Project ref: 2007CB16IPO006-2011-2-19

The project is co-funded by EU through the Bulgaria-Serbia

IPA Cross-border Programme

Studija o obnovljim izvorima energije (Study over renewable energy souces)

u okviru projekta:

''Jačanje prekogranične teritorijalne konkurentnosti i ekonomskog razvoja Nišavskog i Jablaničkog (Srbija) i Sofijskog (Bugarska) regiona efikasnim korišćenjem regionalnih

obnovljivih izvora energije sa naglaskom na korišćenje biomase''

(''Strengthening the cross-border territorial competitiveness and economic development in Nish and Jablanica (Serbia) and Sofia (Bulgaria) regions through efficient utilization of

regional resources in the area of renewable energies use with stress on biomass employment'')

Jul, 2013.

1

NAZIV STUDIJE: Studija o obnovljim izvorima energije

PROJEKAT BROJ: 2007CB16IPO006-2011-2-19

NAZIV PROJEKTA:

''Jačanje prekogranične teritorijalne konkurentnosti i ekonomskog razvoja Nišavskog i Jablaničkog (Srbija) i Sofijskog (Bugarska) regiona efikasnim korišćenjem regionalnih obnovljivih izvora energije sa naglaskom na korišćenje biomase''

ORGANIZATOR STUDIJE: DAI, Agencija za konsalting, Leskovac

UGOVOR No: 303/16 od 28.05.2013.

STUDIJU IZRADILI:

Dr Jelena Dodić, vanredni profesor, Tehnološki fakultet, Novi Sad

Dr Jovana Grahovac, docent, Tehnološki fakultet, Novi Sad

2

SADRŽAJ

SADRŽAJ ............................................................................................................................. 2

1. BIOGORIVA STANJE I PERSPEKTIVE ......................................................................... 4

2. BIOMASA KAO OBNOVLJIVI IZVOR ENERGIJE ....................................................... 6

3. PROIZVODNJA ELEKTRIČNE ENERGIJE, TOPLOTE I GORIVA UPOTREBOM BIOMASE ......................................................................................................................... 7

3.1. SAGOREVANJE BIOMASE ......................................................................................................... 9

3.2. DOBIJANJE BIOETANOLA ....................................................................................................... 10

3.3. DOBIJANJE BIODIZELA ........................................................................................................... 14

3.4. DOBIJANJE BIOGASA ............................................................................................................. 16

4. PROIZVODNJA BIOGASA IZ BIOMASE .................................................................... 17

4.1. OSNOVE PROCESA PROIZVODNJE BIOGASA ........................................................................... 17

4.2. VRSTE BIOMASE ZA PROIZVODNJU BIOGASA......................................................................... 19

4.3. POSTUPAK PROIZVODNJE BIOGASA....................................................................................... 20

4.3.1. Glavni činioci procesa proizvodnje biogasa ................................................................. 21

Temperatura.................................................................................................................... 21

pH vrednost ..................................................................................................................... 23

Vreme zadržavanja materijala ......................................................................................... 24

Nutritivni sastav sirovine ................................................................................................. 25

Biohemijska i hemijska potrošnja kiseonika .................................................................... 26

Mešanje ........................................................................................................................... 27

4.3.2. Primena aditiva i predtretmama ................................................................................. 29

Termički predtretmani..................................................................................................... 29

Mehanički predtretmani .................................................................................................. 30

Hemijski predtretmani .................................................................................................... 30

Ultrazvučni predtretman ................................................................................................. 31

Bakterijska i enzimska hidroliza ....................................................................................... 31

Dodatak metala ............................................................................................................... 31

Inokulacija ....................................................................................................................... 31

4.4. TIPOVI POSTROJENJA ZA PROIZVODNJU BIOGASA ................................................................. 32

4.4.1. Proizvodnja biogasa u domaćinstvima ........................................................................ 32

4.4.2. Industrijska proizvodnja biogasa ................................................................................. 33

3

4.5. PRERADA BIOGASA ............................................................................................................... 37

4.5.1. Uklanjanje vode .......................................................................................................... 37

4.5.2. Uklanjanje ugljen-dioksida .......................................................................................... 37

4.5.3. Uklanjanje H2S ............................................................................................................ 38

4.5.4. Uklanjanje tragova gasova .......................................................................................... 39

4.6. SKLADIŠTENJE BIOGASA ........................................................................................................ 39

4.7. UPOTREBA BIOGASA ............................................................................................................. 40

5. ANALIZA REGULATIVA I STRATEGIJE O KORIŠĆENJU OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE ....................................................................................................................... 42

5.1. STANJE I REGULATIVE U SRBIJI O KORIŠĆENJU OIE ................................................................ 42

5.1.1. Struktura proizvodnje OIE u Srbiji ............................................................................... 42

5.1.2. Regulative o povećanju korišćenja OIE u Srbiji ............................................................ 44

5.2. STANJE I REGULATIVE U EU O KORIŠĆENJU OIE ..................................................................... 49

6. PRIMERI DOBRE PRAKSE .......................................................................................... 52

6.1. PRIMERI DOBRE PRAKSE U ZEMLJAMA EU ............................................................................. 52

6.2. PRIMERI DOBRE PRAKSE U ZEMLJAMA U REGIONU ............................................................... 53

7. EKONOMSKI POKAZATELJI PRIMENE BIOMASE ZA PROIZVODNJU ENERGIJE......................................................................................................................................... 55

8. LITERATURA ............................................................................................................... 59

4

1. BIOGORIVA STANJE I PERSPEKTIVE

Nagli rast cena sirove nafte početkom 70-tih godina XX veka, usmerio je globalnu pažnju ka potrebi efikasnijeg korišćenja i pronalaženju novih izvora energije. Pored toga, razvijen je potpuno nov pristup proizvodnji i korišćenju energije u svetlu bezbednosti, posledica koje uzrokuje korišćenje (klimatske promene) određenih vrsta energenata i ekonomskog razvoja. Potrošnja energija raste dramatično u razvijenim zemljama. U zemljama OECD1, potrošnja energije od 1985. godine je u stalnom porastu, dok je u ostalim zemljama rast potrošnje za 50% tokom svake dekade. Generalno, očekuje se da do 2030. godine potrebe za energijom porastu za više od 50% (slika 1). (Anonymous 1)

Slika 1. Razvoj svetske potrebe za energijom do 2030. godine (Anonymous 1)

U cilju savladavanja problema izazvanih stalnim porastom svetske populacije, brzog trošenja mnogih prirodnih izvora, rasta pritiska na okolinu i klimatskim promenama, Svet i Evropa moraju da korenito menjaju pristup proizvodnji, preradi, potrošnji, skladištenju, recikliranju i odlaganju bioloških izvora. Evropska strategija 2020 upućuje na bioekonomiju kao ključni element za održivi i “zeleni” razvoj regiona. Bioekonomija obuhvata održivu proizvodnju obnovljivih bioloških izvora i njihovu konverziju u hranu, biogoriva, bioenergiju i bioproizvode (npr. bioplastika, biopesticidi...). Ona obuhvata poljoprivredu, šumarstvo, 1 Organizacija za ekonomsku saradnju i razvoj (Organisation for Economic Cooperation and Development)

5

ribarstvo, proizvodnju hrane i papira, kao i deo hemijske, biotehnološke i industrije energije. Ovaj sektor ima snažan inovacioni potencijal jer uključuje veliki broj nauka (prirodne nauke, agronomiju, ekologiju, prehrambene i socijalne nauke) i omogućuje razvoj tehnologija (biotehnologija, nanotehnologija, informacione i komunikacione tehnologije i inženjerstvo) (Anonymous 2).

Napredak u prihvatanju inovacija i istraživanja u bioekonomiji omogućiće Evropi usavršavanje upravljanja obnovljivim biološkim izvorima i otvoriti nova i različita tržišta za bioproizvode. Uspostavljanje bioekonomije u Evropi pruža velike mogućnosti (Anonymous 2): održava i podstiče ekonomski rast u seoskim, priobalnim i industrijskim oblastima, smanjuje zavisnost od fosilnih goriva i unapređuje ekonomsku i ekološku održivost primarne proizvodnje i prerađivačke industrije.

Napredak i razvoj tehnologija značajno komplikuju ekonomičnu proizvodnju, distribuciju i potrošnju svih vidova energije. S gledišta opstanka i razvoja čovečanstva, veoma je važno traganje za dopunskim energetskim resursima. Neobnovljivi izvori energije su čvrsta, tečna i gasovita goriva (osim drveta i biljne mase), kao i nuklearna goriva. Obnovljivi izvori su energija vode, vetra, Sunca i biomase. Konvencionalni energetski resursi bazirani na fosilnim i drvnim gorivima se sve više iscrpljuju, dok nuklearna goriva nose rizik odlaganja otpada koji pri proizvodnji nastaje, zbog čega se nameće potreba za nalaženjem adekvatnog, ekonomičnog i pouzdanog načina za dobijanje energije (Tomović, 2002).

Proizvodnja obnovljive energije u Srbiji u 2010. godini iznosila je 55220 TJ, pri čemu najveći udeo ima hidroelektrična energija 78% (42808 TJ), zatim ogrevno drvo 22% (12188 TJ) i geotermalna energija sa manje od 1% (224 TJ) (Anonymous 3).

Proizvodnja biogoriva se uglavnom odnosi na proizvodnju biodizela, bioetanola i biogasa. Biogas se proizvodi u mnogim zemljama, ali samo nekoliko njih ima razvijeni program proizvodnje biogasa. Tradicionalna mala porodična biogas postrojenja sve više se zamenjuju industrijskim postrojenjima za kogeneraciju toplote i energije.

Kako se biogas može proizvesti tretiranjem otpada, na ovaj način se može rešiti problem odlaganja nepoželjnog materijala, pri čemu se proizvodi energija i poljoprivredno đubrivo uz zaštitu životne sredine. Glavna pokretačka snaga za povećanje proizvodnje biogasa nije samo energija već neophodnost rešavanja ekoloških i sanitarnih problema. Malo je verovatno da će biogas imati značajnu ulogu u transportu (Rosillo-Calle, 2006) zbog značajnih ulaganja koja bi njegova primena podrazumevala, pre svega skladištenja u rezervoare pod pritiskom. Na ekonomskom nivou, biogas tehnologija može individualnim proizvođačima uštedeti dosta novca za energetske troškove. Na primer farma za mlečne proizvode koja koristi biogas tehnologiju može uštedeti hiljade dolara svake godine na električnoj energiji i zagrevanju (Schlager i Weisblatt, 2006).

6

2. BIOMASA KAO OBNOVLJIVI IZVOR ENERGIJE

Kao obnovljivi izvor za dobijanje goriva za proizvodnju električne i toplotne energije, biomasa predstavlja biorazgradivi deo proizvoda, otpada i ostataka biološkog porekla iz poljoprivrede (uključujući biljne i životinjske materije), šumarstva i povezanih industrija, kao i biorazgradivi deo industrijskog i komunalnog otpada (Anonymous 4). Biomasa se može podeliti na primarne i sekundarne proizvode (Kaltschmitt, 2007). Primarni proizvodi nastaju direktnim fotosintetskim korišćenjem sunčeve energije i uključuju biljne kulture i drvo, ostatke povrća, nusproizvode i otpad iz industrije, pre svega drvne i poljoprivredne. Sekundarni proizvodi indirektno koriste sunčevu energiju, nastaju razgradnjom ili konverzijom organske materije (npr. životinja) i obuhvataju celokupni plankton, stajnjak i kanalizacioni otpad.

