biogaz

Rury transportujące biogaz (na pierwszym planie) i kondensat
Część serii poświęconej
zrównoważonej energii
A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
Oszczędzanie energii
Energia odnawialna
Zrównoważony transport

Biogaz to mieszanina gazów , składająca się głównie z metanu , dwutlenku węgla i siarkowodoru , wytwarzana z surowców, takich jak odpady rolnicze , obornik , odpady komunalne , materiał roślinny , ścieki , odpady zielone , ścieki i odpady spożywcze . Jest to odnawialne źródło energii .

Biogaz jest wytwarzany w procesie fermentacji beztlenowej z udziałem organizmów beztlenowych lub metanogenu w beztlenowej komorze fermentacyjnej , biodigesterze lub bioreaktorze .

Biogaz składa się głównie z metanu ( CH
4 ) i dwutlenku węgla ( CO
2 ) i może zawierać niewielkie ilości siarkowodoru ( H
2 S ) , wilgoci i siloksanów . Gazy metan, wodór i tlenek węgla ( CO ) można spalić lub utlenić tlenem. To uwolnienie energii umożliwia wykorzystanie biogazu jako paliwa ; może być stosowany w ogniwach paliwowych i do wszelkich celów grzewczych, takich jak gotowanie. Może być również stosowany w silniku gazowym do przekształcania energii zawartej w gazie w energię elektryczną i ciepło.

Biogaz można sprężać po usunięciu dwutlenku węgla i siarkowodoru, tak samo jak gaz ziemny jest sprężany do CNG i wykorzystywany do napędzania pojazdów mechanicznych . Na przykład w Wielkiej Brytanii szacuje się, że biogaz może zastąpić około 17% paliwa samochodowego. Kwalifikuje się do dotacji na energię odnawialną w niektórych częściach świata. Biogaz można oczyścić i uszlachetnić do standardów gazu ziemnego, gdy stanie się biometanem. Biogaz jest uważany za zasób odnawialny, ponieważ jego cykl produkcyjny i użytkowy jest ciągły i nie generuje dwutlenku węgla netto. W miarę wzrostu materiału organicznego jest on przetwarzany i wykorzystywany. Następnie odradza się w nieustannie powtarzającym się cyklu. Z perspektywy węgla podczas wzrostu pierwotnego zasobu biologicznego wchłania się z atmosfery taką samą ilość dwutlenku węgla, jaka jest uwalniana, gdy materiał jest ostatecznie przekształcany w energię.

Produkcja

Biogaz jest wytwarzany przez mikroorganizmy, takie jak metanogeny i bakterie redukujące siarczany , wykonujące oddychanie beztlenowe. Biogaz może odnosić się do gazu produkowanego naturalnie i przemysłowo.

Naturalny

Zobacz też: Gaz bagienny

W glebie metan jest wytwarzany w środowisku beztlenowym przez metanogeny, ale jest głównie zużywany w strefach tlenowych przez metanotrofy . Emisje metanu powstają, gdy równowaga sprzyja metanogenom. Gleby podmokłe są głównym naturalnym źródłem metanu. Inne źródła to oceany, gleby leśne, termity i dzikie przeżuwacze.

Przemysłowy

Główny artykuł: Fermentacja beztlenowa

Celem przemysłowej produkcji biogazu jest pozyskiwanie biometanu, zwykle na paliwo. Produkowany jest biogaz przemysłowy;

Produkcja biogazu na obszarach wiejskich w Niemczech

Biogazownie

Biogazownia to nazwa często nadawana beztlenowej komorze fermentacyjnej , która przetwarza odpady rolnicze lub uprawy energetyczne. Można go wytwarzać przy użyciu fermentatorów beztlenowych (hermetycznych zbiorników o różnych konfiguracjach). Rośliny te mogą być zasilane roślinami energetycznymi, takimi jak kiszonka z kukurydzy lub odpadami biodegradowalnymi , w tym osadami ściekowymi i odpadami spożywczymi. Podczas tego procesu mikroorganizmy przekształcają odpady biomasy w biogaz (głównie metan i dwutlenek węgla) oraz poferment . Większe ilości biogazu można wytwarzać, gdy ścieki są współfermentowane z innymi pozostałościami z przemysłu mleczarskiego, cukrowniczego lub browarniczego. Na przykład mieszając 90% ścieków z fabryki piwa z 10% serwatką krowią, produkcja biogazu wzrosła 2,5-krotnie w porównaniu do biogazu wytwarzanego ze ścieków tylko z browaru.

Produkcja biogazu z celowo wysiewanej kukurydzy została opisana jako niezrównoważona i szkodliwa ze względu na bardzo skoncentrowany, intensywny i niszczący glebę charakter tych plantacji.

Kluczowe procesy

Istnieją dwa kluczowe procesy: fermentacja mezofilna i termofilna , która jest zależna od temperatury. Podczas prac eksperymentalnych na University of Alaska Fairbanks , 1000-litrowy fermentator wykorzystujący psychrofile zebrane z „błota z zamarzniętego jeziora na Alasce” wytworzył 200–300 litrów metanu dziennie, około 20–30% produkcji z fermentatorów w cieplejszych klimaty.

niebezpieczeństwa

Zanieczyszczenie powietrza wytwarzane przez biogaz jest podobne do zanieczyszczenia gazu ziemnego , ponieważ gdy metan (główny składnik biogazu) jest zapalany w celu wykorzystania go jako źródła energii , dwutlenek węgla powstaje jako produkt, który jest gazem cieplarnianym (jak opisano w równanie: CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O ). Zawartość toksycznego siarkowodoru stwarza dodatkowe zagrożenia i jest odpowiedzialna za poważne wypadki. Wycieki niespalonego metanu stanowią dodatkowe ryzyko, ponieważ metan jest silnym gazem cieplarnianym .

