biomasa ako zdroj energie
Post on 15-Jan-2015
7.523 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Ján GadušJán GadušJan.Gadus@uniag.skJan.Gadus@uniag.sk
SPU v NitreSPU v NitreMechanizačná fakultaMechanizačná fakulta
Biomasa ako zdroj energieBiomasa ako zdroj energie
Obsah prezentácie:Obsah prezentácie:
1.1. ÚvodÚvod
2.2. Biomasa a možnosti jej využitiaBiomasa a možnosti jej využitia
3.3. Zariadenia na výrobu bioplynuZariadenia na výrobu bioplynu
4.4. Skúsenosti SPUSkúsenosti SPU
SÚČASNÝ STAV V ZÁSOBÁCH SÚČASNÝ STAV V ZÁSOBÁCH FOSÍLNYCH PALÍV:FOSÍLNYCH PALÍV:
uhlie (224uhlie (224 rokov)rokov)
ropa (40ropa (40 rokov)rokov)
zemný plyn (64zemný plyn (64 rokov)rokov)
British Petroleum (1999)British Petroleum (1999)
Využívanie uránu – JADROVÉ ELEKTRÁRNEVyužívanie uránu – JADROVÉ ELEKTRÁRNEproblém uskladnenia a spracovania vyhoreného palivaproblém uskladnenia a spracovania vyhoreného paliva
1 Úvod1 Úvod
EKOLOGICKÉ DOPADY VYUŽÍVANIA FOSÍLNYCH PALÍVEKOLOGICKÉ DOPADY VYUŽÍVANIA FOSÍLNYCH PALÍV
• globálne klimatické zmeny
PRÍČINY:• emisie skleníkových plynov (nárast teploty na Zemi) (0,3˚C/ 10 rokov) - CO2 - spaľovanie fosílnych palív
- odlesňovanie - CH4 - spaľovanie uhlia
• emisie síry (kyslé dažde)
BUDÚCNOSŤ....???BUDÚCNOSŤ....???
Návrat k „aktivitám“ našich predkov:Návrat k „aktivitám“ našich predkov:
VYUŽÍVANIE OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV VYUŽÍVANIE OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV ENERGIEENERGIE
teplo slnka (solárna energia)teplo slnka (solárna energia)
sila vetra (veterná energia)sila vetra (veterná energia)
sila prúdenia vody (energia vodných tokov)sila prúdenia vody (energia vodných tokov)
geotermálna energiageotermálna energia
energia biomasyenergia biomasy
VyuVyužitie energie biomasyžitie energie biomasy
BIOMASABIOMASA – chemicky zakonzervovaná slnečná energia
Formy biomasy pre energetické účely:Formy biomasy pre energetické účely:
• pevná (drevo, rastlinné zvyšky, slama...)pevná (drevo, rastlinné zvyšky, slama...)• kvapalná (metanol, etanol)kvapalná (metanol, etanol)• plynná (drevoplyn, BIOPLYN)plynná (drevoplyn, BIOPLYN)
BBiomasa iomasa - - jeden z najčistejších zdrojov energie, jeden z najčistejších zdrojov energie, COCO22 vyprodukovaný pri spracovaní biomasy vyprodukovaný pri spracovaní biomasy
rastliny spotrebujú na svoj rast rastliny spotrebujú na svoj rast (emisie CO(emisie CO22 do ovzdušia do ovzdušia == 0, CO 0, CO22 - neutrálna) - neutrálna)
Využitie biomasy:Využitie biomasy:• produkcia teplaprodukcia tepla• produkcia elektrickej energieprodukcia elektrickej energie• produkcia „chladu“produkcia „chladu“
Podiel biomasy na produkcii teplaPodiel biomasy na produkcii tepla
Výhody využívania biomasy na energetické účelyVýhody využívania biomasy na energetické účely
• ekonomický rozvoj vidiekaekonomický rozvoj vidieka• efektívnejšie využívanie pôdyefektívnejšie využívanie pôdy
• zníženie emisií skleníkových plynov (COzníženie emisií skleníkových plynov (CO22, CH, CH44))
• zníženie emisií síryzníženie emisií síry
Nevýhody využívania biomasy na energetické účelyNevýhody využívania biomasy na energetické účely
• rýchly rozklad všetkých druhov biomasy v normálnych rýchly rozklad všetkých druhov biomasy v normálnych
podmienkachpodmienkach• menej vhodné na skladovaniemenej vhodné na skladovanie• nízka energetická hustotanízka energetická hustota
Jadrové palivá17%
OZE3%
Fosílne palivá80%
(z toho 90 % import)
Graf č.1 : Podiel jednotlivých druhov palív na výrobe Graf č.1 : Podiel jednotlivých druhov palív na výrobe elektrickej energie na Slovensku elektrickej energie na Slovensku
