Légköri erőforrások elmélet

1. Légköri erőforrásokelmélet A biogáz

2. Hasznosítási technológiák Szuperkritikus gázfejlesztés Pirolízis Gázosítás Bio-olaj előállítás Biogáz Égetés Demonstrációs fázis Működő K + F Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

3. Energiahordozó halmazállapota Feldolgozási technológia Energiahordozó típusa Felhasználási terület Szilárd tüzelés szilárd tüzelő hőenergia elgázosítás szilárd tüzelő hőenergia éghető gáz hőenergia villamos energia pirolízis szilárd tüzelő hőenergia éghető folyadék – olaj hőenergia hajtóanyag Folyékony fermentálás alkohol hajtóanyag préselés növényi olaj hőenergia Gáz fermentálás biogáz hőenergia villamos energia hajtóanyag Biomassza energiaforrásként való hasznosításának lehetőségei

4. Hulladék Állati hulladék X Melléktermék Hígtrágya X Almostrágya X Szalma X Kukoricaszár X Napraforgószár X Venyige X Cukorrépaszelet X X Olajos ipari növ. hull. X Szántóföldi termesztett növény Silókukorica X Rostkender X Repce X Napraforgó X Burgonya X Cukorrépa X Csicsóka X Cukorcirok X Energiafű X Kínai nád X Erdőgazdasági ültetvény Akác X Nyár X Fűz X Biomassza alapanyagok felhasználási irányai Szilárd biomassza Folyékony biomassza Típus Alapanyag Gáz biomassza

5. Biogáz A biogáz szerves anyagok levegőtől elzárt (anaerob) lebomlása során keletkező gázelegy. Oxigéntől elzárt térben, un. metánbaktériumok jelenléte esetén a biogáz képződés önmagától végbemegy (50–70% metán, 30–40% CO2, egyéb gázok). Természetes biogáz képződés: (mocsarak, nedves hulladéktelepek, állatok) Biogáz előállításra alkalmas anyagok: szerves trágya (híg és almos), mezőgazdasági termékek, energianövények, fekália, élelmiszeripari melléktermékek és hulladékok, növényi maradványok, háztartási hulladékok, kommunális szennyvizek Kivétel: a szerves vegyipari termékek Kerülni kell a tisztító-, fertőtlenítő- és gyógyszerek üzembe jutását

7. A biogázüzemek csoportosítása a felhasznált anyagok szerint • hulladéklerakó telep — depóniagáz • szennyvíztelep — szennyvíziszap • állati hulladékokat feldolgozó üzemek • növényi hulladékokat hasznosító üzemek • energianövényeket feldolgozó biogáz üzemek

8. A biogázképződés szakaszai • A biogáz képződésének három szakasza: – első szakasz: a szerves anyagban található fehérjék, zsírok és szénhidrátok bomlanak egyszerűbb vegyületekre (aminósavak, zsírsavak, cukor) – második szakaszban az acetogén baktériumok a fenti anyagok bontásával szerves savakat (ecetsav, propionsav, vajsav) hidrogént és aldehideket hoznak létre – harmadik szakasz: a metántermelő mikroorganizmusok egyik csoportja a szerves savakat metánná, CO2-dá és vízzé. A másik csoport a CO2 és a hidrogén felhasználásával metánt hoz létre. A biogázüzemben a szakaszok nem különülnek el, ezért érzékeny az üzem biotechnológiai egyensúlya.

9. A biogáztermelés szakaszai

10. A biogázüzem felépítése Minden biogáztelep alapvetően következő részekből áll: - Előtároló tartály: tárolás, keverés, aprítás (ha szükséges hígítás) - Fermentáló: A biológiai folyamat „színtere”. Légmentes lezárása után üzemi hőmérsékletre kell melegíteni (többnyire 35-40°C). - Gáztározó: A biogáz felfogására és közbenső tárolására szolgál. Itt általában megtörténik a biogáz részleges tisztítása is. - Gázhasznosító: A biogázt fűtőkazánokban, ill. blokkfűtő-kazánokban lehet felhasználni. • A szubsztrátumok áramlása alapján két nagy típusa: • átfolyó rendszerű üzemek • tároló rendszerű üzemek • A biogáz üzemek lehetnek egy és többlépcsős változatúak, ebben az esetben a biogáztermelés mikrobiológiai folyamatai térben is elkülönülnek egymástól.