Biogaz może być wybuchowy po zmieszaniu w stosunku jednej części biogazu z 8–20 częściami powietrza. Podczas wchodzenia do pustej komory fermentacyjnej biogazu w celu przeprowadzenia prac konserwacyjnych należy przedsięwziąć specjalne środki ostrożności. Ważne jest, aby system biogazu nigdy nie miał podciśnienia, ponieważ może to spowodować wybuch. W przypadku usunięcia lub wycieku zbyt dużej ilości gazu może wystąpić ujemne ciśnienie gazu; Z tego powodu biogazu nie należy stosować pod ciśnieniem poniżej jednego cala słupa wody, mierzonego manometrem.

W instalacji biogazowej należy przeprowadzać częste kontrole zapachu. Jeśli gdziekolwiek wyczuwalny jest zapach biogazu, należy natychmiast otworzyć okna i drzwi. W przypadku pożaru należy odciąć dopływ gazu na zasuwie instalacji biogazowej.

Gaz wysypiskowy

Główny artykuł: Gaz wysypiskowy

Gaz wysypiskowy jest wytwarzany przez mokre odpady organiczne rozkładające się w warunkach beztlenowych w sposób podobny do biogazu.

Odpady są zasypywane i mechanicznie sprasowywane pod ciężarem składowanego powyżej materiału. Materiał ten zapobiega ekspozycji na tlen, umożliwiając w ten sposób rozwój drobnoustrojom beztlenowym. Biogaz gromadzi się i jest powoli uwalniany do atmosfery, jeśli miejsce nie zostało zaprojektowane do wychwytywania gazu. Gaz wysypiskowy uwolniony w niekontrolowany sposób może być niebezpieczny, ponieważ może stać się wybuchowy, gdy wydostanie się ze składowiska i zmiesza z tlenem. Dolna granica wybuchowości to 5% metanu, a górna to 15% metanu.

Metan zawarty w biogazie jest 28 razy silniejszym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla. Dlatego też niezabezpieczony gaz wysypiskowy, który przedostaje się do atmosfery, może znacząco przyczynić się do skutków globalnego ocieplenia . Ponadto lotne związki organiczne (LZO) zawarte w gazie wysypiskowym przyczyniają się do powstawania smogu fotochemicznego .

Techniczny

Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT) jest miarą ilości tlenu potrzebnego mikroorganizmom tlenowym do rozkładu materii organicznej w próbce materiału używanego w biofermentatorze, jak również BZT dla zrzutu cieczy pozwala na obliczenie dziennej produkcji energii z biofermentatora.

Innym terminem związanym z biofermentatorami jest zanieczyszczenie ścieków, które mówi, ile materiału organicznego przypada na jednostkę źródła biogazu. Typowe jednostki miary to mg BZT/litr. Na przykład zanieczyszczenie ścieków może wynosić od 800 do 1200 mg BZT/litr w Panamie. [ potrzebne źródło ]

Z 1 kg wycofanych z eksploatacji bioodpadów kuchennych można otrzymać 0,45 m 3 biogazu. Cena za odbiór odpadów biologicznych z gospodarstw domowych wynosi około 70 euro za tonę.

Kompozycja

Typowy skład biogazu
Mieszanina Formuła Procent objętości
Metan CH
4 		50–80
Dwutlenek węgla CO2
_ 		15–50
Azot N
2 		0–10
Wodór H2
_ 		0–1
Siarkowodór H2S
_ _ 		0–0,5
Tlen O
2 		0–2,5
Źródło: www.kolumbus.fi, 2007

Skład biogazu zmienia się w zależności od składu substratu, a także warunków panujących w reaktorze beztlenowym (temperatura, pH, stężenie substratu). Gaz wysypiskowy ma zwykle stężenie metanu około 50%. Zaawansowane technologie przetwarzania odpadów umożliwiają wytwarzanie biogazu o zawartości metanu 55–75%, który w przypadku reaktorów z wolnymi cieczami można zwiększyć do 80–90% metanu przy użyciu technik oczyszczania gazu in situ . Wytworzony biogaz zawiera parę wodną. Ułamkowa objętość pary wodnej jest funkcją temperatury biogazu; Korekta zmierzonej objętości gazu pod kątem zawartości pary wodnej i rozszerzalności cieplnej jest łatwa do wykonania za pomocą prostej matematyki, która daje znormalizowaną objętość suchego biogazu.

Dla 1000 kg (mokrej masy) wsadu do typowego biofermentatora, całkowita zawartość substancji stałych może stanowić 30% mokrej masy, podczas gdy lotne zawieszone substancje stałe mogą stanowić 90% całkowitej zawartości substancji stałych. Białko stanowiłoby 20% lotnych substancji stałych, węglowodany stanowiłyby 70% lotnych substancji stałych, a ostatecznie tłuszcze stanowiłyby 10% lotnych substancji stałych.

Zanieczyszczenia

Związki siarki

Toksyczny i cuchnący Siarkowodór ( H
2 S ) jest najczęstszym zanieczyszczeniem biogazu, ale mogą być obecne inne związki zawierające siarkę, takie jak tiole . Pozostawiony w strumieniu biogazu siarkowodór jest korozyjny i podczas spalania daje dwutlenek siarki ( SO
2 ) i kwas siarkowy ( H
2 SO
4 ), również związki korozyjne i niebezpieczne dla środowiska.

Amoniak

Amoniak ( NH
3 ) jest wytwarzany ze związków organicznych zawierających azot, takich jak aminokwasy w białkach . Jeśli nie zostanie oddzielony od biogazu, spalanie powoduje NO
x .

Siloksany

W niektórych przypadkach biogaz zawiera siloksany . Powstają w wyniku beztlenowego rozkładu materiałów powszechnie występujących w mydłach i detergentach. Podczas spalania biogazu zawierającego siloksany uwalniany jest krzem , który może łączyć się z wolnym tlenem lub innymi pierwiastkami zawartymi w spalinach . Tworzą się osady zawierające głównie krzemionkę )
i (
SiO2 ) lub krzemiany
, ( Six Oy mogą zawierać wapń siarkę , cynk , fosfor . Takie białe osady mineralne gromadzą się na powierzchni o grubości kilku milimetrów i muszą być usuwane środkami chemicznymi lub mechanicznymi.