Biomasa40%
VVE15%
Geotermálna energia
15%
Solárna energia
12%
Biologické odpady
9%
Biopalivá6%
MVE2%
Veterná1%
Graf č.2 : Zastúpenie foriem OZE na Slovensku Graf č.2 : Zastúpenie foriem OZE na Slovensku
Poľnohosp. biomasa
54% (0,4%)
Lesná biomasa.17% (3%)
Drevospracujúci priemysel
29% (16%)
Graf č.3 : Podiel druhov biomasy a ich súčasné Graf č.3 : Podiel druhov biomasy a ich súčasné energetické využitie energetické využitie
Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2004Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2004
Významný podiel energeticky využiteľnej biomasy je Významný podiel energeticky využiteľnej biomasy je produkovaný v poľnohospodárstve a potravinárstveprodukovaný v poľnohospodárstve a potravinárstve
2002 2003 2004
Hovädzí dobytok celkom 608 593 540
Z toho kravy 260 246 232
Ošípané celkom 1554 1443 1149
Z toho prasnice 118 105 82
Hydina celkom 13959 14217 13713
Z toho sliepky 6213 6127 5648
Druh , kategória hospodárskych zvierat
Skutočnosť k 31.12. v tis. ks
Výroba a využitie bioplynu na SlovenskuVýroba a využitie bioplynu na Slovensku
TSÚP v Rovinke kvantifikoval potenciál výroby bioplynu na TSÚP v Rovinke kvantifikoval potenciál výroby bioplynu na Slovensku takto: Slovensku takto:
z exkrementov hospodárskych zvierat - spolu 277 mil. mz exkrementov hospodárskych zvierat - spolu 277 mil. m33 bioplynu čo predstavuje energetický ekvivalent 1,95 TWh alebo bioplynu čo predstavuje energetický ekvivalent 1,95 TWh alebo 6,9 PJ.6,9 PJ.
spolu s energetickými plodinami z nevyužívanej spolu s energetickými plodinami z nevyužívanej poľnohospodárskej pôdy, ktorá v roku 2003 predstavovala cca poľnohospodárskej pôdy, ktorá v roku 2003 predstavovala cca 100 000 ha je podľa TSÚP teoreticky možné vyrobiť z 100 000 ha je podľa TSÚP teoreticky možné vyrobiť z poľnohospodárskej biomasy 46,5 PJ energii. Táto hodnota až 5 poľnohospodárskej biomasy 46,5 PJ energii. Táto hodnota až 5 násobne prevyšuje súčasnú spotrebu energii v násobne prevyšuje súčasnú spotrebu energii v poľnohospodárskom sektore SR. poľnohospodárskom sektore SR.
Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2005Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2005
Tab. Výmera využívanej poľnohospodárskej pôdy SR Tab. Výmera využívanej poľnohospodárskej pôdy SR
2003 2004 2005Využívaná poľnohospodárska pôda 2 236 036 1 934 659 1 941 380v tom : orná pôda 1 379 379 1 360 893 1 357 201 trvalé porasty 28 240 26 663 25 634
trvalé lúky a pasienky 794 733 514 478 524 110ostatné plochy a záhrady 33 548 32 469 34 281
UkazovateľVýmera v ha
Tab. Prehľad základných údajov poľnohospodárskych Tab. Prehľad základných údajov poľnohospodárskych bioplynových stanícbioplynových staníc
Inštalovaný výkonKW el.energii
6x138hnojovica ošípaných
vlastná spotreba
1995
65hnojovica HD +
energet. plodinyvlastná
spotreba1998
22 hnojovica HDvlastná
spotreba2001
PPD Brezov
VPP SPU, s.r.o. Kolíňany
Bioplynová stanica ZdrojVyužitie energií
Začatie prevádzky
AGROBAN, s.r.o. Bátka
STIFI Hurbanovo 270 kukuričná siláž 2005predaj
100 + 40 hnojovica HD predaj 2005 PD Kapušany
Vývoj počtu bioplynových staníc v poľnohospodárstveVývoj počtu bioplynových staníc v poľnohospodárstve
počet bioplynových staníc
inštalovaný výkon (MW)
Prehľad počtu poľnohospodárskych bioplynových Prehľad počtu poľnohospodárskych bioplynových staníc SRN (december 2005)staníc SRN (december 2005)
Rozdelenie bioplynových staníc v Nemecku podľa inštalovaného elektrického výkonu
50 kW el. 29 %
50 – 100 kW el. 28 %