11. Így épült!

12. Bruck an der Leitha

13. Bruck an der Leitha

14. A biogázüzem felépítése

15. A biogáztermelés folyamata Az előtárolókba (fermenterokba) bekerül a hígtrágya ami vegyíthető szilárd szerves anyagokkal (aprítás után) → hidrolízis elkezdődik → biogáz-képződés felgyorsul. A keverék a biogázreaktorba jut → (gázreaktor: jól tömített, víz-, gáz-, korrúzió álló, fény nem juthat be.) A fermentor fűtése szükséges a biológiai folyamatokhoz. Számukra optimális hőmérsékleti-tartományok alapján 3 csoport: • pszichofil zóna, környezeti hőmérsékleten üzemelő biogáz technológiák, kb. 25 oC-ig → biogáztermelésük alacsony • mezophil zóna, a +32 - +42 °C→ a baktériumok igen aktívak, a nagyobb hőmérsékletingadozást is elviselik • termophil zóna, a +50 - +57 °C között→ a baktériumok gáztermelése nagyobb, de érzékenysége is jelentős a hőmérséklet változására

16. A fermentor mérete 100 számosállat (500 kg súlyú állat) esetén 200–250 m3 közötti. A kierjesztett anyag az utótárolóba kerül (utóerjesztő) (előírt méret: 6 hónap) A reaktorban keletkezett gáz → gáztároló (át nem eresztő fólia) Az égetés előtt gáz tisztítás (szennyező elemek, kénhidrogén) → gáz nedvességtartalmának csökkentése (talajba fektetett csővezetékben) → ismét felmelegítve ismét szárazon kerül a motorba.

17. A biogázüzem: irányítástechnika, biztonság A biogáztermelés biztonsága érdekében elengedhetetlen a hőmérséklet, a pH, a képződött gáz mennyisége, metán és kénhidrogén tartalom mérése és szintet tartása. Az üzembiztos termelés változását előre jelzik pl. a felhasznált alapanyagok, a termelt energia pontos mennyisége. A már fel nem használt, és nem is tárolható gáz → gázfáklya Üzembiztonság: a fermentor tér levegőtartalma <10%

19. Pirolízis Elsődleges termékek Gázok kondenzáció biomassza Szerves gőzök kátrány Bio-olaj Faszén A pirolízis során a szerves anyagok az elégetéshez nem elegendő levegő jelenlétében, 450-600 OC –ra hevítve, az atomok gyors mozgásának következtében szétesnek

20. A keletkezett biogáz Autoterm (levegő) Alloterm (gőz) (típusai: pirolízis-, szintézis-, generátorgáz) átlagos fűtőértéke: 22 MJ/kg összetétele: • CH4 (60-70%), CO2 (30-40%), mellékgázok (H2; CO – 4%, H2S, O2, N2) • A kinyerhető metán mennyiségét befolyásoló tényezők: • a kiindulási szerves anyag összetétele, • a biogáz-erjesztő berendezés műszakiszínvonala, • az alkalmazott erjesztési technológia, • a szárazanyag-tartalom, • az erjesztő tér hőmérséklete és • egyéb mikrobiológiai feltételek.

21. Szuperkritikus gázosítás • A „szuperkritikus vizet”: • 221 bar feletti nyomáson • 374 oC hőmérséklet feletti vízből kapunk. • Ilyen körülmények között a víz oxidáló hatásúvá válik és megváltoztatja szubsztrát szerkezetét: • A víz molekulák O atomjai a szubsztrát C atomjaival CO2-ot képeznek • A víz és a szubsztrát H atomjai H2 – t képeznek • A biomassza szuperkritikus vízben történő kezelése a szerves anyagok üzemanyagokká alakíthatóak és könnyen elválaszthatók a vízfázistól szobahőmérsékletre történő hűtéskor. • Az előállított magasnyomású gáz igen gazdag hidrogénben.