Preradom različitih vrsta biomase najčešće se proizvode biogoriva koja se koriste za transport, u nekim industrijskim procesima, kao i za grejanje. U zavisnosti od sirovina od kojih se proizvode, razlikuju se četiri generacije biogoriva (Anonymous 5, Anonymous 6):

prva generacija biogoriva se proizvodi od skroba ili šećera iz kukuruza, pšenice, šećerne trske, šećerne repe i biljaka koje u sebi sadrže veći procenat skroba ili šećera (nedostatak prve genaracije biogoriva je negativan uticaj proizvodnje na cenu osnovnih životnih namirnica i ekonomiju zemlje),

druga generacija biogoriva se proizvodi od lignocelulozne biomase (drvo, iskorišćeni papir, trska i trava) i poljoprivrednih ostataka; proizvodnja druge generacije biogoriva je još uvek neefikasna za komercijalnu upotrebu, ali neke zemlje u velikoj meri ulažu u istraživanje i razvoj,

treća generacija biogoriva se proizvodi iz algi ili uljane repice, biljaka koje ne ugrožavaju zalihe hrane (produktivnost treće generacije biogoriva je oko 30 puta veća po jedinici površine zemljišta od prve ili druge generacije biogoriva) i

četvrta generacija biogoriva se proizvodi iz sirovina koje su genetski modifikovane tako da daju veće energetske prinose i/ili su im gradivni makromolekuli podložni ekonomičnoj razdradnji, a svojstveno im je i da apsorbuju veće količine ugljen-dioksida iz atmosfere.

7

3. PROIZVODNJA ELEKTRIČNE ENERGIJE, TOPLOTE I GORIVA UPOTREBOM BIOMASE

Proizvodnja energije bazirane na biomasi obuhvata postupke od sakupljanja biomase do konačnog snabdevanja energijom (Slika 2). Procesi prevođenja biomase u energiju mogu biti različiti, a u zavisnosti od željenog proizvoda neophodno je obezbediti odgovarajuće uslove za konverziju biomase.

Slika 2. Šema postupaka dobijanja energije iz različitih vrsta biomase (Kaltschmitt, 2007)

Kalorijska vrednost goriva se obično izražava preko gornje (Higher Heating Value-HHV) i donje toplotne moći goriva (Lower Heating Value – LHV). Gornja toplotna moć odgovara maksimalnoj potencijalnoj energiji koja se oslobađa tokom potpunog sagorevanja jedinice goriva. Donja toplotna moć goriva je ona količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jedinice mase ili količine goriva, a da pri tom vodena para nastala pri sagorevanju ostane u parnom stanju u smeši produkata sagorevanja. U nekim literaturnim

8

izvorima toplotna moć naziva se i toplotna vrednost. U tabeli 1 prikazane su karakterstike različitih vrsta biomase i njihovo poređenje sa karakteristikama uglja i lož ulja.

Tabela 1. Poređenje karakteristika različitih vrsta biomase sa karakteristikama uglja i lož ulja (Anonymous 7)

Karakteristika

Gorivo

Donja toplotna

moć, GJ/t

Tezina u udnosu na težinu

ekvivalenta nafte (toe/t)

Relativna gustina (kg/m³)

Donja toplotna

moć (GJ/m³)

Ekvivalentna zapremina lož

ulja (m³)

Lož ulje 41,9 1,00 950 39,8 1,0 Ugalj 25,0 0,60 1000 25,0 1,6 Peleti sa 8% vlage 17,5 0,42 650 11,4 3,5

Piljevina 9,5 0,23 600 5,7 7,0 Industrijski čips od mekog drveta sa 50% vlage

9,5 0,23 320 3,0 13,1

Industrijski čips od mekog drveta sa 20% vlage

15,2 0,36 210 3,2 12,5

Čips od šumskog mekog drveta sa 30% vlage

13,3 0,32 250 3,3 12,0

Čips od šumskog tvrdog drveta sa 30% vlage

13,3 0,32 320 4,3 9,3

Usitnjena slama sa 15% vlage

14,5 0,35 60 0,9 45,9

Balirana slama sa 15% vlage

14,5 0,35 140 2,0 19,7

Pri korišćenju za sagorevanje i u ostalim termohemijskim procesima, najznačajnija karakteristika biomase je sadržaj vlage. Sadržaj vlage utiče na energetski sadržaj goriva i LHV (Anonymous 7). Razlika nastaje usled toplote isparavanja vode koja je prisutna u materijalu, a zavisi od hemijskog sastava goriva.

9

3.1. SAGOREVANJE BIOMASE

U zavisnosti od temperature i metode sagorevanja, sagorevanje biomase može dati

različite proizvode (tabela 2). Karbonizacija biomase dovodi do stvaranja uglja, dok različiti načini pirolize uslovljavaju stvaranje različitih proizvoda.

Tabela 2. Proizvodi sagorevanja biomase (Demirbas, 2008)

Metoda sagorevanja Vreme sagorevanja

Temperatura (K)

Stepen zagrevanja Proizvodi

Karbonizacija Nekoliko dana

675 Veoma nizak

Drveni ugalj

Konvencionalni metod 5-30 min 875 Nizak Ulje, gas, čađ Brza piroliza 0,5-5 s 925 Veoma

visok Bio-ulje

Fleš piroliza-tečnoa <1s <925 Visok Bio-ulje Fleš piroliza-gasb <1s <925 Visok Hemijska jedinjenja,

gas Hidropirolizac <10s <775 Visok Bio-ulje Metanopirolizad <10s >975 Visok Hemijska jedinjenja Ultrapirolizae <0,5s 1275 Veoma

visok Hemijska jedinjenja, gas

Vakuumpiroliza 2-30s 675 Srednji Bio-ulje a tečni proizvodi dobijeni fleš pirolizom za vreme manje od 1s b gasoviti proizvodi dobijen fleš pirolizom za vreme manje od 1s c piroliza u prisustvu vode d piroliza sa metanolom e proces sa visokim stepenom razgradnje

Gasifikacijom se biomasa prevodi u gasne energente. U tu svrhu se dodaje

gasifikacioni agens koji sadrži kiseonik (npr. vazduh) i vrši prevođenje ugljenika prisutnog u biogorivu. Gas koji nastaje je smeša CO, H2, CH4, CO2 i N2. Toplota koja je neophodna za ovaj process obezbeđuje se delimičnim sagorevanjem dela čvrste biomase (Kaltschmitt, 2007). Upotreba nastalog gasa je najčešće u proizvodnji toplote ili električne energije pomoću gasnih turbina (Demirbas, 2008).

Karbonizacija predstavlja termohemijsku konverziju biomase, odnosno vrstu pirolize, sa ciljem dobijanja maksimalne količine čvrstih proizvoda. Tokom ovog procesa dolazi i do termičke razgradnje organske materije u biomasi. Potrebna količina toplote obezbeđuje se delimičnim sagorevanjem sirovine ili putem oslobođenih gasova. Nastala karbonizovana biomasa primarno se koristi za proizvodnju toplote (Kaltschmitt, 2007).

Piroliza je termičko razlaganje materijala bez prisustva kiseonika ili u prisustvu male količine kiseonika, tako da je sprečeno potpuno sagorevanje biomase. Pri tome se dobijaju smeša gasova bogata ugljovodonicima, bio-ulje i čvrst ostatak bogat ugljenikom.

10

Nastali tečni proizvodi mogu se koristiti kao goriva u odgovarajućim motorima, za generisanje snage ili kogeneraciju snage i toplote (Demirbas, 2008; Kaltschmitt, 2007).

Direktno sagorevanje biomase vrši se na temperaturi oko 800°C u prisustvu vazduha i to bez prethodne obrade ili nakon formiranja peleta ili briketa. Kao rezultat nastaju vreli gasovi koji se najčešće koriste za grejanje (Demirbas, 2008).

3.2. DOBIJANJE BIOETANOLA

Bioetanol se dobija fermentacijom prostih šećera iz biomase. U EU bioetanol se

može mešati sa gorivom u odnosu do 5% što je regulisano standardom EN228 (Demirbas, 2008). Tako niski sadržaji zahtevaju ograničenje sadržaja vode kako bi se izbeglo izdvajanje faze etanola i benzina iz smeše. Prednosti upotrebe bioetanola ogledaju se u tome što je manje toksičan i bolje biorazgradiv, a njegova tržišna cena ne zavisi od cene nafte. Osim toga, korišćenje bioetanola pruža mogućnost kogeneracije i niže emisije gasova staklene bašte. Negativna strana upotrebe bioetanola je u lošoj održivosti nekih izvora biomase, nepovoljnom energetskom bilansu, nedovoljnoj efikasnosti mikroorganizama koji vrše fermentaciju, higroskopnoj prirodi tečnosti i većoj potrošnji goriva (Walker, 2010)

Kao sirovine za proizvodnju bioetanola mogu se koristiti različiti ugljenohidratne sirovine opšte formule (CH2O)n (Walker, 2010). Sirovine se mogu podeliti u tri grupe: šećerne (šećerna repa, šećerna trska, sirak, voće itd.), skrobne (kukuruz, pšenica, pirinač, krompir, kasava, slatki krompir, ječam itd.) i lignocelulozne (drvo, poljoprivredni viškovi, gradski otpad itd.). Šećerne sirovine se mogu direktno razgraditi delovanjem mikroorganizama i ne zahtevaju prethodnu pripremu, dok skrobne i lignocelulozne sirovine moraju biti podvrgnute predtretmanima. Šećerne i skrobne sirovine predstavljaju sirovine prve generacije koje se mogu koristiti za ishranu ljudi i životinja. Zbog toga, sve se više pažnje posvećuje upotrebi sirovina druge generacije u koje spada lignocelulozna biomasa.

Tečna goriva koja se proizvode iz obnovljivih lignoceluloznih izvora pružaju nekoliko pogodnosti: niže cene sirovina, povećanje obradivih površina predviđenih za poljoprivredne useve namenjene ishrani ljudi i životinja, manju upotrebu fosilnih goriva (Semenčenko i sar., 2011). Lignocelulozne sirovine obuhvataju poljoprivredne ostatke (otpaci od šećerne trske, kukuruzovina, slama od pšenice, pirinča i ječma, ljuske od pirinča, koštice od maslina itd.), drvo (jasika, topola, omorika, smrča), celulozni otpad (stari papir, kaša od recikliranog papira itd.), biljnu biomasu (lucerka i ostalo krmno bilje) i čvrst komunalni otpad (Sanchez and Cardona, 2008). Poslednjih godina za proizvodnju bioetanola se koriste i alge, hitin ili različiti industrijski nusproizvodi (Walker, 2010).

Lignocelulozna biomasa se sastoji iz celuloze, hemiceluloze i lignina. Celuloza i hemiceluloza se mogu hidrolizovati do fermentabilnih šećera, dok to nije slučaj sa ligninom (Walker, 2010). Celuloza čini 40–50% suve mase drveta. To je homopolisaharid sastavljen

11

od molekula β-D-glukopiranoze povezanih (1,4)-glikozidnim vezama. Molekuli celuloze su linearni, a stepen polimerizacije varira od sirovine do sirovine.

Hemiceluloze pripadaju grupi heteropolisaharida i čine 15–30% suve mase drveta. Hemiceluloze mekog i tvrdog drveta, iako različite strukture i sastava, hidrolizuju se do monomera: glukoze, manoze, galaktoze, ksiloze, arabinoze i malih količina ramnoze, glukuronske, metil-glukuronske i galakturonske kiseline. Većina hemiceluloza ima stepen polimerizacije oko 200. Hemiceluloze se uglavnom rastvaraju u alkalijama tako da se mogu lakše hidrolizovati.

