Bioplin

Znano je,da nas v prihodnosti čaka večja raznolikost goriv, ki jih bomo uporabljali kot nadomestilo za naftne derivate in druga fosilna goriva. Med gorivi biološkega izvora obstaja več vrst goriv, ki so v razvoju ali pa se že uporabljajo. Ena izmed alternativ, ki jo že uporabljamo in jo bomo tudi v prihodnje je bioplin.

Bioplin je ime za plinasto gorivo, ki ga pridobivamo z razgradnjo biološke razgradnje organskega materiala v odsotnosti kisika ter s toplotnim uplinjanjem(Les) oziroma pirolizo.

Pri biološki razgradnji lahko pridobivamo plin iz trdnih komunalnih odpadkov, odpadnih vod, organskih odpadkov iz kmetijstva in kmetij, živilskopredelovalnih odpadkov ter odpadkov iz gozdarstva. Ti substrati nastajajo večinoma kot odpadni proizvod v kmetijstvu, industriji, komunali ter čistilnih napravah, zato je njihovo koriščenje z okoljskega ter ekonomskega vidika zelo upravičeno.

Sestava plina

Sestava bioplina je odvisna predvsem od načina pridobivanja in pogojev pri katerih nastaja.

V normalnih pogojih je sestava bioplina pri pridelavi z biološko razgradnjo sledeča:

Metan                         CH₄     45-75   vol %

Ogljikov dioksid        CO₂     25-50   vol %

Vodik                          H₂        0  -4     vol %

Dušik                          N₂        0  -5     vol % 

Kisik                           O₂        0  -2     vol %

Vodna Para                 H₂O     1  -15   vol %

Vodikov Sulfid           H₂S     0  -6000 ppm

Amoniak                     NH₃     0  -500   ppm

Če se plin prideluje s termičnim uplinjanjem lesa je njegova sestava malo drugačna in sicer.

Metan                         CH₄     2  -3     vol %

Ogljikov dioksid        CO₂     9  -15   vol %

Ogljikov monoksid     CO      17-22   vol %

Vodik                          H₂        12-20   vol %

Dušik                          N₂        50-54   vol %

Primerjava bioplina in zemeljskega plina

                                                           Bioplin            Zemeljski plin

Kalorična vrednost     kWh/m³           4 - 7                9 - 11

Gostota                       kg/ m³             1,2                   0,7

Vnetišče                     °C                   700                  650

Največja hitrost          m/s                  0,25                 0,39

v zraku za vžig

Po energijski vrednosti je 1 m³ bioplina 60 % CH₄  in 40 % CO₂ enak; 0.6 l Elko, 1.3 kg lesa, 5.9 kWh električne energije, 1 l alkohola, 0.7 kg premoga 0.6 m³  zemeljskega plina in 0.7 l bencina.

Anaerobna fermentacija

V splošnem je najbolj pogost način pridobivanja bioplina z biološko razgradnjo v obliki anaerobnega vretja (brez prisotnosti kisika). Pri tem načinu simuliramo predelavo organskega materiala, kot se na primer dogaja v trebuhu prežvekovalcev. Ena krava dnevno proizvede nekaj mleka, gnojila in ca. 1,5 m³ bioplina. Vendar pri živalih gre ta bioplin neizkoriščen v ozračje. V primeru postrojenja za pridelavo bioplina pa ta plin polovimo in nato uporabimo s procesom izgorevanja za pridobivanje električne energije ter toplote.

Kemijski proces pridelave bioplina z biološko razgradnjo poteka po sledečem postopku.

Biomasa (maščobe, ogljikovi hidrati, proteini) se v postopku hidrolize razgradijo v kisline (maščobne kisline, aminokisline, enostavni sladkorji). Nato sledi postopek acidifikacije, pri katerem se tvorijo kratko verižne organske kisline ter alkohol iz katerih nato nastane ocetna kislina, ki se pretvori v bioplin, torej metan in CO₂. Ta kemični proces se vrši v bioreaktorju, ki je glavni sestavni del celotnega postrojenja za pridelavo bioplina.

Slika 1 - Sestava postrojenja

Sestava postrojenja je v glavnem odvisna od vrste surovine za bioplin. V splošnem pa imajo vsi sistemi sledeče komponente(Glej diagram):

Preglednica št. 1 : Splošen pregled bioplinskega postrojenja

Shranjevalnik ali rezervoar za surovine, ki je lahko različne oblike. Najpogostejši so veliki silosi, prosto stoječi ali vkopani in tudi v obliki vreč. Pomembno je, da se substrat čim prej prenese v reaktor, sicer se poslabša njegov izkoristek. Shranjevanje različnih vrst substratov je v glavnem odvisno od njihove oblike. Preden le ti pridejo v reaktor je potrebna še določena predelava, kot je mešanje z drugimi substrati, da dobimo boljši izkoristek, rezanje na manjše kose, predgrevanje in tudi termična obdelava zaradi sanitarnih ukrepov.

Reaktor, kjer se vrši anaerobna fermentacija. Substrati se tukaj segrevajo in premešajo tako, da se omogoči potek procesa. V procesu dobimo dva produkta, in sicer bioplin ter predelan substrat, ki nam lahko služi kot gnojilo. Mešanje se izvaja periodično, saj je pomembna pravilna in enakomerna temperatura substratov ter pravilna mešanost za delovanje bakterij in preprečevanje nastajanja sedimentov.

Rezervoar za skladiščenje trdnih odpadkov-gnojila. Tukaj se skladišči odpadni material iz procesa fermentacije.

Filter kondenzata, ki odstranjuje odvečno vlago iz plina.

Kompresor za komprimiranje in transport plina.

Plinohram, kjer se skladišči večja količina plina za kompenziranje nihanja porabe v omrežju.

Sistem so-proizvodnje električne in toplotne energije (kogeneracija).

Plinsko omrežje; sem lahko dovajamo bioplin, če ga ne porabljamo v generatorju.

Električno omrežje je mesto, kamor dovajamo proizvedeno električno energijo.

Porabniki toplote so na primer gospodinjstva in deloma sam sistem, ki porabljajo odpadno toploto sistema za so-proizvodnjo električne energije.

Bioplin v Sloveniji

Proizvodnja bioplina na prašičji farmi v Ihanu poteka že od leta 1993 (v sklopu centralne čistilne naprave prašičje farme ter občin Ihan, Kamnik in Domžale)

V letu 2007 so bile v Sloveniji 4 t.i. bioplinarne, ki predvsem iz živalskih odpadkov in drugih organskih odpadkov proizvajajo bioplin. Iz proizvedenega bioplina se so-proizvaja električna in toplotna energija. Obstaja neizkoriščen potencial na manjših kmetijah. Skupni potencial manjših bioplinarn (manj kot 300 kW) je v Sloveniji ocenjen na okoli 3 MW. Prav tako bi bilo potrebno analizirati potencial pridelave bioplina iz bioloških komunalnih odpadkov. Posebej ob predvidenem povečanju takšnih odpadkov zaradi ločenega zbiranja.

Črpalk s stisnjenim zemeljskim plinom (CNG - compressed natural gas) zaenkrat v Sloveniji še nimamo.

Viri:

Eurem gradivo za šolanje European Energy Manager - institut Jožef Štefan

Planning and installing bioenergy systems - James & James (Science Publishers) Ltd

Wikipedia Biofuels - http://en.wikipedia.org/wiki/Biogas

Biogas Grim Heudorf: http://www.biogas-grimm.de/