Dostępne są praktyczne i ekonomiczne technologie usuwania siloksanów i innych zanieczyszczeń biogazowych.

Korzyści z biogazu pochodzącego z obornika

Część serii poświęconej
energetyce odnawialnej
Logo Renewable Energy by Melanie Maecker-Tursun V1 bgGreen.svg

Podczas przechowywania obornika w warunkach beztlenowych powstają duże ilości metanu . Podczas przechowywania i stosowania obornika na gruntach, podtlenek azotu jest również wytwarzany jako produkt uboczny procesu denitryfikacji. Podtlenek azotu ( N2O ) jest 320 razy bardziej agresywny jako gaz cieplarniany niż dwutlenek węgla, a metan 25
razy bardziej niż dwutlenek węgla. Dzięki przetwarzaniu obornika krowiego w biogaz metanowy poprzez fermentację beztlenową miliony bydła w Stanach Zjednoczonych byłyby w stanie wyprodukować 100 miliardów kilowatogodzin energii elektrycznej, co wystarczy do zasilenia milionów domów w całych Stanach Zjednoczonych. W rzeczywistości jedna krowa może wyprodukować wystarczającą ilość obornika w ciągu jednego dnia, aby wytworzyć 3 kilowatogodziny energii elektrycznej; do zasilenia jednej 100-watowej żarówki przez jeden dzień potrzeba tylko 2,4 kilowatogodzin energii elektrycznej. Co więcej, przekształcając obornik bydlęcy w biogaz metanowy zamiast pozwalać mu się rozkładać, można zmniejszyć emisję gazów powodujących globalne ocieplenie o 99 milionów ton metrycznych, czyli o 4%.

Aplikacje

Autobus na biogaz w Linköping w Szwecji

Biogaz może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej w oczyszczalniach ścieków, w silniku gazowym CHP , gdzie ciepło odpadowe z silnika jest wygodnie wykorzystywane do ogrzewania komory fermentacyjnej; gotowanie; ogrzewania pomieszczeń; podgrzewanie wody ; i ogrzewania procesowego. Sprężony może zastąpić sprężony gaz ziemny do stosowania w pojazdach, gdzie może zasilać silnik spalinowy lub ogniwa paliwowe i jest znacznie skuteczniejszym wypieraczem dwutlenku węgla niż normalne stosowanie w lokalnych elektrociepłowniach.

Uszlachetnianie biogazu

Surowy biogaz wyprodukowany w wyniku fermentacji zawiera około 60% metanu i 39% CO
2 z pierwiastkami śladowymi H
2 S : nieodpowiedni do stosowania w maszynach. Sam korozyjny charakter H
2 S wystarczy do zniszczenia mechanizmów.

Metan w biogazie można skoncentrować za pomocą uszlachetniacza biogazu do tych samych standardów, co kopalny gaz ziemny , który sam musi przejść proces oczyszczania i staje się biometanem . Jeśli pozwala na to lokalna sieć gazowa, producent biogazu może korzystać ze swoich sieci dystrybucyjnych. Gaz musi być bardzo czysty, aby osiągnąć jakość rurociągu i musi mieć odpowiedni skład, aby sieć dystrybucyjna go zaakceptowała. Dwutlenek węgla , woda , siarkowodór i cząstki stałe muszą zostać usunięte, jeśli są obecne.

Istnieją cztery główne metody ulepszania: mycie wodą, absorpcja zmiennociśnieniowa, absorpcja selexolu i obróbka gazem aminowym . Oprócz tego wzrasta wykorzystanie technologii separacji membranowej do uszlachetniania biogazu, aw Europie i USA działa już kilka instalacji.

Najbardziej rozpowszechnioną metodą jest przemywanie wodą, w której gaz pod wysokim ciśnieniem wpływa do kolumny, gdzie dwutlenek węgla i inne pierwiastki śladowe są wypłukiwane przez kaskadową wodę przepływającą w przeciwprądzie do gazu. Taki układ mógłby dostarczać 98% metanu, a producenci gwarantowaliby maksymalnie 2% straty metanu w systemie. Uruchomienie systemu uszlachetniania biogazu wymaga około 3% do 6% całkowitej energii wytwarzanej w gazie.

Zatłaczanie biogazu do sieci gazowej

Zatłaczanie do sieci gazowej to zatłaczanie biogazu do sieci metanowej ( sieci gazu ziemnego ). Do czasu przełomu w mikrokogeneracji dwie trzecie całej energii produkowanej przez elektrownie biogazowe było tracone (w postaci ciepła). Wykorzystując sieć do transportu gazu do odbiorców, energia może być wykorzystana do wytwarzania na miejscu , co skutkuje zmniejszeniem strat w transporcie energii. Typowe straty energii w systemach przesyłowych gazu ziemnego wynoszą od 1% do 2%; w przesyłie energii elektrycznej wahają się od 5% do 8%.

Przed wtłoczeniem do sieci gazowej biogaz przechodzi proces oczyszczania, podczas którego jest uszlachetniany do jakości gazu ziemnego. Podczas procesu oczyszczania usuwane są śladowe ilości szkodliwych dla sieci gazowej i użytkowników końcowych składników.

Biogaz w transporcie

Pociąg „Biogaståget Amanda” („Amanda the Biogas Train”) w pobliżu stacji Linköping w Szwecji

Skoncentrowany i skompresowany może być stosowany w transporcie samochodowym. Sprężony biogaz jest coraz powszechniej stosowany w Szwecji, Szwajcarii i Niemczech. Pociąg na biogaz o nazwie Biogaståget Amanda (Pociąg na biogaz Amanda) jeździ w Szwecji od 2005 roku. Samochody napędza biogaz. W 1974 roku brytyjski film dokumentalny zatytułowany Sweet as a Nut szczegółowo opisał proces produkcji biogazu z obornika świńskiego i pokazał, jak napędza on dostosowany do potrzeb silnik spalinowy. Szacuje się, że w 2007 r. około 12 000 pojazdów było zasilanych ulepszonym biogazem na całym świecie, głównie w Europie.