Drvo ima visok sadržaj lignina koji je sastavljen iz fenilpropanskih jedinica. Hemijske veze između lignina, hemiceluloze i celuloze su estarske, etarske i glikozidne. Etarske veze su stabilnije u poređenju sa estarskim vezama između lignina i ugljenih hidrata. Ove veze čine lignin izuzetno otpornim prema hemijskoj i enzimskoj razgradnji, dok biološku razgradnju omogućuju gljive i određene aktinomicete (Mojović i sar., 2007).

Proizvodnja bioetanola, ali i ostalih proizvoda, preradom lignocelulozne biomase prikazana je na slici 3. Proces proizvodnje bioetanola iz lignocelulozne biomase obuhvata sledeće faze (Walker, 2010):

mehaničko uklanjanje nečistoća i sitnjenje biomase,

predtretman (metode zavise od vrste sirovine),

razdvajanje čvrste i tečne faze (saharizovana hemiceluloza se odvaja od fibroznog materijala koji sadrži celulozu i lignin),

hidroliza celuloze pomoću enzima celulaze u cilju dobijanja glukoze,

fermentacija,

destilacija pri čemu se dobija etanol (koncentracije oko 96% v/v) i čvrst ostatak od lignina i mrtvih ćelija kvasaca (može se koristiti za proizvodnju energije sagorevanjem ili kao stočna hrana) i

dehidratacija (zaostala voda se uklanja iz destilata kako bi se dobio anhidrovani etanol).

12

Slika 3. Postupak biorafinerijske prerade biomase i dobijanja bioetanola (Anonymous 8)

Efikasni metod predtretmana mora da omogući očuvanje pentoza koje su prisutne u

hemiceluloznoj frakciji, ograničenu količinu proizvoda razgradnje lignina, minimalnu potrošnju energije i upotrebu jeftinih materijala i metoda. Predtretmani se mogu podeliti na fizičke, hemijske i biološke (tabela 3). Primena određenog predtretmana zavisi od vrste sirovine, a naročito je značajna jer ova faza predstavlja najskuplji korak u proizvodnji bioetanola.

Tabela 3. Predtretmani lignocelulozne biomase (Walker, 2010).

Metod predtretmana Primeri

Fizički Mlevenje, primena mikrotalasa i ultrazvuka, termohemijski procesi, ekstruzija

Hemijski Alkalni predtretman, tretman organskim rastvaračima, superkritičnim fluidima, tretiranje sa SO2, vlažna oksidacija, ozonoliza

Biološki Mikrobiološki i enzimski predtretmani

13

Nakon predtretmana, neophodna je hidroliza u cilju oslobađanja fermentabilnih šećera. Da bi se maksimizovalo oslobađanje šećera, hemicelulozna frakcija se podvrgava slabo kiseloj hidrolizi ili enzimskoj celulolizi. Jedan od mogućih načina hidrolize je tretiranje hemicelulozne frakcije rastvorom H2SO4, 0,7% na 190°C tokom 3 min ili H2SO4, 0,4% na 215°C tokom 3 min. Primena kiseline veće koncentracije može se obaviti na nižoj temperaturi (40°C), ali tokom dužeg vremenskog perioda (2-6 h). Glavni nedostatak kisele hidrolize je formiranje hemijskih jedinjenja koja mogu imati inhibitorni uticaj na ćelije kvasca (Walker, 2010). Enzimska hidroliza je dosta povoljniji, ali i značajno skuplji postupak. Enzimska hidroliza celuloze se odvija pri pH vrednosti 4,8 i temperaturi 45-50°C dejstvom enzima koji se dobijaju iz bakterija (Cellulomonas fumi, Clostridium thermocellum, Bacteroides cellulosolvens) ili gljiva (Trichoderma reesei).

Skrobne sirovine se takođe moraju podvrgnuti postupku hidrolize koji se poslednjih godina najčešće odvija primenom enzima α-amilaze čije se delovanje ogleda u raskidanju α-D-(1,4)-glukozidnih veza. Proces se sastoji iz dve faze: likvefakcija i saharifikacija. U prvoj fazi dolazi do smanjenja viskoznosti suspenzije usled delimične hidrolize skroba do kompleksnih šećera (dekstrina). Druga faza se odvija uz korišćenje enzima glukoamilaze, pri čemu se kao krajnji proizvod dobija glukoza.

Za razliku od lignoceluloznih i skrobnih, šećerne sirovine ne zahtevaju prethodnu obradu, već se direktno podvrgavaju mikrobiološkoj fermentaciji (Mojović i sar., 2007).

Fermentacija šećera se najčešće izvodi pomoću kvasaca Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum i Shizosaccharomyces pombe, iako se u pojedinim slučejevima mogu koristiti i bakterije Zymomonas mobilis, Clostridium sporogenes i Thermoanaerobacter ethanolicus. Proces se odvija u fermentorima pod anaerobnim uslovima uz teorijski prinos od 0,51 kg etanola po kilogramu fermentisane glukoze. Realni prinos zavisi od vrste šećera koji se fermentiše, vrste mikroorganizama i primenjenih procesnih uslova (pH, temperatura, mešanje, koncentracija šećera u podlozi, prisustva ostalih nutrijenata neophodnih za rast proizvodnog mikroorganizma, prisustvo inhibitornih supstanci u podlozi itd.). Pri dobro optimizovanim uslovima procesa, postiže se prinos etanola od 90-95% u odnosu na teorijski (Mojović i sar., 2007).

Izdvajanje etanola iz fermentacione smeše vrši se destilacijom i rektifikacijom, pri čemu se dobija etanol koncentracije oko 96%. Ova koncentracija etanola je neprihvatljiv kvalitet za korišćenje kao gorivo. Propisi koji važe u Srbiji zahtevaju minimalni sadržaj od 99,6% v/v etanola. Dobijanje anhidrovanog etanola vrši se primenom azeotropne destilacije, adsorpcije ili membranske tehnologije (Mojović i sar., 2007).

14

3.3. DOBIJANJE BIODIZELA

Biodizel je sastavljen od metil estara masnih kiselina i dobija se transesterifikacijom triglicerida iz biljnog ulja ili životinjske masti. Glavne fizičke karakteristike i kvalitet biodizela je vrlo sličan konvencionalnom dizel gorivu (Mićić i Tomić, 2011). Postupak dobijanja biodizela prikazan je na slici 4, a odvija se u nekoliko faza (Demirbas, 2008): mešanje alkohola i katalizatora,

reakcija transesterifikacije,

separacija,

ispiranje biodizela,

uklanjanje alkohola,

neutralizacija glicerola i

određivanje kvaliteta proizvoda.

Kao sirovine za proizvodnju biodizela mogu se koristiti različite vrste biljnih ulja (uljane repice, suncokreta, soje, palme i sl) ili kombinacije pomenutih ulja. Ulazna sirovina mora da zadovolji određene zahteve vezane za karakteristike ulja, sadržaj slobodnih masnih kiselina, fosfora i nerastvorljivih materija. Postupak proizvodnje se zasniva na reakciji transesterifikacije:

MEMK – metil estri masnih kiselina (biodizel)

Biljna ulja se mogu tranesterifikovati zagrevanjem sa velikim viškom anhidrovanog metanola u prisustvu katalizatora. Reakcija transesterifikacije može biti katalizovana bazama, kiselinama ili enzimima. Najčešće se koriste alkalni katalizatori, i to natrijum-hidroksid ili kalijum-hidroksid. Biljno ulje, katalizator i alkohol se mešaju u zatvorenom reaktoru uz održavanje temperature iznad tačke ključanja alkohola (oko 71°C) kako bi se ubrzala reakcija. Preporučeno vreme odvijanja reakcije je 1-8 h, a optimalno reakciono vreme je oko 2 h. Da bi se obezbedila potpuna konverzija lipida u estre, količina alkohola mora biti u višku. Nakon završetka reakcije dobijaju se dva glavna proizvoda: glicerol i biodizel koji se razdvajaju u separatoru. S obzirom da obe frakcije sadrže veliku količinu metanola, neophodno je njegovo uklanjanje.

15

Pri bazno katalizovanoj transesterifikaciji trigliceridi i alkohol moraju biti anhidrovani jer prisustvo vode dovodi do stvaranja sapuna. Saponifikacija smanjuje prinos estara i otežava separaciju estara i glicerola. Takođe, prisustvo vode, naročito na višim temperaturama može dovesti do hidrolize triglicerida do diglicerida i formiranja slobodnih masnih kiselina. Slobodne masne kiseline, kao što je oleinska, mogu reagovati sa alkalnim katalizatorom prevodeći ga u formu sapuna i čineći ga nepogodnim za ubrzavanje reakcije transesterifikacije. Nakon odstranjivanja metanola, vrši se neutralizacija zaostalog katalizatora i ispiranje i dehidratacija biodizela. Pre upotrebe u dizel motorima neophodno je izvršiti kontrolu kvaliteta dobijenog biogoriva. Glicerol se nakon separacije takođe podvrgava neutralizaciji katalizatora i odvajanju metanola (Demirbas, 2008).

Slika 4. Šematski prikaz procesa proizvodnje biodizela (Gerpen, 2005)

16

3.4. DOBIJANJE BIOGASA

Biogas se proizvodi procesom koji se naziva anaerobna digestija ili degradacija. Anaerobna digestija je biološki proces u kome se organski ugljenik prevodi oksido-redukcionim procesima u najviši stepen oksidacije (CO2) i najviši stepen redukcije (CH4). Ovaj proces uzrokuje veliki broj mikroorganizama u odsustvu kiseonika. Pri procesu se dobija biogas kao smeša gasova: metan 55-75%, ugljen-dioksid 25-45%, vodonik sulfid 0-1%, azot 0-2%, vodonik 0-1%, vodena para 0-2%, amonijak 0-2%, kiseonik 0-0,5%. Sastav i prinos biogasa variraju u zavisnosti od sirovina koje se koriste i od tehnoloških uslova procesa (Tomović, 2002).

Proces anaerobne digestije, osim što dovodi do nastanka biogasa, predstavlja efikasn metod tretiranja otpada koji nudi značajne prednosti u odnosu na ostale oblike tretmana otpada (Ward i sar., 2008):

proizvodi se manje mulja u odnosu na tehnike koje koriste aerobne procese,

uspešno se tretiraju i otpadi koji sadrže manje od 40% suve materije,

efikasniji je u otklanjanju patogena,

minimalna je emisija neprijatnih mirisa jer se 99% isparljivih komponenti oksidativno razlaže pri sagorevanju (na primer, H2S formira SO2),

visok stepen slaganja sa mnogim nacionalnim strategijama za smanjenje biorazgradivog otpada i

ostatak (mulj) koji se dobija koristi se za poboljšanje plodnosti zemljišta.

17

4. PROIZVODNJA BIOGASA IZ BIOMASE

4.1. OSNOVE PROCESA PROIZVODNJE BIOGASA

Proces proizvodnje biogasa se odvija u zagrejanim, zatvorenim tankovima bez

prisustva vazduha (digestorima) kako bi se stvorili uslovi za fermentaciju organskog materijala. U digestoru se moraju obezbediti odgovarajuća temperatura i dobro mešanje. Postoje dva tipa anaerobne digestije: mezofilna i termofilna.

Pri mezofilnoj digestiji, digester se zagreva na 30-35°C, a smeša ostaje u digestoru obično 15-30 dana. U odnosu na termofilnu, mezofilna digestija je jednostavnija u smislu organizovanja postupka, ali se proizvodi manje gasa, potrebni su veći tankovi i, ukoliko je potrebno vršiti dezinfekciju, ona se mora obaviti kao posebna faza u procesu (slika 5).