100 – 250 kW el. 24 %
250 – 500 kW el. 11 %
500 kW el. 6 %
Tab. Tab. Percentuálne zastúpenie výkonových kategórií Percentuálne zastúpenie výkonových kategórií poľnohospodárskych bioplynových staníc v SRNpoľnohospodárskych bioplynových staníc v SRN
Tab. Tab. Porovnanie počtu poľnohospodárskych bioplynových Porovnanie počtu poľnohospodárskych bioplynových staníc v niektorých krajinách EUstaníc v niektorých krajinách EU
KrajinaKrajina Počet BPSPočet BPS Celkový Celkový inštalovaný inštalovaný výkon MWvýkon MW
Priemerný Priemerný výkon na výkon na 1 BPS kW1 BPS kW
NemeckoNemecko 30003000 650650 216216
DánskoDánsko 7878 4040 513513
RakúskoRakúsko 150150 2929 200200
TalianskoTaliansko 8080 6161 760760
2 2 BiomasBiomasaa aa možnosti jej využitiamožnosti jej využitia
Elektrina
Teplo
Pohonné hmoty
Suroviny pre chemickú výrobu
Mazadlá
Potraviny
Krmivá
Vláknina, izolačný materiál
BIOMASABIOMASA
Nábytok, stavebný materiál, papier
Využitie Využitie rastlín ako energetickej slnečnej rastlín ako energetickej slnečnej elektrárne a zásobníka energieelektrárne a zásobníka energie
(F(Fotosyntotosyntéza)éza)
Svetlo
Voda
CO2
O2
Biomasa
EPS
CC KH
Rozdelenie biomasyRozdelenie biomasy
Biomasa – substancia biologického pôvoduBiomasa – substancia biologického pôvodu
(pestovanie rastlín, chov (pestovanie rastlín, chov živočíchov,živočíchov,
organické odpady)organické odpady)Biomasa – zámerne pestovaná ako výsledok Biomasa – zámerne pestovaná ako výsledok
výrobnej činnostivýrobnej činnosti
Biomasa – ako odpad z poľnohospodárskej, Biomasa – ako odpad z poľnohospodárskej, potravinárskej a lesnej výroby, z potravinárskej a lesnej výroby, z komunálneho hospodárstva, z komunálneho hospodárstva, z údržby krajinyúdržby krajiny
Biomasa využiteľná na energetické účelyBiomasa využiteľná na energetické účely
Rozdelenie:Rozdelenie:
1. fytomasa s vysokým obsahom lignocelulózy1. fytomasa s vysokým obsahom lignocelulózy
2. fytomasa olejnatých plodín2. fytomasa olejnatých plodín
3. fytomasa s vysokým obsahom škrobu a 3. fytomasa s vysokým obsahom škrobu a cukrucukru
4. organické odpady a vedľajšie produkty 4. organické odpady a vedľajšie produkty živočíšneho pôvoduživočíšneho pôvodu
5. zmesi rôznych organických odpadov5. zmesi rôznych organických odpadov
Spôsoby využitia biomasy na Spôsoby využitia biomasy na energetické účelyenergetické účely
Spôsob využitia – predurčujú fyzikálne a Spôsob využitia – predurčujú fyzikálne a chemické vlastnosti chemické vlastnosti
biomasybiomasy
Procesy Procesy – mokré (hranica 50% sušiny)– mokré (hranica 50% sušiny)
– – suché suché Získavanie energie z biomasy:Získavanie energie z biomasy:
a) termochemická premena (suché procesy)a) termochemická premena (suché procesy)
- spaľovanie- spaľovanie
- splyňovanie- splyňovanie
- pyrolýza- pyrolýza
Získavanie energie z biomasy:Získavanie energie z biomasy:
b) biochemická premena (mokré procesy)b) biochemická premena (mokré procesy)
- alkoholické kvasenie- alkoholické kvasenie
- metánové kvasenie- metánové kvasenie
c) fyzikálna a chemická premenac) fyzikálna a chemická premena
- mechanická úprava ( štiepenie, - mechanická úprava ( štiepenie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, mletie)mletie)
- chemická úprava (esterifikácia - chemická úprava (esterifikácia surových olejov)surových olejov)
d) získavanie odpadného tepla pri spracovaní d) získavanie odpadného tepla pri spracovaní biomasy (kompostovanie, aerobne čistenie biomasy (kompostovanie, aerobne čistenie odpadných vôd, anaeróbna fermentácia a pod.odpadných vôd, anaeróbna fermentácia a pod.