Biogaz należy do kategorii gazów mokrych i skraplających (lub powietrza), która obejmuje mgiełkę lub mgłę w strumieniu gazu. Mgła lub mgła to głównie para wodna, która skrapla się na bokach rur lub kominów podczas przepływu gazu. Środowiska biogazowe obejmują komory fermentacyjne ścieków, składowiska odpadów i karmienie zwierząt (zadaszone laguny dla zwierząt gospodarskich).

Przepływomierze ultradźwiękowe są jednymi z nielicznych urządzeń zdolnych do pomiaru w atmosferze biogazu. Większość przepływomierzy termicznych nie jest w stanie dostarczyć wiarygodnych danych, ponieważ wilgoć powoduje stałe wysokie odczyty przepływu i ciągłe skoki przepływu, chociaż istnieją jednopunktowe termiczne przepływomierze masowe zdolne do dokładnego monitorowania przepływów biogazu przy minimalnym spadku ciśnienia. Mogą poradzić sobie ze zmianami wilgotności, które występują w strumieniu przepływu z powodu dziennych i sezonowych wahań temperatury, i uwzględniają wilgoć w strumieniu przepływu, aby wytworzyć wartość suchego gazu.

Ciepło/elektryczność wytwarzane z biogazu

Biogaz może być stosowany w różnych typach silników spalinowych, takich jak silniki gazowe Jenbacher czy Caterpillar . Inne silniki spalinowe, takie jak turbiny gazowe, nadają się do przekształcania biogazu zarówno w energię elektryczną, jak i ciepło. Poferment to pozostała materia nieorganiczna, która nie została przekształcona w biogaz. Może być stosowany jako nawóz rolniczy.

Biogaz może być wykorzystany jako paliwo w systemie wytwarzania biogazu z odpadów rolniczych oraz kogeneracji ciepła i energii elektrycznej w elektrociepłowni . W przeciwieństwie do innych zielonych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, dostęp do biogazu można uzyskać szybko i na żądanie. Współczynnik ocieplenia globalnego można również znacznie zmniejszyć, stosując jako paliwo biogaz zamiast paliw kopalnych .

Jednak potencjał zakwaszenia i eutrofizacji wytwarzany przez biogaz jest odpowiednio 25 i 12 razy wyższy niż w przypadku alternatywnych paliw kopalnych . Wpływ ten można zmniejszyć, stosując odpowiednią kombinację surowców, zadaszone magazyny komór fermentacyjnych i ulepszone techniki odzyskiwania wydostającego się materiału. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki nadal sugerują, że stosowanie biogazu może prowadzić do znacznego zmniejszenia większości skutków w porównaniu z alternatywnymi paliwami kopalnymi. Równowaga między szkodami środowiskowymi a gazów cieplarnianych powinna być nadal brana pod uwagę podczas implikowania systemu.

Postęp technologiczny

Projekty takie jak NANOCLEAN opracowują obecnie nowe sposoby wydajniejszej produkcji biogazu, wykorzystując nanocząsteczki tlenku żelaza w procesach przetwarzania odpadów organicznych. Proces ten może potroić produkcję biogazu.

Biogaz i urządzenia sanitarne

Szlam kałowy jest produktem zakładowych systemów sanitarnych. Po zebraniu i transporcie osad kałowy można oczyszczać ze ściekami w konwencjonalnej oczyszczalni lub w inny sposób można go oczyszczać niezależnie w oczyszczalni osadu kałowego. Osad kałowy można również wspólnie przetwarzać z organicznymi odpadami stałymi w kompostowaniu lub w systemie fermentacji beztlenowej . Biogaz można wytwarzać poprzez fermentację beztlenową w oczyszczaniu osadów kałowych.

Właściwe zagospodarowanie odchodów i ich waloryzacja poprzez produkcję biogazu z osadów kałowych pomaga łagodzić skutki źle zagospodarowywanych odchodów, takie jak choroby przenoszone drogą wodną oraz zanieczyszczenie wody i środowiska.

Ustawodawstwo

Unia Europejska

Unia Europejska posiada ustawodawstwo dotyczące gospodarowania odpadami i składowisk, zwane dyrektywą w sprawie składowania odpadów .

Kraje takie jak Wielka Brytania i Niemcy mają obecnie obowiązujące przepisy, które zapewniają rolnikom długoterminowe dochody i bezpieczeństwo energetyczne.

UE nakazuje, aby silniki spalinowe zasilane biogazem miały wystarczające ciśnienie gazu w celu optymalizacji spalania, aw Unii Europejskiej obowiązują wentylatory odśrodkowe ATEX budowane zgodnie z dyrektywą europejską 2014-34/UE (wcześniej 94/ 9 / WE ) . Te wentylatory odśrodkowe, na przykład Combimac , Meidinger AG lub Witt & Sohn AG, nadają się do użytku w Strefie 1 i 2 .

Stany Zjednoczone

Stany Zjednoczone zakazują gazu wysypiskowego, ponieważ zawiera on lotne związki organiczne . Amerykańska ustawa o czystym powietrzu i tytuł 40 Kodeksu przepisów federalnych (CFR) wymagają od właścicieli wysypisk oszacowania ilości emitowanych niemetanowych związków organicznych (NMOC). Jeśli szacowana emisja NMOC przekracza 50 ton rocznie, właściciel składowiska jest zobowiązany do zebrania gazu i oczyszczenia go w celu usunięcia porwanych NMOC. Zwykle oznacza to spalenie. Ze względu na oddalenie składowisk, czasami nie jest ekonomicznie opłacalne wytwarzanie energii elektrycznej z gazu.

