklar ve gıda atıklarıdır.
Uygulamalar on Biyogaz plants
Bir Biyogaz tesisi, Biyogaz üretimi için en uygun koşulları sağlayacak şekilde inşa edilir: Biyokütle, ışık ve oksijen olmadan fermente edildiği büyük kaplarda ("çürütücüler") tutulur. Bu oksijensiz fermantasyon, her bir özelleşmiş bakterinin biyokütleyi adım adım dönüştürerek Biyogaz ürettiği dört aşamada gerçekleşir. Bu "aşamalar" ("evreler" olarak da adlandırılır) aşağıdaki gibidir:
- İlk adım: Hidroliz (hammaddelerin sindirimi):
- İkinci adım: Asidogenez (asitleşme)
- Üçüncü adım: Asetogenez (asetik asit oluşumu)
- Dördüncü adım: Metanojenez (metan oluşumu)
Biyogazın kendisi esas olarak metan ve karbondioksitten, aynı zamanda hidrojen sülfür, azot, oksijen ve amonyak gibi çok sayıda başka gazdan oluşur. Fermantasyon sürecinin sonunda, tarımda gübre olarak kullanılabilen "digestat" fermantasyon kalıntısı kalır. Böylece doğal döngü tamamlanır; kullanılabilir başka bir yan ürünü olmayan Biyogaz son derece sürdürülebilirdir.
Biyogaz: beton inek
Yukarıda açıklanan işlem adımları göz önüne alındığında, bir ineğin sindirim sistemiyle büyük benzerlik vardır - bu nedenle Biyogaz tesisi beton inek olarak da bilinir. Hem Biyogaz tesisinde hem de geviş getiren hayvanların sindirim sistemlerinde bakteriler biyokütleyi enerjiye dönüştürür. Modern Biyogaz tesislerinde "substrat hazırlama" olarak bilinen süreç, ineğin çiğnemesine eşdeğerdir. Hidroliz, ineğin ilk midesinde (rumen) gerçekleşir. Asitleşme ve asetik asit oluşumu daha sonra omasum ve abomasumda gerçekleşirken, enerji ince ve kalın bağırsakların yanı sıra apandiste de üretilir (yani ineğin vücuduna emilir). Bir başka çarpıcı benzerlik de katı girdi malzemesidir (substrat). Birçok çiftçi, inekleri gibi Biyogaz tesislerini de mısır silajı ve ot silajı gibi yenilenebilir malzemelerle beslemektedir.
Bir Biyogaz tesisinin unsurları
Her Biyogaz tesisinin önemli temel unsurları aşağıdaki gibidir:
- Substrat / katı madde besleme
- Çürütücü tankı
- Çürütücülerde karıştırma için mikserler
- Gaz deposu
- Kalan fermente malzeme için fermantasyon kalıntısı deposu
- Biyogaz kullanımı genellikle bir kojenerasyon ünitesi için veya daha nadiren şebekede gaz işleme ve depolama için kullanılır.
Kojenerasyon ünitesi, Biyogaz enerjisinden elektrik (güç) üreten bir jeneratör ile birleştirilmiş bir gaz motorudur. Karıştırıcılar gereklidir, çünkü çürütücü iyi ve eşit bir şekilde karıştırıldığında Biyogaz üretimi için optimum koşulları yalnızca onlar yaratabilir. Katı madde beslemenin amacı katı biyokütleyi çürütücüye vermektiris. İdeal olarak bu, biyokütle türünden bağımsız olarak düşük enerji tüketimi ve sorunsuz çalışma ile yapılır.
Bir Biyogaz tesisinde kullanılabilecek katı madde çeşitli faktörlere bağlıdır. Temel olarak, organik içerik çok yoğun olmalıdır, çünkü sadece bu Biyogaz'a dönüştürülebilir. Alıkonma süresi de kullanılan katı maddeye uygun olmalıdır. Bekletme süresi, biyokütlenin dışarı akana kadar çürütücüde geçirdiği ortalama süreyi ifade eder. Bu süre çok kısaysa, bakteriler katı maddenin çoğunu gerektiği gibi parçalamak için yeterli zamana sahip değildir. Sonuç olarak, biyokütlenin içerdiği enerjiden tam olarak faydalanılamaz. Teknolojik açıdan bakıldığında bu bir sorun değildir, ancak Biyogaz tesisinin uygun maliyetli çalışmasını etkiler. Yüksek enerji girdili malzemeler de otomatik olarak en ekonomik verimi sağlamaz. Girdi malzemesinin maliyetini ve sağlayabileceği gerçek enerjiyi de göz önünde bulundurmak gerekir. Son olarak, seçilen biyokütle için resmi izin talep edilmelidir.