Typ konverzie Typ konverzie biomasybiomasy
Spôsob Spôsob konverzie konverzie biomasybiomasy
Energetický Energetický výstupvýstup
Odpadný materiál Odpadný materiál alebo druhotná alebo druhotná
surovinasurovina
termochemická termochemická koverzia koverzia
(suché procesy)(suché procesy)
spaľovaniespaľovanie teplo viazané na teplo viazané na nosičnosič
popolpopol
splyňovaniesplyňovanie generátorový plyngenerátorový plyn dechtový olej, uhldechtový olej, uhlííkka a té palivoté palivo
pyrolýzapyrolýza generátorový plyngenerátorový plyn dechtový olej, pevné dechtový olej, pevné horľavé zbytkyhorľavé zbytky
biochemická biochemická konverzia konverzia
(mokré procesy)(mokré procesy)
anaeróbna anaeróbna fermentáciafermentácia
bioplynbioplyn fermentovaný fermentovaný substrátsubstrát
aeróbna aeróbna fermentáciafermentácia
teplo viazané na teplo viazané na nosičnosič
fermentovaný fermentovaný substrátsubstrát
fyzikálno-fyzikálno-chemická chemická konverziakonverzia
esterifikácia esterifikácia bioolejovbioolejov
metylester, metylester, bioolejebiooleje
glycerínglycerín
Tab. Spôsoby konverzie biomasy na energiuTab. Spôsoby konverzie biomasy na energiu
ROZDELENIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASYROZDELENIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY
trit ika le (p šen ica x raž )
ovsen á
ražn á
jačm en n á
p šen ičn á
lú čn e sen o
en erg e tické p lod in y
rep ková
s ln ečn icová
ku ku ričn á
s lam a
rých lo ras tú ce d revin y
n á le t z TTP
sad y
vin oh rad y
d revn ý od p ad
b iom asa n a sp aľovan ie
M E R O b ioa lkoh o l
b iom asa n a vý rob u b iop a lív
s ilá ž
ze len é ras tlin y
exk rem en ty
b iom asa n a vý rob u b iop lyn u
p o ľn oh osp od á rska b iom asa
ENERGETICKÉ VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ ENERGETICKÉ VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY VHODNEJ NA SPAĽOVANIEBIOMASY VHODNEJ NA SPAĽOVANIE
ohre v te chnologic k e j vody
ohre v te ple j úž i tk ove j vody vykurova nie objek tov výroba te pla v s uš ie re ns tve výroba e le k tr iny
biom a sa na s pa ľova nie
Biomasa vhodná na výrobu bioplynuBiomasa vhodná na výrobu bioplynu
Bioplyn je možné získavať zo všetkých druhov Bioplyn je možné získavať zo všetkých druhov biomasy:biomasy:
- fytomasa - fytomasa
- organické odpady a vedľajšie produkty - organické odpady a vedľajšie produkty živočíšneho pôvoduživočíšneho pôvodu
- zmes rôznych organických odpadov- zmes rôznych organických odpadov
Bioplyn je produkt anaeróbnej fermentácie Bioplyn je produkt anaeróbnej fermentácie vlhkých organických materiálov, ktorého vlhkých organických materiálov, ktorého hlavnými komponentami sú metán a kysličník hlavnými komponentami sú metán a kysličník uhličitý.uhličitý.
Zloženie bioplynuZloženie bioplynu
Metán Metán 40-75 %40-75 % Oxid uhličitý Oxid uhličitý 25-55 %25-55 % Vodná para Vodná para 0-10 %0-10 % Dusík Dusík 0-5 %0-5 % Kyslík Kyslík 0-2 %0-2 % Vodík Vodík 0-1 %0-1 % AmoniakAmoniak 0-1 %0-1 % Sírovodík Sírovodík 0-1 %0-1 %
Metán v bioplyne vzniká pri tzv. Metán v bioplyne vzniká pri tzv. metanogénnej metanogénnej fermentácii organických substrátovfermentácii organických substrátov rozkladom: rozkladom:
- polysacharidov - polysacharidov
- lipidov- lipidov
- proteinov- proteinov
Pri rozklade proteinov (bielkovín) so do Pri rozklade proteinov (bielkovín) so do bioplynu uvoľňujú sírnaté zložky (napr. bioplynu uvoľňujú sírnaté zložky (napr. sírovodík), ktorý je treba pred použitím plynu sírovodík), ktorý je treba pred použitím plynu odstraňovať.odstraňovať.
Rozkladom lipidov (tukov) sa dosahuje Rozkladom lipidov (tukov) sa dosahuje najvyššej výťažnosti (produkcie bioplynu).najvyššej výťažnosti (produkcie bioplynu).
Rozklad polysacharidov zvlášť Rozklad polysacharidov zvlášť obsiahnutých vo fytomase býva hlavným obsiahnutých vo fytomase býva hlavným zdrojom látok pre tvorbu metánu.zdrojom látok pre tvorbu metánu.
Jedna z hlavných stavebných prvkov Jedna z hlavných stavebných prvkov fytomasy – fytomasy – lignín lignín – je z hľadiska metanogenezie – je z hľadiska metanogenezie balastným materiálom a na tvorbe metánu sa balastným materiálom a na tvorbe metánu sa takmer nezúčastňuje, pokiaľ nie je fyzikalno-takmer nezúčastňuje, pokiaľ nie je fyzikalno-chemickými procesmi predspracovaný.chemickými procesmi predspracovaný.