Istnieje wiele dotacji i pożyczek wspierających rozwój beztlenowych systemów fermentacyjnych. Rural Energy for American Program zapewnia finansowanie pożyczek i dotacje na systemy biogazowe, podobnie jak program motywacyjny dotyczący jakości środowiska , program ochrony środowiska i program pożyczek na ochronę.

Rozwój globalny

Stany Zjednoczone

Dzięki wielu zaletom biogazu zaczyna on być popularnym źródłem energii i zaczyna być coraz częściej stosowany w Stanach Zjednoczonych. W 2003 r. Stany Zjednoczone zużyły 43 TWh (147 bilionów BTU) energii z „gazu wysypiskowego”, co stanowi około 0,6% całkowitego zużycia gazu ziemnego w USA. Biogaz metanowy uzyskiwany z obornika krowiego jest testowany w USA Według badań przeprowadzonych w 2008 roku przez magazyn Science and Children , biogaz metanowy uzyskiwany z obornika krowiego wystarczyłby do wyprodukowania 100 miliardów kilowatogodzin energii wystarczającej do zasilenia milionów domów w całej Ameryce. Ponadto biogaz metanowy został przetestowany, aby udowodnić, że może zmniejszyć 99 milionów ton metrycznych emisji gazów cieplarnianych lub około 4% gazów cieplarnianych wytwarzanych przez Stany Zjednoczone.

Według American Biogas Council liczba komór fermentacyjnych w gospodarstwach rolnych wzrosła w 2021 r. o 21%. W Vermont biogaz wytwarzany w gospodarstwach mlecznych został włączony do programu CVPS Cow Power. Program był pierwotnie oferowany przez Central Vermont Public Service Corporation jako dobrowolna taryfa, a teraz, po niedawnej fuzji z Green Mountain Power, jest teraz programem GMP Cow Power. Klienci mogą zdecydować się na zapłatę premii za rachunek za energię elektryczną, a premia ta jest przekazywana bezpośrednio do gospodarstw objętych programem. W Sheldon w stanie Vermont firma Green Mountain Dairy dostarcza energię odnawialną w ramach programu Cow Power. Zaczęło się, gdy bracia, którzy są właścicielami farmy, Bill i Brian Rowell, chcieli zająć się niektórymi wyzwaniami związanymi z zarządzaniem obornikiem, przed którymi stoją gospodarstwa mleczne, w tym zapachem obornika i dostępnością składników odżywczych dla upraw, których potrzebują, aby wykarmić zwierzęta. Zainstalowali beztlenową komorę fermentacyjną do przetwarzania krów i odpadów z centrum udojowego z ich 950 krów w celu produkcji energii odnawialnej, ściółkę zastępującą trociny i przyjazny dla roślin nawóz. Atrybuty energetyczne i środowiskowe są sprzedawane programowi GMP Cow Power. Średnio system prowadzony przez Rowellów wytwarza wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby zasilić od 300 do 350 innych domów. Moc generatora wynosi około 300 kilowatów.

W Hereford w Teksasie krowi obornik jest wykorzystywany do zasilania elektrowni zasilanej etanolem . Dzięki przejściu na biogaz metanowy elektrownia na etanol zaoszczędziła 1000 baryłek ropy dziennie. Ogólnie rzecz biorąc, elektrownia obniżyła koszty transportu i otworzy o wiele więcej miejsc pracy dla przyszłych elektrowni, które będą opierać się na biogazie.

W Oakley w stanie Kansas fabryka etanolu uważana za jedną z największych wytwórni biogazu w Ameryce Północnej wykorzystuje zintegrowany system utylizacji obornika (IMUS) do produkcji ciepła dla swoich kotłów, wykorzystując obornik, komunalne substancje organiczne i odpady z wytwórni etanolu. Oczekuje się, że przy pełnej mocy instalacja zastąpi 90% paliw kopalnych wykorzystywanych w procesie produkcji etanolu i metanolu.

W Kalifornii firma Southern California Gas Company opowiadała się za mieszaniem biogazu z istniejącymi rurociągami gazu ziemnego. Jednak urzędnicy stanu Kalifornia zajęli stanowisko, że biogaz jest „lepiej wykorzystywany w sektorach gospodarki trudnych do zelektryfikowania – takich jak lotnictwo, przemysł ciężki i transport długodystansowy”.

Europa

Stacja tankowania biogazu w Mikkeli , Finlandia

Poziom rozwoju w Europie jest bardzo zróżnicowany. Podczas gdy kraje takie jak Niemcy, Austria i Szwecja są dość zaawansowane w wykorzystaniu biogazu, istnieje ogromny potencjał tego odnawialnego źródła energii w pozostałej części kontynentu, zwłaszcza w Europie Wschodniej. MT-Energie jest niemiecką firmą technologiczną zajmującą się biogazem, działającą w obszarze energii odnawialnej . Różne ramy prawne, programy edukacyjne i dostępność technologii to jedne z głównych przyczyn tego niewykorzystanego potencjału. Kolejnym wyzwaniem dla dalszego rozwoju biogazu był negatywny odbiór społeczny.

W lutym 2009 r. w Brukseli założono Europejskie Stowarzyszenie Biogazu (EBA) jako organizację non-profit, której celem jest promowanie wdrażania zrównoważonej produkcji i wykorzystania biogazu w Europie. Strategia EBA określa trzy priorytety: uczynienie biogazu ważną częścią europejskiego koszyka energetycznego, promowanie segregacji odpadów z gospodarstw domowych w celu zwiększenia potencjału gazowego oraz wspieranie produkcji biometanu jako paliwa do pojazdów. W lipcu 2013 r. liczyła 60 członków z 24 krajów Europy.