22. Bio-Genezis Környezetvédelmi Kft.

23. A biogáz hasznosításának lehetőségei • – településen belül: fűtés, főzés, melegvíz-előállítás, stabil munkagépek közvetlen hajtása, villamosenergia-termelés, és a termelt áram felhasználásra, világítási célokra, vagy ipari munkagépek hajtására • – nagy gáztermelő telepeken: felhasználás közvetlenül gázenergia-formában, eltüzeléssel, gázból villamosenergia-termelés, gáztisztítás és mosás után a földgázhálózatba való betáplálás, folyékony motorhajtó üzemanyag (metanol) előállítása • – településen lévő ipari hasznosítás: istállók fűtése, mezőgazdasági hűtőberendezések üzemeltetése, terményszárítás, növényház, üvegház, fóliasátor fűtése, élelmiszeripari üzemek energiaellátása • – biogáz földgáz minőségűre történő átalakítása • – biogáz-tárolás végrehajtása • – robbanó motor hajtása • – villamosáram-termelés • – a termelt biogáz egész évi optimális szétosztása

24. Biometán - robbanó motor hajtása Földgáz minőségűre történő tisztítás után: – földgázhálózatba betáplálás – üzemanyagként A biogáz mint üzemanyag elterjedésének gátló tényezők: – beruházási költségek: a termelő és tisztó berendezések drágák, töltőállomás kiépítése költséges – üzemanyagként nem mentesül a jövedéki adó fizetése alól

25. A biogáz felhasználás előnyei Gazdasági előnyök: – sokoldalú hasznosítási lehetőség, – jelentéktelen az emisszió, – hulladékok és melléktermékek hasznosítására ad lehetőséget, – hulladéktárolóknál, szennyvíz-telepeken képződő gázok hasznosítása, Környezetvédelmi előnyök: – CO2 csökkentés – CH4 csökkentés – hulladéklerakóink többsége alkalmatlan biogáz-termelésre, magas befektetési költségek → szelektív hulladékgyűjtés – trágya, maradék szervesanyag kihelyezése és műtrágya készítése

26. A nyírbátori üzem paraméterei • Magyarországon 15 üzem van → de többnyire a szennyvíziszap kezelése) kevés a mezőgazdasági hulladékot feldolgozó üzem • Felhasznált alapanyag: 300 t/nap • Fermentáció: • 38 oC-on 24 nap • 55 oC-on 24 nap • Biotrágya tárolás: 120 nap • Összes műtárgy térfogat: 27 000 m3 • Keletkező biogáz mennyiség: 10 000 m3/nap • Villamos energia termelés: 21 000 kW/nap

27. Példa Magyarország biomassza potenciáljára: A hulladékképződés várható alakulása (Országos Hulladékgazdálkodási Terv) alapján az ebből előállítható biogáz és villamos energia mennyisége

28. A betáplálás szempontjából figyelembe vehető gázok jellemzői, osztályozása • az anaerob forrásokból származó biogáz jellemzői: • a földgáznál jóval kisebb az energiatartalmuk • az összetétel nem felel meg a közszolgáltatású gázokénak • tartalmaznak inert komponenseket (N2, CO2) • a depóniagázban oxigén is előfordulhat • egyéb nem kívánatos komponensek (H2S, NH3) • az összetétel és a minőség időben változó • a biogáz energiatartalma a metán térfogathányadtól függ • mezőgazdasági telepeken (60–70%) • szennyvíziszapból (55–65%) • depóniatelepeken (44–45%)

29. A biogáz összetételében megjelenő komponensek • CO2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, savas közeg • N2 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx • O2 – korróziós hatás, + vízgőz → fagyveszély • H2 – biztonságtecnikai kockázat • H2S – leválasztásuk alapvető követelmény • CO – vérméreg, erős redukálószer • NH3 – csökkenti a gáz fűtőértékét, NOx • Cl, F – sóképzők • aromás szénhidrogének (benzol, tulol) – a műanyag alaktrészeket károsítja • sziloxánok – mozgó alkatrészek kopása • Európában 6 országban van valamilyen szintű előírás