Reakčná schéma tvorby metánu:Reakčná schéma tvorby metánu:(štvorfázový model reakcie, ktorý zostavil v roku 1986 Nordberg)(štvorfázový model reakcie, ktorý zostavil v roku 1986 Nordberg)
I.I. HydrolýzaHydrolýza – makromolekuly organických zlúčenín sú – makromolekuly organických zlúčenín sú prostredníctvom enzýmov hydrolýznych baktérií rozkladané prostredníctvom enzýmov hydrolýznych baktérií rozkladané na nižšie zložky.na nižšie zložky.
II.II. AcidogénnaAcidogénna (kyselinotvorná) fáza – medziprodukty (kyselinotvorná) fáza – medziprodukty hydrolýzy sa ďalej rozkladajú prostredníctvom acidogénnych hydrolýzy sa ďalej rozkladajú prostredníctvom acidogénnych baktérií na organické kyseliny (kyselina octová, propiónová baktérií na organické kyseliny (kyselina octová, propiónová alebo maslová), na nižšie alkoholy, aldehydy, vodík, CO2 alebo maslová), na nižšie alkoholy, aldehydy, vodík, CO2 a ďalšie plyny ako amoniak a sírovodík.a ďalšie plyny ako amoniak a sírovodík.
III.III. AcetogénnaAcetogénna fáza – medziprodukty predchádzajúceho fáza – medziprodukty predchádzajúceho stupňa sú ďalej transformované pomocou acetogénnych stupňa sú ďalej transformované pomocou acetogénnych baktérií na kyselinu octovú.baktérií na kyselinu octovú.
IV.IV.MetanogénnaMetanogénna fáza - metánové baktérie štiepia kyselinu fáza - metánové baktérie štiepia kyselinu octovú na metán (CH4), oxid uhličitý (CO2) a vodu. Vodík (H2) octovú na metán (CH4), oxid uhličitý (CO2) a vodu. Vodík (H2) a (CO2) sú redukované na metán a vodu.a (CO2) sú redukované na metán a vodu.
Reakčná schéma tvorby metánu - Reakčná schéma tvorby metánu - Nordberg 1986Nordberg 1986
1. stupeňŠtiepenie makromolekúl
uhľohydrátytukybielkoviny
cukrymastné kyselinyaminokyselinyzásady
karboxylová kyselinaplynyalkoholy
MetánKysličník uhličitý
kyselina octová vodíkkysličník uhličitý
2. stupeňKvasenie produktov štiepenia
HnojovicaMaštaľný hnojBioodpady
3. stupeňTvorba metanogénnych substrátov
4. stupeňTvorba bioplynu
Bioplyn
Hydrolitické baktérie
Acidogénne baktérie
Acetogénne baktérie
Metanogénné baktérie
Obecné vlastnosti materiálov vhodných Obecné vlastnosti materiálov vhodných pre anaeróbnu fermentáciu:pre anaeróbnu fermentáciu:
Malý obsah anorganických zložiek (popolovín)Malý obsah anorganických zložiek (popolovín) Vysoký podiel biologicky rozložiteľných látok Vysoký podiel biologicky rozložiteľných látok
(spracovávajú sa predpripravené – (spracovávajú sa predpripravené – homogenizované zmesy materiálov)homogenizované zmesy materiálov)
Optimálny obsah sušiny (v závislosti od Optimálny obsah sušiny (v závislosti od použitej technológie – pri pevných použitej technológie – pri pevných substrátoch 22 – 25%, v prípade tekutých substrátoch 22 – 25%, v prípade tekutých substrátov 8 až 14%. Obsah sušiny pod 3% - substrátov 8 až 14%. Obsah sušiny pod 3% - negatívna energická bilancia)negatívna energická bilancia)
Hodnota pH (kyslosť alebo zásaditosť) – Hodnota pH (kyslosť alebo zásaditosť) – ideálny stav pH = 7 až 7,8 (neutrálna hodnota)ideálny stav pH = 7 až 7,8 (neutrálna hodnota)
Obecné vlastnosti materiálov vhodných Obecné vlastnosti materiálov vhodných pre anaeróbnu fermentáciu:pre anaeróbnu fermentáciu:
Pomer uhlikatých a dusikatých látok v substráte. Pomer uhlikatých a dusikatých látok v substráte. Ideálny pomer C : N = 30 : 1. Vysoký obsah Ideálny pomer C : N = 30 : 1. Vysoký obsah dusikatých látok – negatívny vplyv na zloženie dusikatých látok – negatívny vplyv na zloženie bioplynu – amoniak, oxid dusný, atď. Materiály s bioplynu – amoniak, oxid dusný, atď. Materiály s vysokým obsahom N – exkrementy všetkých druhov vysokým obsahom N – exkrementy všetkých druhov hospodárskych zvierat. Opačný extrém – vysoký hospodárskych zvierat. Opačný extrém – vysoký obsah uhlíka C – materiály rastlinného pôvodu. obsah uhlíka C – materiály rastlinného pôvodu. Vhodné je preto miešať materiály – kofermentácia.Vhodné je preto miešať materiály – kofermentácia.