Slika 5. Šema mezofilnog postrojenja za proizvodnju biogasa sa dva reaktora, razmenjivačem toplote i naknadnom termofilnom dezinfekcijom

IT – izmenjivač toplote (Angelidaki i sar., 2003)

Digestor se pri termofilnoj digestiji zagreva na 55°C, a za proces je potrebno oko 12-14 dana. U odnocu na mezofilni proces, dolazi do veće produkcije metana i efikasnijeg uništavanja patogena i virusa, ali zahteva skuplju tehnologiju, veću potrošnju energije i veći stepen praćenja procesa. Tokom ovog procesa, 30–60% digestibilnih čvrstih materija se prevodi u biogas (slika 6) (Singh i Prerna, 2008).

18

Slika 6. Šema termofilnog postrojenja za proizvodnju biogasa sa dva reaktora i razmenjivačem toplote

IT – izmenjivač toplote (Angelidaki i sar., 2003)

Anaerobna digestija se, pored pomenutih termofilnih i mezofilnih temperatura, može odvijati i pri psihrofilnim temperaturama (ispod 20 °C), ali zbog male brzine procesa ovaj opseg temperatura se veoma retko primenjuje. Ukoliko je temperatura biomase ispod 15°C, proizvodnja biogasa nije ekonomična (Anonymous 9).

Proces anaerobne digestije prikazan je na slici 7 i odvija se u tri faze (Anonymous 9):

1. U prvoj fazi (hidroliza), organske materije se razlažu pod dejstvom ekstracelularnih enzima. Bakterije raskidaju duge lance složenih ugljenih hidrata, proteina i lipida na manje molekule. Na primer, polisaharidi se prevode u monosaharide, a proteini se razlažu na peptide i aminokiseline.

2. Acidogene bakterije u drugoj fazi (kiselinska faza), prevode proizvode razgradnje iz prve faze (fermentabilne monomere) u sirćetnu kiselinu, vodonik i ugljen-dioksid. Ove bakterije su fakultativni anaerobi i mogu rasti u uslovima niske pH vrednosti. Za proizvodnju kiseline neophodni su kiseonik i ugljenik, tako da ove bakterije troše rastvoreni ili vezani kiseonik čime se stvaraju anaerobni uslovi neophodni za odvijanje treće faze. Takođe, metaboličkom aktivnošću acidogenih bakterija nastaju alkoholi, organske kiseline, aminokiseline, ugljen-dioksid, vodonik-sulfid i tragovi metana. Sa hemijske tačke gledišta ovaj proces je moguć samo uz dovođenje energije jer acidogene bakterije zahtevaju energiju za odvijanje ovih reakcija.

3. U trećoj, metanogenoj fazi, metanogene bakterije dalje razlažu jedinjenja male molekulske mase. Na primer, one koriste vodonik, ugljen-dioksid i sirćetnu kiselinu kako bi formirale metan i ugljen-dioksid. Metanogene bakterije su obligatni anaerobi i veoma su osetljive na promene u okolini. Za razliku od acidogenih i acetogenih bakterija, metanogene bakterije pripadaju arheabakterijama, grupi bakterija sa veoma heterogenom

19

morfologijom i određenim biohemijskim i biološkim svojstvima po kojima se razlikuju od ostalih bakterijskih rodova.

Slika 7. Šema trofazne anaerobna digestije biomase (Anonymous 9)

Metanogene i acidogene bakterije deluju u simbiozi. S jedne strane, acidogene bakterije stvaraju uslove koji su neophodni metanogenim bakterijama (anaerobni uslovi, jedinjenja male molekulske mase), dok s druge strane, metanogene bakterije koriste proizvode metabolizma acidogenih bakterija i sprečavaju, na taj način, nastajanje uslova koji su toksični za acidogene bakterije (Anonymous 9).

4.2. VRSTE BIOMASE ZA PROIZVODNJU BIOGASA

Sirovine za proizvodnju biogasa može biti različita vrsta industrijskih otpadnih materija, poljoprivredni otpaci, izmet domaćih životinja i ljudi, kultivisana biomasa nastala prečišćavanjem otpadnih voda, kanalizaciona voda…(Tomović, 2002). Sastav i prinos biogasa varira u zavisnosti od opotrbljenih sirovina. Tako, sadržaj metana u biogasu dobijenom iz kokošjeg đubriva i otpadnih voda sa farmi i kanalizacionih otpadnih voda može dostići 70%, dok iz slame i drugog biljnog materijala dostiže oko 55% (tabela 4). Koncentracija H2S u biogasu dobijenom iz kokošjeg đubriva i melase može biti oko 4000 mg/m3(Anonymous 10).

Kombinovanjem različitih vrsta otpada, na primer stajnjaka i organskog industrijskog otpada može se dobiti veći prinos biogasa. Osim povećanja prinosa, lako ragradive materije mogu stabilizovati proces anaerobne digestije (Angelidaki i sar., 2003).

20

Poljoprivredni otpad (slama, seno, kukuruz, trska itd.) treba da bude u fazi raspadanja kako bi se olakšao protok kroz digestor i povećala efikasnost bakterijskog delovanja. Korišćenjem svežih biljnih sirovina dobija se veća količina gasa u odnosu na upotrebu suvih materijala. Skladištenje otpadnog materijala u zatvorenom prostoru preko 10 dana inicira anaerobno delovanje bakterija, što smanjuje vreme potrebno da se u digestoru postignu radni uslovi (Anonymous 11).

Tabela 4. Prinos metana i biogasa pri upotrebi različitih vrsta sirovina (Al Seadi, 2008)

Sirovina Udeo metana

(%) Prinos biogasa

(m3/t sveže mase)

Tečni stočni stajnjak 60 25 Tečni svinjski stajnjak 65 28

Ostatak nakon destilacije alkohola

61 40

Stočni stajnjak 60 45

Svinjski stajnjak 60 60 Kokošije đubrivo 60 80

Repa 53 88

Organski otpad 61 100 Kineska šećerna trska 54 108

Stočna repa 51 111

Senaža 54 172

Silaža kukuruza 52 202

4.3. POSTUPAK PROIZVODNJE BIOGASA

Proces proizvodnje biogasa se sastoji obično iz tri glavne faze: priprema biološke sirovine, razgradnja i tretman ostataka, pri čemu je osnovni uslov konstantna temperatura i pH vrednost između 6,5 i 7,5 (Anonymous 12).

Na slici 8 su prikazane osnovne faze u proizvodnji biogasa. Organski materijal se najpre sakuplja u tanku za pred-skupljanje i mešanje (slika 8, br. 2), gde se obavlja mešanje i homogenizacija različitih fermentabilnih materijala. Nakon pasterizacije na 70°C (slika 8, br. 3), kojom se uništavaju sve bakterije negativne po proces fermentacije, materijal se prebacuje u anaerobni digestor (slika 8, br. 4). U slučaju prestanka rada postrojenja (na primer, redovan servis), kao i u slučaju veće proizvodnje gasa, višak ili zaostali gas se sagoreva na gasnoj baklji (slika 8, br. 5).

21

Slika 8. Opšta šema postupka proizvodnje biogasa (Anonymous 12)

Kako bi se osiguralo stalno snabdevanje gasom, nezavisno od dotoka sirovine, proizvedeni biogas se skuplja u gasnom rezervoaru (slika 8, br. 7), odakle se zatim prosleđuje u gasni motor (slika 8, br. 8). Toplota koja se stvara tokom rada motora, može da se preko izmenjivača toplote (slika 8, br. 9) iskoristi za zagrevanje. Na ovaj način, iz gasne smeše, ulja, rashladne vode i izduvnih gasova postrojenja moguće iskoristiti oko 50% ulazne sirovine za toplotnu energiju (Anonymous 12).

4.3.1. Glavni činioci procesa proizvodnje biogasa

Najvažniji činioci koji utiču na proces proizvodnje biogasa su temeratura, pH i hemijski sastav sirovine, kao i primenjena tehnika mešanja supstrata.

Temperatura

Činilac okoline koji najznačajnije utiče na bakterijski rast i tok procesa digestije je temperatura. Brzina rasta mikroorganizama se povećava sa povećanjem temperature do određene granice, nakon čega dolazi do naglog smanjenja rasta kako se temperatura približava vrednosti koja je ograničavajuća za preživljavanje bakterija. Osim uticaja na brzinu rasta mikroorganizama, temperatura utiče i na fizičke parametre, kao što su viskoznost, površinski napon i prenos mase (Angelidaki i sar., 2003).

22

Povećanje temperature pruža određene prednosti, kao što su veća rastvorljivost organskih jedinjenja, povećanje brzine biohemijskih i hemijskih reakcija, kao i povećano odumiranje patogenih i neželjenih mikroorganizama. Međutim, primena viših temperatura (termofilni uslovi) ima i negativne uticaje jer dovodi do povećanja sadržaja slobodnog amonijaka koji inhibira rast mikroorganizama (Appels i sar., 2008).

Kao posledica egzotermne2 razgradnje ugljenih hidrata u toku fermentacije, dolazi do samozagrevanja sadržaja digestora do temperature od 35-39 °C do 42-49 °C u zavisnosti od tipa bioreaktora. U cilju sprečavanja prekomernog rasta temperature, potrebno je promeniti sastav ulazne smeše, smanjiti brzinu punjenja digestora ili ugraditi rashladni sistem (Lindorfer i sar., 2008).

Struktura mikrobiološke populacije u bioreaktorima sa termofilnim i mezofilnim temperaturnim režimima je veoma različita. Promena sa mezofilnih na termofilne temperature (ili obrnuto) može dovesti do naglog smanjenja produkcije biogasa usled kvalitativne i kvantitativne promene populacije mikroroganizama. Čak i male promene temperature, na primer od 35 na 30 °C ili od 30 na 32 °C, smanjuju brzinu produkcije biogasa. Tokom šaržne3 fermentacije biljnog otpada i drveta, degradacija masnih kiselina je brža na 55°C nego na 38°C. Pri termofilnim uslovima, prinos od 95% metana se ostvari za 11 dana, dok je u mezofilnim uslovima za isti učinak potrebno 27 dana. Postoje podaci da je korišćenjem kombinacije procesa na različitim temperaturnim režimima, povećana efikasnost produkcije biogasa. Tako, poređenje dvofaznih konfiguracija postupaka proizvodnje biogasa mezofilni-mezofilni, mezofilni-termofilni i termofilni-termofilni pri tretiranju otpadaka od krompira, pokazano je da je prinos metana veći ako se u drugoj fazi koriste mezofilni uslovi. S duge strane, termofilni uslovi u drugoj fazi obezbeđuju kraće vreme odvijanja procesa. Takođe, pokazano je da digestori sa mezofilnim uslovima daju veću brzinu degradacije materijala u odnosu na termofilne uslove (Ward i sar., 2008).

Izbor temperature koja će se koristiti za proizvodnju biogasa zavisi od spoljne temperature, odnosno klimatskih uslova sredine u kojoj je smešten digestor. Tako, u toplim klimatskim područjima digestori mogu da rade bez dodatnog dovođenja toplote. U cilju postizanja stabilnosti procesa, temperatura se mora pažljivo regulisati u veoma uskom optimalnom opsegu. Često se digestori za proizvodnju biogasa ukopavaju u zemlju kako bi se iskoristile izolaciona svojstva zemljišta (Anonymous 11). Dozvoljena odstupanja temperature koje nemaju uticaj na proces su za mezofilni opseg 1 °C/h, a za termofilni 5,0 °C/h (Anonymous 9).