Islak fermantasyon ve kuru fermantasyon - iki fermantasyon yöntemidir.
Biyogaz tesisleri genellikle farklı yönlere göre kategorize edilir. Örneğin, yaş fermantasyon ve kuru fermantasyon arasında bir ayrım yapılır. Islak fermantasyon sırasında katı madde bir sıvı ile karıştırılır. Ortaya çıkan organik süspansiyon genellikle akıcıdır ve pompalar kullanılarak hareketettirilir. Kuru fermantasyon sırasında, istiflenebilir biyokütle bir "kutu çürütücü" veya "garaj çürütücü" içine paketlenir ve ardından bir sıvı ("perkolat") püskürtülür. Alttan sızan perkolat toplanır ve biyokütlenin üstüne yeniden uygulanır. Bu, fermantasyon sürecini kolaylaştırır ve dolayısıyla Biyogaz üretimini mümkün kılar. Bu tür bir tesis çok yaygın olarak kullanılmamakta ve öncelikle yeşil kesimler veya evlerden gelen gıda atıkları gibi organik atıkların fermantasyonu için kullanılmaktadır.
Biyogaz tesisleri ve biyo-metan tesisleri - önemli olan ortaya ne çıktığıdır
Bir diğer ayrım ise Biyogaz tesisleri ile biyo-metan tesisleridir. Her iki tesis de Biyogaz üretmektedir. Biyogaz tesislerinde (Almanya'daki en yaygın tür), bu Biyogaz biraz işlenir ve daha sonra yakındaki bir kojenerasyon ünitesinde doğrudan elektrik ve ısıya dönüştürülür. Biyo-metan tesisleri Biyogazı o kadar iyi işler ki - doğal gaz gibi - neredeyse tamamen metandan oluşur. Dolayısıyla bu biyo-metan doğrudan doğal gaz şebekesine beslenebilir ve buradan taşınarak enerjiye ihtiyaç duyulan yerlerde yakılabilir.
Atık tesisleri: organik atıkların akıllı kullanımı
Bir diğer yaygın sınıflandırma ise kullanılan biyokütleye dayanmaktadır. Kofermantasyon tesisleri veya atık tesisleri ile yenilenebilir madde tesisleri arasında ayrım yapar. "Kofermantasyon tesisi" terimi, Almanya'daki Biyogaz patlamasının ilk günlerine kadar uzanmaktadır. Çiftçiler, sıvı gübrede bulunan enerjiyi Biyogaz şeklinde üretmek ve kullanmak istedikleri sistemler kurdular. Kısa süre sonra, sıvı gübreye yenmemiş gıda, tahıl veya organik atık maddeler gibi yardımcı maddeler de eklediklerinde çok daha fazla Biyogaz üretebileceklerini fark ettiler. Bu durum, sıvı gübre ve tezek gibi tarımsal atıkların yanı sıra endüstriyel artıkları ve atık maddeleri de fermente eden Biyogaz tesisleri için kofermantasyon tesisi teriminin ortaya çıkmasına neden oldu. Zaman geçtikçe, atık maddeleri fermente eden bu tarımsal temelli Biyogaz tesislerinin oranı keskin bir şekilde azaldı. Bunun yerine, kentsel, ticari ve endüstriyel atıkların yönetimi için birçok endüstriyel tesis inşa edildi. Bu gelişme sırasında, organik atıkların fermente edildiği Biyogaz tesisleri için "atık tesisi" terimi kullanılmaya başlandı.
Yenilenebilir malzeme bitkileri - bunlar nedir ve onları farklı kılan nedir?
Yenilenebilir madde tesisi terimi, hükümetin özellikle enerji bitkileri gibi yenilenebilir maddelerin fermantasyonunu teşvik etmeye karar verdiği bir dönemden gelmektedir. Bu Biyogaz tesisleri tarımsal atıkların yanı sıra yalnızca yenilenebilir hammaddeleri fermante edebilir. Tarımsal atıklar genellikle tezek ve sıvı gübredir. Tipik yenilenebilir malzemeler (enerji bitkileri) şunlardır:
- Mısır ve ot silajı,
- GPS (tüm mahsul silajı)
- Gıda üretimi için tasarlanmamış olmaları koşuluyla patates ve şalgam gibi mahsuller.
Bu tür tesisler Almanya'da yaygındır. Yenilenebilir Enerjiler Yasası (EEG) kapsamında özel kurallara ve ödeneklere tabidirler. Birçok tarımsal işletme için makul ölçüde öngörülebilir ve güvenilir bir gelir kaynağı sağlarlar.