Neprítomnosť antibiotík ako aj zložiek materiálu, u Neprítomnosť antibiotík ako aj zložiek materiálu, u ktorých prebehol hnilobný proces.ktorých prebehol hnilobný proces.
Dlhodobé skladovanie a nevhodná manipulácia Dlhodobé skladovanie a nevhodná manipulácia znižuje vhodnosť materiálov k anaeróbnej znižuje vhodnosť materiálov k anaeróbnej fermentáciifermentácii
VýVýťťaažžok bioplynu z rôznych druhov substrátovok bioplynu z rôznych druhov substrátov
30
35
42
50
70
90
130
166
180
200
200
250
340
480
600
670
710
0 100 200 300 400 500 600 700 800
hnojovica HD
hnojovica ošípaných
zemiakové výpalky
obilné výpalky
repné skrojky
hydinový trus
pivovarnícke mláto
zemiaková vnať
cukrová repa
kukuričná siláž
trávna siláž
tuk z odlučovačov
melasa
kuchynské odpady
starý tuk
výpeky
pekárenské odpady
max. výťažok bioplynu (m3/ t substrátu)
Produkcia výkalov a výProdukcia výkalov a výťťaažžok bioplynu od ok bioplynu od jednotlivých druhov zvierat:jednotlivých druhov zvierat:
Kategória zvieratKategória zvierat
Sušina vo Sušina vo výkaloch vrátane výkaloch vrátane
moču (kg/deň)moču (kg/deň)
Výkaly celkom Výkaly celkom priemerne priemerne (kg/deň)(kg/deň)
Vyprodukované Vyprodukované množstvo množstvo
bioplynu (mbioplynu (m33/deň)/deň)
Vyprodukovaná Vyprodukovaná elektrická energia elektrická energia
(kWh/rok)(kWh/rok)
Hovädzí dobytok (priemer)
Dojnice (550 kg) 6 60 1,7 3 400
Jalovice (330 kg) 3,5 35 0,9 1 800
Teľatá 1,25 12,5 0,3 600
Ošípané (priemer)
Prasnice (170 kg) 1 14 0,3 600
Výkrm (70 kg) 0,5 8,5 0,2 400
Kanci (250 kg) 1,3 18,5 0,3 600
Hydina (priemer)
Nosnice (2,2 kg) 0,036 0,25 0,016 32
Brojler (0,8 kg) 0,02 0,009
Kurčatá (1,1 kg) 0,02 0,009
Kukurica pri výrobe bioplynuKukurica pri výrobe bioplynu
PRODUKCIA KUKURIPRODUKCIA KUKURIČČNEJ SILÁNEJ SILÁŽEŽE A ENERGETICKÁ HODNOTA A ENERGETICKÁ HODNOTA
SH SH – SUCHÁ HMOTA– SUCHÁ HMOTAOSH OSH – ORGANICKÁ SUCHÁ HMOTA – ORGANICKÁ SUCHÁ HMOTA 1 m1 m33 bioplynu = 5,5 kWh bioplynu = 5,5 kWh
Kukurica
Výnos t.ha-1 42,5
Výnos siláž t SH. ha-1 (32 % SH) 13,6
Obsah OSH % 85 - 95
Produkcia bioplynu m3.t-1, OSH (85 % OSH) 450 – 700
Produkcia bioplynu m3 . ha-1 5.200 – 8.090
Energetická hodnota kWh.ha-1 28.600 – 44.490
Požiadavky na kukuričnú siláž pre produkciu Požiadavky na kukuričnú siláž pre produkciu bioplynu:bioplynu:
maximálny výnos bioplynu – zber maximálny výnos bioplynu – zber v čase optimálnej silážovateľnosti v čase optimálnej silážovateľnosti (obsah suchej hmoty okolo 30% (obsah suchej hmoty okolo 30% v celej v celej
rastline)rastline)
vhodné odrody kukurice – stredne vhodné odrody kukurice – stredne neskoro neskoro dozrievajúce druhy krmnej dozrievajúce druhy krmnej kukuricekukurice
Výhody kukuričnej siláže pre produkciu Výhody kukuričnej siláže pre produkciu bioplynu:bioplynu:
• kukurica na siláž má najvyšší výnosový kukurica na siláž má najvyšší výnosový potenciál z hektárapotenciál z hektára
• existujú technologicky optimalizované existujú technologicky optimalizované systémy pestovania, zberu, konzervácie, systémy pestovania, zberu, konzervácie, skladovania a prepravyskladovania a prepravy
3. Zariadenia na výrobu bioplynu3. Zariadenia na výrobu bioplynuZákladné časti zariadenia pre produkciu bioplynu z Základné časti zariadenia pre produkciu bioplynu z tekutých substrátov:tekutých substrátov:
homogenizačná nádržhomogenizačná nádrž - slúži ako zásobník a na - slúži ako zásobník a na prípravu vstupného substrátuprípravu vstupného substrátu
fermentor (bioreaktor)fermentor (bioreaktor) – dimenzuje sa podľa denného – dimenzuje sa podľa denného množstva vstupného substrátu a času zdržania, množstva vstupného substrátu a času zdržania, prebieha tu anaeróbny rozklad substrátu a tvorí sa prebieha tu anaeróbny rozklad substrátu a tvorí sa bioplynbioplyn