U tabeli 5 su prikazane optimalne temperature za rast nekih metanogenih bakterija. Temperatura koja je optimalna za rast metanogenih bakterija ne mora uvek biti optimalna i za ostale procese koji se odvijaju tokom anaerobne digestije, kao što su hidroliza i kiselinska

2 Pri egzotermnim hemijskim reakcijama oslobađa se energija u vidu toplote

3 Šaržni proces se odvija bez naknadnog dodavanja sirovine sve dok se proces ne završi i reaktor isprazni, nakon čega se ubacuje novi materijal za započinjanje novog procesa.

23

faza. Zbog toga, vrlo često se koriste višefazni digestori koji omogućavaju odvijanje različitih faza procesa u zasebnim tankovima, pri čemu su u svakom tanku različiti uslovi temperature (Ward i sar., 2008).

Tabela 5. Optimalne temperature za rast nekih metanogenih bakterija (Ward i sar., 2008)

pH vrednost

Svaka grupa mikroorganizama ima različit optimum pH vrednosti za svoj rast. Metanogene bakterije su veoma osetljive na pH sredine i optimum im je između 6,5 i 7,2 (Appels i sar., 2008). Ukoliko je vredost pH manja od 6,2, sredina će imati toksičan efekat na rast metanogenih bakterija (Anonymous 9). Ostali potrebni mikroorganizmi prisutni u toku proizvodnje biogasa (mikroorganizmi prve i druge faze) manje su osetljivi i funkcionišu u opsegu pH između 4,0 i 8,5, pri čemu na nižim vrednostima pH uglavnom proizvode sirćetnu i buternu kiselinu, dok pri pH 8,0 proizvode sirćetnu i propionsku kiselinu. Isparljive masne kiseline koje nastaju tokom anaerobne digestije ssmanjuju pH vrednost sredine. Ovom smanjenju je suprotstavljena aktivnost metanogenih bakterija koje povećavaju pH produkcijom ugljen-dioksida, amonijaka i bikarbonata (Appels i sar., 2008). pH sistema se kontroliše puferskim efektom ugljen-dioksid/bikarbonat i amonijak/amonijum jon (Anonymous 9).

Promena pH vrednosti u toku fermentacije zavisi od vrste materijala koji se koristi kao sirovina. Na slici 9 je prikazana zavisnost pH od vremena zadržavanja u bioreaktoru sa čvrstom fazom za nekoliko vrsta materijala. Generalno, pH se brzo smanjuje na početku procesa kada se organske materije hidrolizuju i prevode u masne kiseline. Nakon početnog smanjenja, pH vrednost počinje postepeno da se povećava zbog transformacije masnih kiselina. Pri fermentaciji čvrstog gradskog otpada, pH nakon početnog perioda smanjenja,

Temperaturni opseg Rod metanogenih bakterija Optimalna temperatura (°C)

Mezofilni Methanobacterium 37–45 Methanobrevibacter 37–40 Methanosphaera 35–40 Methanolobus 35–40 Methanococcus 35–40 Methanosarcina 30–40 Methanocorpusculum 30–40 Methanoculleus 35–40 Methanogenium 20–40 Methanoplanus 30–40 Methanospirillum 35–40 Methanococcoides 30–35 Methanolobus 35–40 Methanohalophilus 35-45 Termofilni Methanohalobium 50-55 Methanosarcina 50-55

24

stalno raste usled smanjenja sadržaja isparljivih kiselina, dok fermentacija kombinovanog otpada daje nižu vrednost pH i duže vreme zadržavanja u digestoru (Macias-Corral i sar., 2008).

Slika 9. Zavisnost pH vrednosti od vremena zadržavanja za nekoliko vrsta sirovina (Macias-Corral i sar., 2008) (MSW- čvrst gradski otpad; CW-kravlji stajnjak; OFMSW-

organska frakcija čvrstog gradskog otpada; CGW- otpad nakon čišćenja pamuka)

Vreme zadržavanja materijala

Vreme zadržavanja materijala u digestoru ili retenciono vreme može se tačno definisati samo za šaržne procese. U toku primene kontinualnih procesa4 za prozvodnju biogasa, srednje vreme zadržavanja se određuje kao količnik zapremine digestora i brzine dodavanja novog materijala za digestiju. U zavisnosti od geometrije suda, mešanja i drugih faktora, efektivno retenciono vreme može varirati u širokom intervalu za različit sastav i vrstu supstrata. Na primer, za fermentaciju tečnog kravljeg stajnjaka retenciono vreme je 20-30 dana, za tečni svinjski stajnjak treba 15-20 dana, a za životinjski stajnjak u kombinaciji sa biljnim materijalom treba 50-80 dana (Anonymous 9). Ukoliko je vreme zadržavanja previše kratko, ispiranje bakterija iz digestora je brže nego njihova brzina rasta tako da praktično

4 U toku kontinualnih procesa nova sirovina se stalno dodaje, dok se odreagovani (fermentisani) sadržaj odvodi

iz procesa.

25

dolazi do zastoja u fermentaciji. Ovaj problem se retko javlja u poljoprivrednim biogas sistemima.

Uticaj retencionog vremena na efikasnost razgradnje ispitivana je, uglavnom na laboratorijskom nivou i pokazano je da (Singh i Prerna, 2008):

vreme zadržavanja čvrstog sadržaja koje je kraće od 5 dana nije dovoljno za stabilnu digestiju (koncentracija masnih kiselina se povećava usled ispiranja metanogenih bakterija),

koncentracija masnih kiselina je još uvek relativno velika nakon 5-8 dana (dolazi do nepotpune razgradnje komponenata, posebno lipida),

stabilna digestija se postiže nakon 8-10 dana (niska koncentracija masnih kiselina, počinje razgradnja lipida) i

razgradnja se stabilizuje nakon više od 10 dana zadržavanja čvrstog sadržaja u bioreaktoru.

Nutritivni sastav sirovine

Na tok procesa proizvodnje biogasa veliki uticaj ima nutritivni sastav sirovine. Pored organskih materija, mikroorganizmima digestije su za rast neophodne i mineralne materije. Osim ugljenika, kiseonika i vodonika, rast mikrobiološke biomase zahteva i odgovarajuće snabdevanje azotom, sumporom, fosforom, kalijumom, kalcijumom, magnezijumom i elemenatima u tragovima, kao što su gvožđe, mangan, molibden, cink, selen, nikl, itd, a svi moraju biti prisutni u usvojivom obliku.

Supstrati, kao što su poljoprivredni otpaci ili gradski otpad obično sadrže dovoljne količine pomenutih elemenata. Visoke koncentracije pojedinih supstanci mogu imati inhibitorni efekat, tako da se preporučuje hemijska analiza sastava svakog pojedinačnog supstrata kako bi se utvrdilo da li i u kolikoj meri treba korigovati sadržaj i dodati određene nutritijente (Anonymous 9).

Za stabilno odvijanja procesa proizvodnje biogasa važan je odnos ugljenika i azota. Pokazano je da odnos C/N između 25 i 32 ima pozitivan efekat na prinos metana. Pri niskim vrednostima odnosa C/N prisutan je višak azota koji nije neophodan za umnožavanje biomase, što dovodi do usporavanje metanogeneze. S druge strane, previše veliki odnos C/N dovodi do nedostatka azota za umnožavanje biomase (Angelidaki i sar., 2003). Odnos C/N se može podešavati kombinovanjem sirovina sa niskim sadržajem ugljenika i visokim sadržajem azota, ili obrnuto (Anonymous 11).

Anaerobno tretiranje otpadnih voda sa visokim koncentracijama sumpora može dovesti do inhibicije metanogeneze usled formiranja vodonik-sulfida. Koncentracije ukupnog vodonik-sulfida od 100 do 300 mg/l ili slobodnog vodonik-sulfida od 50 do 150 mg/l

26

izazivaju inhibiciju rasta biomase koja dovodi do potpunog prekida proizvodnje biogasa (Angelidaki i sar., 2003).

Prisustvo teških metala, antibiotika i deterdženata može imati inhibitorni efekat na proces proizvodnje metana. U tabeli 6 prikazana su limitirajuće koncentracije različitih inhibitora (Anonymous 9).

Jedan od najčešćih inhibitora u procesu anaerobne digestije je amonijak. On može poticati od rastvorenog amonijaka ili nastati usled razgradnje proteina i drugih sastojaka (npr. urea). Mnogi supstrati često sadrže amonijak u koncentraciji koja je toksična. Nivo amonijaka koji je inhibitoran za rast bakterija zavisi od parametara, kao što su pH, temperatura i adaptacija inokuluma. Utvrđeno je da je za inhibiciju odgovoran nejonizovani oblik amonijaka koga ima u većim količinama na većim vrednostima pH. Zbog toga, snižavanje vrednosti pH smanjuje količinu slobodnog amonijaka i inhibiciju digestije (Angelidaki i sar., 2003).

Tabela 6. Limitirajuće koncentracije (mg/l) različitih inhibitora (Anonymous 9)

Supstanca Koncentracija (mg/l)

Bakar 10-250 Kalcijum 8000 Natrijum 8000 Magnezijum 3000 Nikl 100-1000 Cink 350-1000 Hrom 200-2000 Sulfid (kao sumpor) 200 Cijanid 2

Biohemijska i hemijska potrošnja kiseonika

Biohemijska potrošnja kiseonika (BPK) predstavlja količinu kiseonika koju iskoriste mikroorganizami za razgradnju organskih materija u supstratu na 20°C. Stepen razgradnje zavisi od temperature, a proces se sastoji iz dve faze. U prvoj fazi se uglavnom razgrađuju karbonilna jedinjenja (šećeri, masti, itd), a BPK merena u ovoj fazi naziva se karbonilna BPK. Ova faza traje oko 15 dana. U drugoj fazi se razgrađuju azotna jedinjenja (proteinski materijali, aminokiseline, amonijak). Ovaj proces se često naziva nitrifikacija jer se kao krajnji proizvod formiraju nitrati (Deublein i Steinhauser, 2008).

Hemijska potrošnja kiseonika (HPK) je mera stepena razgradnje supstrata. Za određivanje HPK skoro sve karbonilne komponente se razlažu na ugljen-dioksid i vodu

27

dejstvom jakog oksidacionog sredstva (kalijum-dihromata), nakon čega se meri potrošnja kiseonika (Deublein i Steinhauser, 2008).

Ispitivanje HPK različitih vrsta otpada (slika 10) pokazalo je da su vrednosti HPK visoke u početku procesa, nakon čega dolazi do njihovog smanjenja. Kodigestija otpada nakon čišćenja pamuka i kravljeg stajnjaka ima najveće početne vrednosti HPK zbog visokog sadržaja organskih materija u smeši (Macias-Corral i sar., 2008).

Otpad sa visokom HPK i niskim sadržajem azota, kao što su otpadne vode pri preradi maslina, ne može se sam podvrgnuti degradaciji, već je potrebno povećanje sadržaja azota ili kodigestija sa otpadima koji imaju manji odnosa C/N (Angelidaki i sar., 2003).

Slika 10. HPK za različite tipove napojnih smeša (Macias-Corral i sar., 2008) (MSW- čvrst gradski otpad; CW-kravlji stajnjak; OFMSW-organska frakcija čvrstog

gradskog otpada; CGW- otpad nakon čišćenja pamuka)

Mešanje

Cilj mešanja supstrata u procesu anaerobne digestije je obezbeđivanje prenosa organskih materija do aktivne biomase, omogućavanje uniformnost temperature, oslobođanje mehurova gasa iz materijala i sprečavanje taloženja materijala veće gustine (raslojavanje). Mešanje nije uvek kontinualno, već se sprovodi nekoliko puta dnevno ili nekoliko puta na sat uz utrošak energije od 10 do 100 Wh/m3, što se omogućava odabirom tipa reaktora i konstrukcijom mešalice, kao i sadržajem čvrstih materija u napojnoj smeši. Mešanje se može obavljati na tri različita načina (slika 11).