Wielka Brytania

Według stanu na wrzesień 2013 r. w Wielkiej Brytanii działa około 130 biogazowni innych niż ścieki. Większość z nich znajduje się w gospodarstwie, a niektóre większe obiekty istnieją poza gospodarstwem, które zabierają żywność i odpady konsumenckie.

5 października 2010 r. biogaz został po raz pierwszy wtłoczony do brytyjskiej sieci gazowej. Ścieki z ponad 30 000 domów w Oxfordshire są przesyłane do oczyszczalni ścieków Didcot , gdzie są oczyszczane w beztlenowej komorze fermentacyjnej w celu wytworzenia biogazu, który jest następnie oczyszczany, aby zapewnić gaz dla około 200 domów.

W 2015 roku firma Green-Energy Ecotricity ogłosiła plany budowy trzech komór fermentacyjnych z wtryskiem do sieci. [ potrzebne źródło ]

Włochy

We Włoszech branża biogazu rozpoczęła się w 2008 roku dzięki wprowadzeniu korzystnych taryf paszowych. Zostały one później zastąpione premiami gwarantowanymi, a pierwszeństwo miały produkty i odpady rolnicze, co doprowadziło do stagnacji w produkcji biogazu i wytwarzanego ciepła i energii elektrycznej od 2012 r. Od września 2018 r. we Włoszech działa ponad 200 biogazowni z produkcja około 1,2 GW

Niemcy

Niemcy są największym producentem biogazu w Europie i liderem na rynku technologii biogazu. W 2010 r. w całym kraju działało 5.905 biogazowni: głównymi regionami są Dolna Saksonia, Bawaria i wschodnie kraje związkowe. Większość z tych elektrowni jest wykorzystywana jako elektrownie. Zazwyczaj biogazownie są bezpośrednio połączone z elektrociepłownią, która wytwarza energię elektryczną poprzez spalanie biometanu. Energia elektryczna jest następnie wprowadzana do publicznej sieci energetycznej. W 2010 roku łączna zainstalowana moc elektryczna tych elektrowni wyniosła 2291 MW. Dostawy energii elektrycznej wyniosły około 12,8 TWh, co stanowi 12,6% całkowitej wytworzonej energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

Biogaz w Niemczech jest pozyskiwany głównie w procesie kofermentacji roślin energetycznych (zwanych „NawaRo”, skrót od nachwachsende Rohstoffe , po niemiecku oznaczający zasoby odnawialne) zmieszanych z obornikiem. Główną uprawą jest kukurydza. Do wytwarzania biogazu wykorzystywane są również odpady organiczne oraz pozostałości przemysłowe i rolnicze, takie jak odpady z przemysłu spożywczego. Pod tym względem produkcja biogazu w Niemczech znacznie różni się od Wielkiej Brytanii, gdzie biogaz wytwarzany ze składowisk jest najbardziej rozpowszechniony.

  Produkcja biogazu w Niemczech rozwijała się szybko w ciągu ostatnich 20 lat. Głównym powodem są legalnie stworzone ramy. Rządowe wsparcie dla energii odnawialnej rozpoczęło się w 1991 r. wraz z ustawą o dostarczaniu energii elektrycznej ( StrEG ). Ustawa ta gwarantowała producentom energii ze źródeł odnawialnych zasilanie publicznej sieci elektroenergetycznej, przez co przedsiębiorstwa energetyczne były zmuszone do odbierania całej wyprodukowanej energii od niezależnych prywatnych wytwórców zielonej energii. W 2000 roku ustawa o wprowadzaniu energii elektrycznej została zastąpiona ustawą o odnawialnych źródłach energii ( EEG ). Prawo to gwarantowało nawet stałą rekompensatę za wyprodukowaną energię elektryczną przez 20 lat. Kwota około 8 ¢/kWh dawała rolnikom możliwość zostania dostawcą energii i zdobycia dodatkowego źródła dochodu.

Niemiecka produkcja biogazu rolniczego zyskała w 2004 r. dalszy impuls dzięki wdrożeniu tzw. NawaRo-Bonus. Jest to specjalna dopłata przyznawana za korzystanie z zasobów odnawialnych, czyli upraw energetycznych. W 2007 r. niemiecki rząd podkreślił swój zamiar dalszych wysiłków i wsparcia w poprawie zaopatrzenia w energię odnawialną, aby odpowiedzieć na rosnące wyzwania klimatyczne i rosnące ceny ropy poprzez „Zintegrowany program klimatyczno-energetyczny”.

Ten ciągły trend promowania energii odnawialnej powoduje szereg wyzwań stojących przed zarządzaniem i organizacją dostaw energii odnawialnej, co ma również wpływ na produkcję biogazu. Pierwszym wyzwaniem, na które należy zwrócić uwagę, jest duża powierzchnia zajmowana przez zasilanie biogazem. W 2011 r. uprawy energetyczne do produkcji biogazu pochłonęły w Niemczech powierzchnię około 800 tys. ha. Tak duże zapotrzebowanie na tereny rolne generuje nowe konkurencje z przemysłami spożywczymi, które dotychczas nie istniały. Ponadto w regionach z przewagą obszarów wiejskich powstały nowe gałęzie przemysłu i rynki, w których uczestniczyli różni nowi gracze o zapleczu gospodarczym, politycznym i obywatelskim. Ich wpływ i działanie muszą być kontrolowane, aby uzyskać wszystkie korzyści, jakie oferuje to nowe źródło energii. Wreszcie biogaz będzie odgrywał ważną rolę w niemieckim zaopatrzeniu w energię odnawialną, jeśli skupi się na dobrym zarządzaniu.