plynojem plynojem – slúži na skladovanie najnutnejšej – slúži na skladovanie najnutnejšej prevádzkovej rezervy bioplynu, dimenzuje sa na pol až prevádzkovej rezervy bioplynu, dimenzuje sa na pol až jednodňovú produkciu bioplynu jednodňovú produkciu bioplynu
zberná nádržzberná nádrž spracovaného substrátu – slúži ako spracovaného substrátu – slúži ako konečný sklad vyhnitého substrátu a dimenzuje sa pre konečný sklad vyhnitého substrátu a dimenzuje sa pre skladovaciu kapacitu na 180 až 200 dnískladovaciu kapacitu na 180 až 200 dní
Typické usporiadanie zariadenia pre Typické usporiadanie zariadenia pre produkciu bioplynu z tekutých substrátovprodukciu bioplynu z tekutých substrátov
Vstupný substrát
Miešanie
FermentorIzolácia
Odlučovač vody
Zberná nádrž
Homogen. nádrž
Ohrev
OhrevKalové čerpadlo
Plynojem
Ohrev
Plynový dóm
Ramená mixéru
Výstup
Motor
Vstup
Horizontálny fermentor (objemy 50 až 150 mHorizontálny fermentor (objemy 50 až 150 m33))
Schéma vertikálneho fermentora poľnohospodárskej Schéma vertikálneho fermentora poľnohospodárskej bioplynovej stanice (objemy do 1 000 mbioplynovej stanice (objemy do 1 000 m33))
Dvojitá membrána Plynojem
Miešadlo
Vstup
Výstup
Ohrev
Schéma veľkokapacitného fermentora vhodného pre Schéma veľkokapacitného fermentora vhodného pre priemyselné bioplynové stanice (objem fermentora až priemyselné bioplynové stanice (objem fermentora až do 5 000 mdo 5 000 m33))
Výnenník tepla
Miešanie
Výstup
Vstup
Základne rozsahy používaných teplôt vo Základne rozsahy používaných teplôt vo fermentoroch:fermentoroch:
Zmiešané kultúry baktérií zúZmiešané kultúry baktérií zúččastastňňujúcich ujúcich sa procesu anaeróbneho rozkladu msa procesu anaeróbneho rozkladu môžôžeme eme z hz hľľadiska teploty procesu rozdeliadiska teploty procesu rozdeliťť na: na:
psychrofilné psychrofilné teplota teplota 15 až15 až 20 20C C mezofilné mezofilné teplotateplota 30 a30 ažž 40˚C) 40˚C) termofilné termofilné
baktérie baktérie teplota teplota 50 a50 ažž 75˚C) 75˚C)
(Braun, 1982; Lucke, 2002)(Braun, 1982; Lucke, 2002)
4. Skúsenosti SPU4. Skúsenosti SPU
Bioplynová stanica SPU v prevádzke od Bioplynová stanica SPU v prevádzke od novembra 2000.novembra 2000.
Parametre: Parametre:
• objem fermentoraobjem fermentora 100 m100 m33
• typ fermentoratyp fermentora horizontálnyhorizontálny
• doba zdržaniadoba zdržania 20 dní20 dní
• objem dohnívacej nádržeobjem dohnívacej nádrže 670 m670 m33
• inšatlovaný elektrický výkoninšatlovaný elektrický výkon 22 kW22 kW
• pprojektovanrojektovaný výkon -ý výkon - vyu využžitie exkrementov od 80 VDJitie exkrementov od 80 VDJ
• kogenerakogeneraččnnáá výrob výroba energiea energie - - elektrickej elektrickej - 22 kW- 22 kW - - tepelnej tepelnej - 45 kW- 45 kW
• celkovcelkováá zastavaná zastavaná plochplocha a cca 1350 mcca 1350 m22
BBioplynovioplynováá stanica stanica v Kolív Kolíňňanochanoch
Experimenty s kofermentáciouExperimenty s kofermentáciou Sledované parametre:Sledované parametre:
Vstupný substrát:Vstupný substrát: chemická spotreba kyslíka (CHSK), chemická spotreba kyslíka (CHSK), celkový obsah dusíka (Ncelk.), organické zaťaženie celkový obsah dusíka (Ncelk.), organické zaťaženie fermentora (OZF), obsah suchej hmoty (% SH)fermentora (OZF), obsah suchej hmoty (% SH)
Substrát vo fermentore:Substrát vo fermentore: hodnota pH, teplota (t), obsah hodnota pH, teplota (t), obsah mastných kyselínmastných kyselín ((CCMKMK), obsah suchej hmoty (% SH), obsah ), obsah suchej hmoty (% SH), obsah
amoniakálnamoniakálnychych ión iónovov NHNH44++
Bioplyn:Bioplyn: denná produkcia, obsah denná produkcia, obsah CHCH44, CO, CO22, H, H22S, HS, H22, O, O22, N, N22
FázaFázaPouPoužžitý substrátitý substrát Trvanie meraníTrvanie meraní
II 100 % vol. hnojovice100 % vol. hnojovice 21.11.21.11.202003 – 03 – 008.03.8.03.20200404
IIII40 % vol. hnojovice, 60 % vol. 40 % vol. hnojovice, 60 % vol.