28

Slika 11. Tipovi mešanja u digestoru (Appels i sar., 2008) (a) spoljašnje, recirkulacija pumpanjem; (b) unutrašnje, mehaničko mešanje; (c) unutrašnje,

recirkulacija gasa

Usled podizanja gasnih mehurova i toplotne konvekcije uvek postoji određeni stepen prirodnog mešanja u digestoru. Međutim, ovo mešanje je nedovoljno tako da je neophodno dodatno mešanje. Metode za obezbeđivanje pomoćnog mešanja su eksterna recirkulacija pumpanjem, unutrašnje mehaničko mešanje i unutrašnje mešanje gasom (slika 11).

Pri spoljašnjoj recirkulaciji pumpanjem (slika 11a), velika količina fermentacione tečnosti se povlači iz centra digestora i pumpa kroz spoljašnje razmenjivače toplote u kojima se meša sa svežom tečnošću i zagreva. Nakon toga, upumpava se nazad u digestor kroz raspršivače u osnovi ili na vrhu digestora kako bi se razbila pena. Brzina toka pri recirkulaciji mora biti veoma velika kako bi se obezbedilo potpuno mešanje što ograničava upotrebu ovog tipa mešanja. Minimalna snaga koja je potrebna je 0,005–0,008 kW/m3 zapremine digestora i može biti veća ukoliko su izraženi gubici. Drugi nedostaci ovakvog mešanja su moguće začepljenje pumpe, oštećenja impelera čvrstom fazom i otkazivanje ležajeva.

Mehanički sistemi za unutrašnje mešanje (slika 11b) koriste mešalice sa ravnim lopaticama koje mogu biti postavljene na vrhu ili na stranama digestora. Unutrašnje mešanje pomoću gasa (slika 11c) je uspešan metod za mešanje sadržaja digestora i izbegavanje stvaranja pene. Sistemi za mešanje mogu biti zatvoreni i otvoreni. Sadržaj digestora se meša

29

prolaskom mehurova oslobođenog gasa kroz tečnost. Ovaj sistem je efikasan u sprečavanju raslojavanja. Protok gasa za ovakve sisteme je 0,0045–0,007 m3/m3 min (Appels i sar., 2008).

4.3.2. Primena aditiva i predtretmama

Primena anaerobne digestije na čvrste supstance biološkog porekla često je ograničena zbog dugog vremena zadržavanja (20-30 dana) i niske efikasnosti razgradnje čvrstih organskih materija (30-50 %). Ovi ograničavajući činioci su, uglavnom povezani sa fazom hidrolize. Tokom hidrolize ćelijski zid biljnog materijala se razara, pri čemu se oslobađaju ćelijske komponente koje na taj način postaju dostupne acidogenim mikroorganizmima. Nekoliko autora je pokazalo da je hidroliza limitirajuća faza u anaerobnoj digestiji otpadnog mulja (prema Appels i sar., 2008). Predtretmani napojnih smeša mogu povećati proizvodnju biogasa, smanjiti sadržaj isparljivih supstanci i povećati rastvorljivost. Naročito su korisni u digestiji napojnih smeša sa visokim sadržajem celuloze ili lignina (Ward i sar., 2008). Za predtretman otpada mogu se koristiti različiti postupci koji uključuju mehaničko, toplotno, hemijsko i biološko delovanje (Appels i sar., 2008). Dodavanje aditiva može povećati brzinu produkcije biogasa u reaktoru, ali njihovi dodatni troškovi moraju biti u ravnoteži sa konačnim poboljšanjem efikasnosti (Ward i sar., 2008).

Termički predtretmani

Termički tretman otpadnog aktivnog mulja pre digestije dokazao se efikasnim još 70. godina XX veka. Aktivni mulj se podvrgava temperaturama u opsegu 150-200 °C i odgovarajućem pritisku u opsegu 600-2500 kPa. Toplota koja se primenjuje tokom termičkog predtretmana raskida hemijske veze ćelijskog zida i membrane, olakšavajući na taj način rastvaranje ćelijskih komponenti. Različita proučavanja su pokazala pozitivan uticaj termičkog predtretmana na anaerobnu digestiju, ali se optimalni uslovi i granice poboljšanja znatno razlikuju. Temperatura i trajanje optimalnog toplotnog predtretmana zavisi od tipa otpada, na primer otežana hidroliza bioloških materija zahteva jači intenzitet predtretmana. Termički predtretman aktivnog otpadnog mulja može značajno povećati proizvodnju metana pri mezofilnoj anaerobnoj digestiji i u manjem stepenu pri termofilnoj (Appels i sar., 2008).

Neki komercijalni procesi proizvodnje biogasa bazirani su na termičkom predtretmanu. Tako, Norveška kompanija Cambi je razvila sistem baziran na termičkoj hidrolizi. Termičkim tretmanom na 180°C u trajanju od 30 minuta rastvori se oko 30 % čvrstih supstanci, a na ovaj način ostvareno povećanje prinosa biogasa iznosi 150 % (Appels i sar., 2008).

Termohemijski tretmani koji predstavljaju kombinaciju toplote i hemikalija se često koriste sa ciljem smanjenja veličine čestica ili povećanja rastvorljivosti (Ward i sar., 2008). Međutim, termički predtretmani zahtevaju dovođenje značajne količine energije što povećava cenu dobijenog biogasa (Appels i sar., 2008).

30

Mehanički predtretmani

Mehanički predtretman obuhvata nekoliko načina fizičke dezintegracije ćelija i delimično rastvaranje njihovog sadržaja. Najčešće se koriste različite vrste mlinova, kao što su koloidni, mlin sa kuglama i sl. Jedna od metoda koje se često koristi je homogenizacija pod visokim pritiskom (60 Mpa). Suspenzija se, najpre komprimuje, a zatim se pritisak smanjuje propuštanjem kroz ventil, pri čemu su ćelije izložene turbulenciji, kavitaciji i naponu smicanja što dovodi do njihove dezintegracije. Povećanje efikasnosti anaerobne digestije primenom ovih metoda je relativno nisko u poređenju sa ostalim metodama predtretmana (Appels i sar., 2008).

Mlevenjem i usitnjavanjem se smanjuju veličine čestica supstrata i na taj način se može uticati na brzinu anaerobne digestije. Naime, smanjivanjem veličina čestica se utiče na dostupnost supstrata biološkim agensima (mikroorganizmima i enzimima), a što je posebno značajno za biljne materijale. Postoje podaci (Ward i sar., 2008) da se degradacijom biljnih vlakana i smanjenjem čestica sa 100 mm na 2 mm, povećava prinos biogasa za 16%.

Hemijski predtretmani

Hemijski predtretmani se sastoje u tretiranju sirovine različitim hemijskim agensima u cilju hidrolize ćelijskog zida i membrane, kao i povećavanja rastvorljivosti organskih supstanci prisutnih u ćelijama materijala. Razvijene su različite hemijske metode bazirane na različitim operativnim principima. Dve najznačajnije grupe hemijskih predtretmana su (Ward i sar., 2008; Appels i sar., 2008):

Kisela i alkalna hidroliza se sastoji u dodavanju kiseline ili baze kako bi se hidrolizovao materijal. Alkalni tretmani su naročito pogodni za digestiju biljnog materijala. Dodatkom kiseline ili baze izbegavaju se visoke temperature, pa se ovi postupci najčešće odvijaju na nižim i srednjim temperaturama. U kontinualnim reaktorima alkalni tretmani mogu dovesti do smanjenja stepena degradacije acetata i glukoze usled nastajanja toksičnih komponenti tokom reakcije saponifikacije. Ograničenja ove metode su u tome što dolazi do ekstremnih pH vrednosti pa se otpad mora naknadno neutralizovati.

U procesu oksidativne razgradnje materijala često se koristi kiseonik ili vazduh na visokim temperaturama (260 °C) i pritiscima (10MPa). Međutim, ovakav način predtretmana stvara problem sa neprijatnim mirisom, korozijom i visokim energetskim troškovima. Među najčešće korišćene metode oksidacije spadaju ozonizacija i peroksidacija koje su bazirane na stvaranju hidroksil radikala koji predstavlja izuzetno jako oksidaciono sredstvo. Ovi radikali se najčešće stvaraju upotrebom vodonik-peroksida u kombinaciji sa solima prelaznih metala. Skorija istraživanja otvaraju i mogućnost upotrebe alternativnih peroksidanata kao što su peroksimonofosfat i dimetiloksiran.

31

Ultrazvučni predtretman

Ultrazučni predtretman se najčešće koristi za razgradnju kompleksnih polimera u tretiranju otpadnog mulja. Produkcija metana se povećava do 34% u poređenju sa netretiranim muljem (Ward i sar., 2008). Ovo je najsnažniji metod za razgradnju ćelija mulja. Iako se primenom veće snage može postići potpuna dezintegracije ćelija, potrošnja električne energije u tom slučaju, postaje značajan nedostatak (Appels i sar., 2008).

Bakterijska i enzimska hidroliza

Predtretman enzimskom hidrolizom još uvek nije dovoljno ispitan, iako neki literaturni podaci pokazuju veoma značajno povećanje u proizvodnji biogasa primenom biološke hidrolize. Biološka hidroliza se zasniva na enzimski katalizovanim reakcijama razgradnje ćelijskog zida. Prednost postupka je mogućnost izvođenja procesa na sobnim temperaturama (Appels i sar., 2008). Aktivnost intracelularnih enzima mogu povećati proizvodnju metana za 60% kada se kao sirovina koristi sirovi otpadni mulj (Ward i sar., 2008).

Dodatak metala

Dodatak određenih metala napojnoj smeši povećava produkciju biogasa. Efikasno uklanjanje propionata pri visokim nivoima isparljivih masnih kiselina u termofilnom reaktoru bez mešanja zahteva dodavanje Ca, Fe, Ni i Co. Anaerobna kodigestija stajnjaka i krompirovog otpada pokazuje povećanu proizvodnju biogasa pri dodatku teških metala. Ove metale mikroorganizmi koriste za sintezu ćelijskih enzima. Tako, na primer, nikl se nalazi u enzimskom kompleksu acetil-CoAdekarboksilaza/sintetaza koji ima značajnu ulogu u konverziji acetata do metana (Ward i sar., 2008).

Inokulacija

Ukupno vreme potrebno za izvođenje procesa može se smanjiti inokulacijom (zasejavanjem), to jest kada se materijal iz procesa digestije koji sadrži aktivne ćelije koristi za započinjanje novog procesa sa svežom sirovinom. Mnogi kontinualni postupci koriste metod inokulacije svežeg materijala digestovanim materijalom ili tečnom frakcijom iz reaktora smanjujući, na taj način, ispiranje mikroorganizama. Na primer, pri inokulaciji svinjskog otpada aktivnim digestovanim materijalom u kombinaciji sa kokošijim izmetom, primećeno je povećanje produkcije biogasa za oko 30%. Prednost inokulacije ogleda se u stalnoj proizvodnji biogasa tokom početnog perioda stabilizacije procesa (Ward i sar., 2008).

32

4.4. TIPOVI POSTROJENJA ZA PROIZVODNJU BIOGASA

4.4.1. Proizvodnja biogasa u domaćinstvima

Postoje različiti tipovi postrojenja za proizvodnju biogasa iz relativno male količine otpadnog materijala, na primer u domaćinstvima. Na slici 11 prikazani su najjednostavniji tipovi koji su, uglavnom nekomercijalni.