Kraje rozwijające się

Domowe biogazownie przetwarzają obornik zwierzęcy i glebę nocną w biogaz i gnojowicę, sfermentowany obornik. Ta technologia jest wykonalna dla drobnych rolników, których zwierzęta gospodarskie produkują 50 kg obornika dziennie, co odpowiada około 6 świniom lub 3 krowom. Ten obornik musi nadawać się do zebrania, aby zmieszać go z wodą i wprowadzić do rośliny. Toalety można podłączyć. Kolejnym warunkiem wstępnym jest temperatura, która wpływa na proces fermentacji. Optymalna temperatura wynosi 36°C, a technologia ta jest szczególnie przydatna dla osób żyjących w klimacie (sub)tropikalnym. To sprawia, że ​​technologia dla drobnych posiadaczy w krajach rozwijających się jest często odpowiednia.

Prosty szkic domowej biogazowni

W zależności od wielkości i lokalizacji, typową biogazownię z ceglaną kopułą można zainstalować na podwórku wiejskiego gospodarstwa domowego, inwestując od 300 do 500 USD w krajach azjatyckich i do 1400 USD w kontekście afrykańskim. Wysokiej jakości biogazownia wymaga minimalnych kosztów utrzymania i może produkować gaz przez co najmniej 15-20 lat bez większych problemów i ponownych inwestycji. Dla użytkownika biogaz zapewnia czystą energię do gotowania, zmniejsza zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniach i skraca czas potrzebny na tradycyjny odbiór biomasy, szczególnie w przypadku kobiet i dzieci. Gnojowica jest czystym nawozem organicznym, który potencjalnie zwiększa produktywność rolnictwa.

Energia jest ważną częścią współczesnego społeczeństwa i może służyć jako jeden z najważniejszych wskaźników rozwoju społeczno-gospodarczego. Mimo postępów technologicznych około trzech miliardów ludzi, głównie na obszarach wiejskich krajów rozwijających się, nadal zaspokaja swoje zapotrzebowanie na energię do gotowania tradycyjnymi metodami, spalając zasoby biomasy, takie jak drewno opałowe, resztki pożniwne i odchody zwierzęce w surowych piecach tradycyjnych.

Technologia biogazu domowego jest sprawdzoną i ugruntowaną technologią w wielu częściach świata, zwłaszcza w Azji. Kilka krajów w tym regionie rozpoczęło szeroko zakrojone programy dotyczące krajowego biogazu, takie jak Chiny i Indie.

Holenderska Organizacja Rozwoju , SNV, wspiera krajowe programy dotyczące domowego biogazu, których celem jest ustanowienie rentownych domowych sektorów biogazu, w których lokalne firmy sprzedają, instalują i serwisują biogazownie dla gospodarstw domowych. W Azji SNV działa w Nepalu, Wietnamie, Bangladeszu, Bhutanie, Kambodży, Lao PDR, Pakistanie i Indonezji oraz w Afryce; Rwanda, Senegal, Burkina Faso, Etiopia, Tanzania, Uganda, Kenia, Benin i Kamerun.

W Afryce Południowej produkowana i sprzedawana jest prefabrykowana instalacja biogazowa. Jedną z kluczowych cech jest to, że instalacja wymaga mniej umiejętności i jest szybsza w montażu, ponieważ zbiornik fermentacyjny jest wykonany z prefabrykowanego plastiku.

Indie

Biogaz w Indiach był tradycyjnie oparty na oborniku mlecznym jako surowcu, a te gazownie „gobar” działają od dłuższego czasu, zwłaszcza na obszarach wiejskich Indii. W ciągu ostatnich 2–3 dekad organizacje badawcze zajmujące się bezpieczeństwem energetycznym obszarów wiejskich udoskonaliły projekty systemów, co zaowocowało nowszymi, wydajnymi, tanimi projektami, takimi jak model Deenabandhu.

Model Deenabandhu to nowy model produkcji biogazu popularny w Indiach. ( Deenabandhu oznacza „przyjaciela bezradnych”.) Jednostka ma zwykle pojemność od 2 do 3 metrów sześciennych. Jest zbudowany z cegły lub mieszanki żelbetowej . W Indiach model z cegły kosztuje nieco więcej niż model z ferrocementu; jednak Ministerstwo Nowych i Odnawialnych Energii Indii oferuje pewne dotacje na każdy zbudowany model.

Biogaz, który składa się głównie z metanu/gazu ziemnego, może być również wykorzystywany do ekonomicznego wytwarzania wysokobiałkowej paszy dla bydła, drobiu i ryb na wsiach poprzez hodowlę kultury bakterii Methylococcus capsulatus o niewielkim śladzie lądowym i wodnym. Gazowy dwutlenek węgla wytwarzany jako produkt uboczny z tych roślin może być wykorzystany do tańszej produkcji oleju z alg lub spiruliny z hodowli alg , szczególnie w krajach tropikalnych, takich jak Indie, które w niedalekiej przyszłości mogą zastąpić ropę naftową. Rząd Unii Indii wdraża wiele programów produktywnego wykorzystania odpadów rolniczych lub biomasy na obszarach wiejskich w celu podniesienia potencjału gospodarki wiejskiej i zatrudnienia. Dzięki tym roślinom niejadalna biomasa lub odpady jadalnej biomasy są przekształcane w produkty o wysokiej wartości bez zanieczyszczenia wody lub emisji gazów cieplarnianych (GHG).

LPG (Liquefied Petroleum Gas) jest kluczowym źródłem paliwa do gotowania w miejskich Indiach, a jego ceny rosną wraz ze światowymi cenami paliw. Również duże dotacje zapewniane przez kolejne rządy w celu promowania LPG jako paliwa do gotowania w gospodarstwach domowych stały się obciążeniem finansowym, które ponownie zaczęło koncentrować się na biogazie jako alternatywnym paliwie do gotowania w zakładach miejskich. Doprowadziło to do opracowania prefabrykowanych komór fermentacyjnych do wdrożeń modułowych w porównaniu z konstrukcjami RCC i cementowymi, których budowa zajmuje więcej czasu. Ponowne skupienie się na technologii procesowej, takiej jak model procesu Biourja, zwiększyło rangę średniej i dużej fermentacji beztlenowej w Indiach jako potencjalnej alternatywy dla LPG jako podstawowego paliwa do gotowania.