silásilážžovanej kukuriceovanej kukurice 23.03.23.03.202004 – 23.04.04 – 23.04.20200404
IIIIII 60 % vol. hnojovice, 40 % vol. 60 % vol. hnojovice, 40 % vol. silásilážžovanej kukuriceovanej kukurice 24.04.24.04.202004 – 26.05.04 – 26.05.20200404
IVIV90 % vol. hnojovice, 10 % vol. 90 % vol. hnojovice, 10 % vol.
ččerstvej trávyerstvej trávy 007.06.7.06.202004 – 19.07.04 – 19.07.20200404
VV 92,3 % vol. hnojovice, 7,7 % vol.92,3 % vol. hnojovice, 7,7 % vol. kuchynských odpadkovkuchynských odpadkov
004.08.4.08.202004 – 20.09.04 – 20.09.20200404
VIVI 90 % vol. hnojovice, 10 % 90 % vol. hnojovice, 10 % silásilážžovanej trávyovanej trávy 27.09.27.09.202004 – 18.11.04 – 18.11.20200404
gasholder 1
gasholder 2
homogenization tank
comixture tank
storage tank
digester
biogas substrate
input substrate
output substrate
biogas
Schéma experimentálneho zariadeniaSchéma experimentálneho zariadenia
Výsledky analýz vzoriek bioplynu a jeho dennej produkcieVýsledky analýz vzoriek bioplynu a jeho dennej produkcie
Fáza Použitý substrátCH4
(% vol.)
CO2
(% vol.)
H2S
(ppm)
PG
(mN3.d-1)
I CM 55,77 39,07 158 4,8
II 40 % CM + 60 % CS 55,6 41 53 8,29
III 60 % CM + 40 % CS 55,1 44 141 7,126
IV 90 % CM + 10 % FG 55,4 44,5 81 1,273
V 92,3 % CM + 7,7 % KW 59 41 319 2,97
VI 90 % CM + 10 % GS 56,7 43 338 3,6
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60
bio
gas
pro
du
ctio
n P
g m
3/d
cattle manure 60% CS+ 40%CM 40% CS + 60% CM
10% FG + 90% CM KW + CM 10% GS + 90% CM
Porovnanie dennej produkcie bioplynuPorovnanie dennej produkcie bioplynu
Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR
Bioplynová stanica STIFI HurbanovoBioplynová stanica STIFI Hurbanovo
- objem fermentora 2450 m3
- inštalovaný el. výkon 272 kW
- vstupný substrát – kukuričná siláž 20 t/d
Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR
Bioplynová stanica Bioplynová stanica PD Kapušany pri PrešovePD Kapušany pri Prešove- objem fermentora 450 m3- inštalovaný el. výkon 100 kW - vstupný substrát – maštaľný hnoj kukuričná siláž 23 t/d
Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR
Bioplynová stanica SPU KolíňanyBioplynová stanica SPU KolíňanyBioplynová stanica SPU Kolíňany
- objem fermentora 100 m3
- inštalovaný elektrický výkon 22 kW
- vstupný substrát hnojovica od ošípaných, maštalný hnoj 5t/d
Výroba elektrickej energie kogeneráciouVýroba elektrickej energie kogeneráciou
Výhody:Výhody:
vysoká účinnosť výroby elektrickej energie (do vysoká účinnosť výroby elektrickej energie (do 34%)34%)
vysoká účinnosť získavania tepelnej energie (do vysoká účinnosť získavania tepelnej energie (do 60%)60%)
celková účinnosť - viac ako 85%celková účinnosť - viac ako 85%Efektívnosť:Efektívnosť:
úspora paliva až 40% oproti klasickej výrobe tepla a úspora paliva až 40% oproti klasickej výrobe tepla a elektrinyelektriny
ročné využitie 5 až 6 tisíc hodínročné využitie 5 až 6 tisíc hodín
návratnosť investícií 5 až 7 rokov návratnosť investícií 5 až 7 rokov
top related