Postrojenje sa plutajućim rezervoarom (slika 12A) čine podzemni digestor i pokretni sakupljač gasa koji pluta ili direktno u fermentacionoj tečnosti ili u sopstvenom vodenom omotaču. Gas se sakuplja u gasnom rezervoaru koji se spušta ili podiže u zavisnosti od količine gasa. Prednosti ovog tipa postrojenja su u jednostavnosti izvođenja postupka, jednostavnoj konstrukciji i konstantnom pritisku gasa. Nedostaci su veća cena u odnosu na ostale tipove i podložnost koroziji (Anonymous 9)

Postrojenja sa fiksiranom kupolom (slika 12B, C) se sastoje od digestora sa nepokretnim sakupljačem gasa na vrhu digestora. Kada počne proizvodnja gasa, deo tečnosti se premešta u kompenzacioni tank i pritisak gasa se povećava sa povećanjem njegove zapremine usled razlike nivoa tečnosti u digestoru i kompenzacionom tanku. Prednosti su relativno niska cena i odsustvo pokretnih delova. Podzemno montiranje štedi prostor i štiti digestor od temperaturnih promena. Nedostaci ovog tipa postrojenja su česti problemi koji mogu nastati usled curenja gasa iz sakupljača, tako da se preporučuju samo tamo gde mogu biti nadgledani od strane iskusnih tehničara. Takođe, pritisak gasa znatno varira u zavisnosti od njegove zapremine.

Balonska postrojenja (slika 12D) se sastoje od digestorske vreće koja se nalazi u gornjem delu i u kojoj se sakuplja gas. Prednosti ovih postrojenja su u niskoj ceni, lakom transportu, jednostavnoj konstrukciji, lakoći čišćenja, pražnjenja i održavanja. Jedna od varijacija ovog tipa postrojenja je kanalski tip digestora koji je najčešće pokriven plastičnim prekrivačem. Balonska postrojenja se preporučuju svuda gde ne postoji opasnost od oštećivanja balona i gde je temperatura sredine visoka i bez većih promena.

33

Slika 12. Jednostavna biogas postrojenja (Anonymous 9) postrojenje sa plutajućim rezervoarom (A), postrojenje sa fiksiranom kupolom (B),

postrojenje sa fiksiranom kupolom i odvojenim sakupljačem gasa (C), balonsko postrojenje (D), kanalski tip digestora (E)

4.4.2. Industrijska proizvodnja biogasa

Pri industrijskoj proizvodnji biogasa, anaerobna digestija se odvija u zagrejanim zatvorenim kontejnerima bez vazduha koji stvaraju idealne uslove za bakterijsku fermentaciju organskih materijala. Kako bi se stvorili idealni uslovi za konverziju organskih materija u metan, u digestorima se mora obezbediti dobro zagrevanje i mešanje. Odgovarajući dizajn i povećanje razmere anaerobnih reaktora zahteva poznavanje korelacija između konfiguracije i efikasnosti procesa (Singh i Prerna, 2008). Osnovni zahtevi koji moraju biti ispunjeni pri projektovanju anaerobnih digestora je: obezbedeđivanje i održavanje stalnog snabdevanja organskim materijalom, kratko hidrauličko retenciono vreme (minimizira zapreminu reaktora) i proizvodnja maksimalne zapremine metana. Pri konstruisanju reaktora mora se uzeti u obzir efikasno mešanje i gubici toplote. Podzemni reaktori se lakše konstruišu u vidu kocke, ali to može dovesti do problema sa mešanjem koje će biti ograničeno u uglovima, što

34

smanjuje efektivnu zapreminu digestora (Ward i sar., 2008). Postoji nekoliko tipova reaktora koji su danas u upotrebi, a konstrukcija zavisi od vrste sirovine koja se anaerobno razrađuje. Od tri najznačajnija tipa reaktora, najednostavniji je šaržni reaktor. Ovaj reaktor se napuni napojnom smešom i ostavi određeni period koji predstavlja hidrauličko retenciono vreme, nakon čega se reaktor prazni. Drugi tip predstavljaju jednofazni kontinualni napojni sistemi u kojima se sve biohemijske reakcije odvijaju u jednom reaktoru. Treći tip su dvofazni reaktori u kojima se procesi odvijaju odvojeno (Ward i sar., 2008).

Digestori za čvrsti otpad se dele na “mokre” i “suve”. “Mokri” bioreaktori se koriste za materijal sa maksimalnim sadržajem ukupnih čvrstih materija od 16%, dok „suvi” bioreaktori sadrže između 22% i 40% ukupnih čvrstih supstanci. Postoje i reaktori za rad sa sirovinom čiji sadržaj suve materije je između navedenih, pa se nazivaju „polu-suvi”. Tehnologija „suvih” reaktora se, uglavnom koristi za čvrst gradski otpad i otpade od povrća, a manje za fermentaciju stajnjaka. U Evropi se koriste ”mokri” i ”suvi” tipovi jednofaznih reaktora. Sadržaj ukupnih čvrstih supstanci manji od 16% je tipičan za mnoge vrste stajnjaka čiji visoki sadržaj vode zahteva veću ukupnu zapreminu bioreaktora u poređenju sa ”suvim” i ”polu-suvim” reaktorima. Ukoliko se ”mokri” reaktori koriste za tretman suvih napojnih smeša, pre digestije je neophodan predtretman. Upotreba sveže ili reciklirane procesne vode da bi se dobilo manje od 15% ukupnog čvrstog sadržaja ima prednosti u tome što će prisutni inhibitori metanogeneze biti razblaženi, ali to isto tako može dovesti do njihovog brzog širenja kroz bioreaktor ukoliko je razblaženje nedovoljno (Ward i sar., 2008).

Kako su čvrsti otpadi manje podložni digestiji od onih sa manjim sadržajem čvrstih supstanci, često se koristi metod kodigestije, pri čemu se mešaju dve različite vrste otpada. Tako se, na primer, gradski otpad može mešati sa stajnjakom ili sa otpadnim muljem, pri čemu se u mnogome olakšava proces digestije i povećava prinos biogasa. Na ovaj način se čvrst otpad, umesto u suvom može tretirati u mokrom reaktoru.

Osim procesa kodigestije, u mokre digestione sisteme spada i Waasa proces čija je glavna karakteristika postojanje zona u glavnom reaktoru. Waasa proces se koristi za različite vrste otpada sa sadržajem čvrstih materija od 10 do 15 %. Prvu zonu čini pretkomora unutar glavnog reaktora. Mali deo digestata se meša sa svežom napojnom smešom da bi se ubrzao proces inokulacije. Ovaj proces se koristi u Švedskoj, Japanu i Holandiji (Angelidaki i sar., 2003).

U mnogim slučajevima, naročito u ekonomski razvijenim državama, teško je naći drugi otpad za kodigestiju sa gradskim otpadom, pa se koriste suvi digestioni sistemi. Valorga proces (slika 13) spada u “polu-suve“ procese. Razvijen je u Francuskoj i sastoji se u mešanju otpada nakon predtretmana sa recikliranom procesnom vodom. Reaktor radi u mezofilnom režimu i sa potpunim mešanjem koje se ostvaruje pomoću komprimovanog biogasa (Angelidaki i sar., 2003).

35

Slika 13. Šematski prikaz Valorga procesa (Angelidaki i sar., 2003)

Dranco proces (slika 14) je suvi proces digestije za tretiranje organske frakcije gradskog otpada. Sastoji se iz predtretmana otpada i potom njegovog mešanja sa recirkulišućim materijalom iz bioreaktora. Mešanje otpada sa velikom količinom digestata obezbeđuje inokulaciju ulaznog materijala. Ovaj proces se koristi u Belgiji, Austriji i Nemačkoj (Angelidaki i sar., 2003).

Slika 14. Šematski prikaz Dranco procesa (Angelidaki i sar., 2003)

Kompogas proces je razvijen u Švajcarskoj. Reaktor je horizontalni cilindar koji radi u termofilnom režimu sa hidrauličnim retencionim vremenom od 15 dana (Angelidaki i sar., 2003).

36

Višefazni sistemi razdvajaju procese hidrolize/acidifikacije i acetogeneze/ metanogeneze jer ove dve faze nemaju iste optimalne uslove. Višefazni reaktori su najčešće dvofazni. Oni mogu povećati stabilnost procesa u poređenju sa jednofaznim sistemima naročito kada se radi o napojnim smešama koje se lako hidrolizuju. Nestabilnost može biti izazvana promenama brzine organskog punjenja, različitim sastavom otpada ili prisustvom inhibitora. Materijal koji prelazi iz prve u drugu fazu je homogenizovan i time stabilniji. Međutim, višefazni sistemi imaju bolje karakteristike od jednofaznih, ali su skuplji za izgradnju i održavanje. Na primer, pri poređenju digestije stajnjaka u jedno- i dvofaznom termofilnom reaktoru, utvrđeno je da dvofazni reaktori imaju 6-8 % veći prinos metana i 9 % efikasnije uklanjanje isparljivih komponenti u odnosu na jednofazni reaktor. Pri digestiji gradskog otpada u dvofaznom reaktoru uočeno je povećanje od 21 % u prinosu metana u odnosu na jednofazni sistem (Ward i sar., 2008).

BTA proces (slika 15) je razvijen u Nemačkoj i spada u višefazne sisteme anaerobne digestije. Proces se sastoji od predtretmana kojim se obezbeđuje stvaranje pulpe sa oko 10 % čvrstih materija. Pulpa se upumpava u puferski tank u kome dolazi do acidifikacije. Sadržaj reaktora za acidifikaciju se dalje prebacuje na centrifugiranje gde se odvaja voda. Tečna frakcija se prebacuje u reaktor sa biofilmom, a frakcija sa nerastvorenim materijalom se meša sa procesnom vodom i napaja kontinualni reaktor sa mešanjem, gde se odvija dalja hidroliza i acidifikacija. Iz otpadne vode iz kontinualnog reaktora se ponovo odvaja voda i tečna frakcija se uvodi u biofilm reaktor na metanizaciju pod mezofilnim uslovima (Angelidaki i sar., 2003).

Slika 15. Šematski prikaz BTA procesa (Angelidaki i sar., 2003)

37

4.5. PRERADA BIOGASA

Glavni razlozi za preradu gasa leže u ispunjavanju zahteva koji su vezani za njegovu upotrebu, povećanje energetske vrednosti ili standardizaciji njegovog kvaliteta. Željeni kvalitet zavisi od primene, kao što se može videti u tabeli 7.

Tabela 7. Komponente biogasa koje je potrebno ukloniti (Appels i sar., 2008)

4.5.1. Uklanjanje vode

Biogas koji napušta digestor je zasićen vodenom parom. Kako je za sagorevanje neophodan suvi biogas, potrebno je najpre ukloniti vodenu paru. Za uklanjanje vode koristi se hlađenje sa ili bez prethodne kompresije. U cilju postizanja manjeg sadržaja vode u gasu koristi se adsorpcija na silika gelu ili Al2O3, kao i apsorpcija u glikolu ili higroskopnim solima (Appels i sar., 2008).

4.5.2. Uklanjanje ugljen-dioksida

Uklanjanje ugljen-dioksida povećava toplotnu vrednost goriva i daje postojani kvalitet gasa. Postoje različiti načini uklanjanja, a najčešće se koriste apsorpcija i adsorpcija. Kriogena separacija je takođe jedna od metoda, ali je dosta skupa. U poslednje vreme se povećava interes za membransku separaciju. Pri izboru metode za uklanjanje CO2, veoma je važno da gubici metana budu što manji iz ekonomskih i ekoloških razloga.