W Indiach, Nepalu, Pakistanie i Bangladeszu biogaz wytwarzany w wyniku beztlenowej fermentacji obornika w urządzeniach fermentacyjnych na małą skalę nazywany jest gazem gobar; szacuje się, że takie obiekty istnieją w ponad 2 milionach gospodarstw domowych w Indiach, 50 000 w Bangladeszu i tysiącach w Pakistanie, zwłaszcza w północnym Pendżabie, ze względu na dobrze prosperującą populację zwierząt gospodarskich. Komora fermentacyjna to szczelna okrągła studzienka wykonana z betonu z przyłączem rurowym. Obornik kierowany jest do dołu, zwykle prosto z obory. Studzienka jest wypełniona wymaganą ilością ścieków . Rura gazowa jest podłączona do kominka kuchennego za pomocą zaworów regulacyjnych. Spalanie tego biogazu ma bardzo mało zapachu lub dymu. Dzięki prostocie wykonania i wykorzystaniu tanich surowców na wsi jest jednym z najbardziej ekologicznych źródeł energii dla potrzeb wsi. Jednym z typów takich systemów jest Sintex Digester. Niektóre projekty wykorzystują wermikulturę do dalszego ulepszania gnojowicy produkowanej przez biogazownię do wykorzystania jako kompost.

W Pakistanie Sieć Programów Wsparcia Obszarów Wiejskich prowadzi pakistański krajowy program biogazowy, w ramach którego zainstalowano 5360 biogazowni i przeszkolono ponad 200 murarzy w zakresie technologii, a jego celem jest rozwój sektora biogazu w Pakistanie.

W Nepalu rząd zapewnia dotacje na budowę biogazowni w domu.

Chiny

Chińczycy eksperymentują z zastosowaniem biogazu od 1958 roku. Około 1970 roku Chiny zainstalowały 6 000 000 komór fermentacyjnych, starając się zwiększyć wydajność rolnictwa . W ciągu ostatnich kilku lat technologia osiągnęła wysokie tempo wzrostu. Wydaje się, że są to najwcześniejsze osiągnięcia w zakresie wytwarzania biogazu z odpadów rolniczych.

Budownictwo wiejskich biogazowni w Chinach wykazuje rosnący trend rozwojowy. Wykładniczy wzrost podaży energii spowodowany szybkim rozwojem gospodarczym i silnym zamgleniem w Chinach sprawił, że biogaz stał się bardziej przyjaznym dla środowiska źródłem energii dla obszarów wiejskich. W hrabstwie Qing w prowincji Hebei obecnie rozwija się technologia wykorzystania słomy uprawnej jako głównego materiału do produkcji biogazu.

W Chinach było 26,5 miliona biogazowni, które do 2007 roku produkowały 10,5 miliarda metrów sześciennych biogazu. Roczna produkcja biogazu wzrosła do 248 miliardów metrów sześciennych w 2010 roku. Chiński rząd wspierał i finansował wiejskie projekty biogazowe, ale tylko około 60% działa normalnie. Zimą produkcja biogazu w północnych regionach Chin jest niższa. Jest to spowodowane brakiem technologii kontroli ciepła w komorach fermentacyjnych, w związku z czym współfermentacja różnych surowców nie została zakończona w zimnym środowisku.

Zambia

Lusaka, stolica Zambii, ma dwa miliony mieszkańców, z czego ponad połowa mieszka na obszarach podmiejskich. Większość tej populacji używa latryn jako toalet, generując około 22 680 ton osadu kałowego rocznie. Osady te są nieodpowiednio zagospodarowywane: Ponad 60% wytwarzanych osadów kałowych pozostaje w środowisku mieszkalnym, zagrażając zarówno środowisku, jak i zdrowiu publicznemu.

W obliczu prac badawczych i wdrażania biogazu rozpoczętych już w latach 80-tych Zambia pozostaje w tyle pod względem przyjęcia i wykorzystania biogazu w Afryce Subsaharyjskiej. Obornik zwierzęcy i resztki pożniwne są potrzebne do zapewnienia energii do gotowania i oświetlenia. Niewystarczające finansowanie, brak polityki, ram regulacyjnych i strategii dotyczących biogazu, niekorzystna polityka pieniężna inwestorów, niewystarczająca wiedza fachowa, brak świadomości korzyści płynących z technologii biogazowej wśród liderów, instytucji finansowych i mieszkańców, opór wobec zmian wynikający z kultury i tradycji miejscowych, wysokie koszty instalacji i utrzymania biogazowni, nieodpowiednie badania i rozwój, niewłaściwe zarządzanie i brak monitoringu zainstalowanych komór fermentacyjnych, złożoność rynku uprawnień do emisji dwutlenku węgla, brak zachęt i sprawiedliwości społecznej to wyzwania, które utrudniają pozyskiwanie i trwałe wdrażanie krajowych produkcji biogazu w Zambii.

Wspomnienia

Społeczeństwo i kultura

W australijskim filmie Mad Max Beyond Thunderdome z 1985 roku postapokaliptyczna osada Barter jest zasilana przez centralny system biogazu oparty na chlewni. Oprócz dostarczania energii elektrycznej, metan jest wykorzystywany do napędzania pojazdów firmy Barter.

„Cow Town”, [ potrzebne wyjaśnienie ] napisane na początku lat czterdziestych XX wieku, omawia problemy miasta zbudowanego w dużej mierze na krowim łajnie i trudności, jakie niesie ze sobą powstający metanowy biogaz. Carter McCormick, inżynier z miasta poza miastem, zostaje wysłany, aby znaleźć sposób na wykorzystanie tego gazu do wspomagania zasilania, a nie duszenia miasta. [ potrzebne źródło ]

Współczesna produkcja biogazu stwarza nowe możliwości zatrudnienia wykwalifikowanego, czerpiąc z rozwoju nowych technologii.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Biogas&oldid=1140694189 ”