Tüm bu hususlar dikkate alındığında, Biyogaz tesisinde biyokütleyi uygun maliyetle besleyebilecek uygun katı madde besleme teknolojisi kurulmalıdır. Tarımdan kaynaklanan gübre ve gliserin gibi sıvı atıklar veya yağ tutuculardan gelen kalıntılar genellikle pompalar kullanılarak doğrudan çürütücüye pompalanabilir. Bu genellikle taşlar, metal parçalar ve yabancı maddeler (örn. ahşap, kayışlar, vb.) gibi yabancı maddeler içeren atık anlamına geldiğinden, malzemeyi yönetilebilir bir seviyeye indirmek için parçalayıcıların ve yabancı madde ayırıcıların kullanılmasını öneriyoruz.
Hijyen
Hijyen yönetmeliklerine tabi girdi malzemeleri kullanılırken, malzemede bulunan ve çevre için tehdit oluşturabilecek parazit, virüs veya bakterilerin yok edilmesini sağlamak için derinlemesine bir temizlik yapılması gerekir. Bu özellikle mezbaha atıkları ve gıda atıkları gibi hayvansal kökenli substratlar için geçerlidir. En yaygın prosedür, girdi malzemesinin bir saat boyunca en az 70°C'ye kadar ısıtılmasını ve ardından maksimum 12 mm boyutuna kadar parçalanmasını gerektirir. 12 mm'ye kadar parçalamaya tabi tutulmalıdır. Bu işlem için kanıtlanmış sistemler, pozitif deplasmanlı pompalarla birleştirilmiş temas bazlı parçlayıcılardır. Vogelsang pozitif deplasmanlı pompalar genellikle viskoz ve aşındırıcı atıkları güvenli bir şekilde pompalarken, RotaCut parçalayıcı 12 mm petek elek, tüm elemanların izin verilen maksimum boyuta indirilmesini sağlar. Özel seçenekler, hiçbir girdi malzemesinin işlenmeden parçalayıcıya geçmemesini sağlar.
Akışkan olmayan biyokütle için besleme süreci
Biyogaz tesisleri esas olarak akıcı olmayan katı maddelerle (substrat olarak da adlandırılır) beslenir. Besleme süreçleri kabaca iki kategoriye ayrılabilir: Kuru katı madde beslemesi ve sıvı beslemesi. Kuru katı madde beslemesi için, girdi malzemeleri doğrudan çürütücüye konur. Besleme pervaneleri en yaygın kullanılan yöntemdir ve katı maddeyi yukarıya ve organik süspansiyonun üzerine taşır. Bu teknolojinin ana avantajı nispeten düşük yatırım maliyetleridir. Ancak katı maddenin çürütücüdeki karıştırıcılar tarafından karıştırılması gerekir ki bu da ancak çok yüksek enerji seviyelerinde mümkündür. Ayrıca, bu teknik uzun lifli substratlar (örneğin araba otu, saman veya gübre gibi tarımsal atıklar) için tam olarak uygun değildir.
Sıvı besleme için, biyokütle ilk olarak sindirim suyunun sıvı süspansiyonu ile karıştırılır veya sindiriciden devridaim olarak adlandırılır. Bu işlem ezme olarak da adlandırılır. Elde edilen besleme püresi daha sonra fermantasyon alanına taşınır (bu genellikle pompa anlamına gelir). Bu prosedürün avantajları, biyokütlenin çürütücüye sıvı halde ulaşması ve organik süspansiyonla iyi karışan bir çürütücü içeriği ile karıştırmanın önemli ölçüde daha az enerji tüketimi gerektirmesidir. Katı madde de eş zamanlı olarak işlenirse, azalan enerji gereksinimlerine artan gaz üretimi de eşlik eder. Bu aynı zamanda yüzen tabakaların oluşumuyla temsil edilen yaygın sorunu da önemli ölçüde azaltır.
Alternatif olarak, yenilenebilir materyallerin yanı sıra son derece farklı özelliklere sahip organik atıkları da besleyebilen sıvı besleme sistemleri bulunmaktadır. Birçok Biyogaz tesisi bu tür sistemlere güvenmektedir. Bunun nedeni, klasik yenilenebilir malzemelerin yanı sıra patates veya pancar gibi mahsulleri de kullanmak istemeleri ya da kullanılan biyokütlenin son derece değişken özelliklere sahip olmasıdır (örneğin gıda atıkları veya evsel organik atıklar). Diğer Biyogaz tesisleri, piyasada mevcut olan biyokütleyi uygun koşullarda satın aldıkları için çok esnek bir şekilde hareket etmektedir. PreMix gibi sistemler bu tür Biyogaz tesisleri için tasarlanmıştır. Birçok farklı biyokütle türünü güvenilir, kolay ve iyi ezilmiş bir şekilde çürütücüye besleyebilirler ve bu Biyogaz tesislerinin ekonomik çalışması için temel bir gereksinimi karşılarlar.