Pri apsorpciji, CO2 i H2S se simultano uklanjaju zbog razlika u jačini veza polarnih molekula CO2 i H2S u odnosu na nepolarni CH4. Najčešće se kao rastvarač koristi voda. Projektovanje sistema zavisi od rastvorljivosti CO2 koja zavisi od pritiska, temperature i pH. Rastvorljivost CO2 u vodi raste sa porastom pritiska, a opada sa porastom temperature. Jedan

Primena H2S CO2 H2O Tragovi

Zagrevanje (bojler) <1000 ppm Ne Ne Da (npr, siloksani)

Kombinovana proizvodnja toplote i elektricne energije

<1000 ppm Ne Izbeći

kondenzaciju Da

(npr, siloksani)

Gorivo za vozila Da Da Da Da

Gasovod Da Da Da

38

deo sumpora se može akumulirati u vodi, pa može izazvati probleme sa korozijom cevovoda, zbog čega se preporučuje uklanjanje H2S pre CO2. Rezultati pokazuju da u biogasu ostaje 5-10 % CO2.

Naravno, apsorpcija može biti skoro potpuna ako se za uklanjanje koristi rastvor Ca(OH)2 koji CO2 i H2S prevodi u nerastvorni CaCO3 i CaS. Organski rastvarači, kao što su polietilenglikol, monoetanolamin ili dietanolamin se mogu takođe koristiti, a zaostala količina CO2 iznosi 0,5 do 1%. Postupak je, međutim, skuplji i neophodno je periodično odbacivanje i zamena rastvarača (Appels i sar., 2008).

Pored toga, uklanjanje CO2 se može vršiti adsorpcijom na čvrstim supstancama kao što je aktivni ugalj ili na molekulskim sitima. Proces je jednostavan, ali skup i sa visokim zahtevima za toplotom.

Kriogena separacija se može koristiti za uklanjanje CO2 jer CH4 ima tačku ključanja −160 °C na pritisku od 1 atm, dok CO2 ključa na −78 °C. CO2 se može ukloniti kao tečnost hlađenjem smeše biogasa i može se dobiti metan čistoće 97%. Membranska separacija je jedna od metoda koja danas privlači sve veću pažnju. Postupak zahteva visoke pritiske, do 25 bara, a mogući su i gubici metana. Osim pomenutih tehnika ispituje se mogućnost primene hemijske konverzije i obogaćivanja CH4 (Appels i sar., 2008).

4.5.3. Uklanjanje H2S

Važno je napomenuti da odgovarajuće tretiranje mulja pri anaerobnoj digestiji može smanjiti sadržaj H2S u biogasu. Dodatak Fe3+ soli može smanjiti slobodni H2S, ali višak ovih soli može inhibirati stvaranje biogasa. H2S se može adsorbovati na aktivnom uglju koji prevodi H2S u elementarni S. Mikroorganizmi koji pripadaju rodu Acidothiobacillus mogu se koristiti za smanjenje nivoa sulfida u biogasu oksidujući ga do sumpora ili sulfata. Ove bakterije se najčešće nalaze u digestivnom materijalu i ne moraju se dodavati. Za biološku desulfurizaciju neophodno je dodati kiseonik u količini koja zavisi od koncentracije H2S. Najjednostavniji metod je dodavanje vazduha direktno u digestor. Ovom metodom nivo H2S se može smanjiti i do 95 %. Količina uklonjenog H2S ovom metodom je različita i zavisi od temperature, dodate količine vazduha i reakcionog vremena. Biološka desulfurizacija se najčešće odvija u posebnom reaktoru (slika 16) (Appels i sar., 2008). Reaktor se sastoji iz poroznog punjenja na kome imobilisani mikrorganizmi, raspršivača koji omogućuju ispiranje kiselih proizvoda sa punjenja i odvoda koji mora sadržati tečnost velike alkalnosti i neophodne nutritijente. Proces se odvija na 35 °C i pokazao se veoma efikasnim uz uslov da je ubrizgano dovoljno vazduha i da se pH odvoda održava na 6 ili više (Angelidaki i sar., 2003). Količina H2S se takođe može smanjiti pomoću NaOH pri čemu se formiraju nerastvorne soli Na2S ili NaHS (Appels i sar., 2008).

39

Slika 16 . Šematski prikaz uklanjanja H2S (Angelidaki i sar., 2003)

4.5.4. Uklanjanje tragova gasova

Prisustvo siloksana u biogasu može dovesti do problema vezanih za toplotnu vrednost biogasa. Ove komponente koje sadrže silikon, koriste se u velikom broju proizvodnih procesa. Tokom anaerobne digestije, siloksani se oslobađaju i isparavaju tokom razgradnje organskih materija. Tokom sagorevanja biogasa, siloksani se prevode u mikrokristale koji mogu dovesti do ozbiljnog oštećenja površine motora. Metode koje se najčešće koriste za njihovo uklanjanje su adsorpcija na aktivnom uglju, apsorpcija u neisparljivim organskim rastvaračima i kriogena kondenzacija. Ispituje se i upotreba hemijske hidrolize i peroksidnog tretmana (Appels i sar., 2008).

4.6. SKLADIŠTENJE BIOGASA

Komprimovanje biogasa smanjuje potrebe prostora za skladištenjem, koncentriše sadržaj energije i povećava pritisak. U tabeli 8 su prikazani načini skladištenja biogasa koji se najčešće koriste.

40

Tabela 8. Različiti načini skladištenja biogasa (Appels i sar., 2008):

Pritisak Uređaj za sladištenje Materijal Nizak (0.14-0.41bar) Sakupljač gasa Čelik Nizak Gasna vreća Guma, plastika Srednji (1.05-1.97 bar) Propan ili butan tank Čelik Visok (200 bar) Komercijalni gasni cilindri Legure

4.7. UPOTREBA BIOGASA Upotreba biogasa sve se više povećava iz sledećih razloga (Anonymous 13):

cene goriva se sve više povećavaju,

čine se značajni napori za povećanje upotrebe obnovljivih izvora energije i

proizvodnja je moguća u postrojenjima malih razmera i veoma jednostavne konstrukcije.

Biogas se može koristiti direktno za kuvanje i kogeneraciju struje i toplote što je naročito izvodljivo kada se biogas koristi na, ili u blizini mesta generisanja. Isto tako, upotrebom biogasa rešava se problem snabdevanja energijom u ruralnim oblastima gde se tradicionalno koristi drvo kao gorivo. Osim iz ekoloških razloga, upotreba biogasa umesto drveta poželjna je iz zdravstvenih razloga jer biogas sagoreva bez dima (Anonymous 10).

Jedna od mogućnosti primene biogasa je kao gorivo za vozila jer je biogas najčistije dostupno gorivo (Anonymous 10). Biogas proizvodi 95% manje ugljen-dioksida u odnosu na dizel, i ima 80 % manju emisiju azotnih oksida. Takođe, upotreba biogasa ne dovodi do emisije čvrstih čestica u atmosferu (Anonymous 14). Jedan kubni metar biogasa oslobađa 23 MJ (5500 kcal) energije što odgovara toplotnoj moći 0,6 l dizel goriva (Anonymous 15). Međutim, glavni problem koji se javlja je mogućnost curenja gasa iz rezervoara. Kako se koristi komprimovani biogas čiji je pritisak veliki (oko 225 bara) moguće je curenje gasa na mestima sastava, kao i eksplozija samog cilindra ukoliko je vozilo izloženo vatri (Astbury, 2008). U novije vreme se ispituje mogućnost upotrebe biogasa zajedno sa dizel gorivom u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Ovaj koncept daje manju emisiju zagađivača u odnosu na upotrebu dizel goriva i bolje performanse motora u odnosu na upotrebu čistog biogasa (Sahoo i sar., 2008).

Biogas se može koristiti za zagrevanje staklenih bašti jer, osim zagrevanja, obezbeđuje i povećanu koncentraciju ugljen-dioksida koji biljke koriste pri fotosintezi. Metan iz biogasa se koristi za proizvodnju metanola, organskog rastvarača koji se koristi za dobijanje formaldehida, hlormetana... Biogas se može koristiti i za dugoročno skladištenje voća i žitarica. Atmosfera sa metanom i ugljen-dioksidom inhibira metabolizam biljaka i smanjuje formiranje etilena u voću i žitaricama, a osim toga ubija i štetne insekte, plesni i bakterije koje mogu prouzrokovati kvarenje (Anonymous 10).

41

Tretiranjem otpada u zatvorenim tankovima izbegava se emisija metana koji ima 22 puta veći uticaj na globalno zagrevanje od ugljen-dioksida (Anonymous 10). Godišnje se širom sveta, kao posledica nekotrolisane mikrobiološke aktivnosti, u atmosferu oslobodi 590-880 miliona tona metana. Oko 90 % emitovanog metana potiče iz biogenih izvora, tj, iz procesa razgradnje biomase, dok je ostatak fosilnog porekla (Anonymous 9).

Podvrgavanjem otpadnih voda anaerobnoj digestiji može se za 90 % smanjiti sadržaj polutanata u njima i na taj način sprečiti zagađivanje zemljišta i reka. Nakon završetka anaerobne digestije ostaje čvrsta faza koja se može iskoristiti kao veoma vredno organsko đubrivo (Anonymous 10).

42

5. ANALIZA REGULATIVA I STRATEGIJE O KORIŠĆENJU OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

5.1. STANJE I REGULATIVE U SRBIJI O KORIŠĆENJU OIE

Rezerve fosilnih goriva kojima raspolaže Republika Srbija nisu ohrabrujuće, s obzirom da lignit sa eksploatacionim rezervama od 13350 Mt predstavlja najznačajniji resurs (Anonymous 16), dok godišnja proizvodnja nafte iznosi oko 1000 Mt (Anonymous 17). Zbog toga, veoma je važno da Republika Srbija obezbedi sigurno, kvalitetno i pouzdano snabdevanje energijom i energentima, uz istovremeno smanjenje energetske zavisnosti zemlje. S tim u vezi, jedan od osnovnih ciljeva energetske politike zemlje je povećanje korišćenja obnovljivih izvora energije (OIE).

Prema zakonu o energetici, energija iz obnovljivih izvora je energija proizvedena iz nefosilnih obnovljivih izvora, kao što su: vodotokovi, biomasa, vetar, sunce, biogas, deponijski gas, gas iz pogona za preradu kanalizacionih voda i izvori geotermalne energije (Anonymous 4).

Obnovljivi izvori energije u Srbiji sa procenjenim tehnički iskoristivim potencijalom od 6 Mt godišnje značajno mogu doprineti manjem korišćenju fosilnih goriva. Najveću mogućnost predstavlja biomasa sa oko 3,3 Mt godišnje (oko 64 % od ukupno procenjenih potencijalnih izvora) (slika 17). Pored biomase, hidropotencijal Srbije može da obezbedi oko 1,7 Mt od čega je 0,8 Mt godišnje neiskorišćeno, geotermalna energija i energija vetra sa po 0,2 Mt godišnje, dok potencijal solarne energije iznosi oko 0,6 Mt. Republika Srbija od raspoloživog potencijala obnovljivih izvora trenutno koristi 33 % (Anonymous 16).

5.1.1. Struktura proizvodnje OIE u Srbiji

U strukturi planirane proizvodnje primarne energije u Srbiji za 2012. godinu, obnovljivi izvori energije učestvuju sa 18 %, od čega ogrevno drvo sa 9 %, hidropotencijal sa 8 %, a geotermalna energija sa manje od 1 %. Proizvodnja i potrošnja čvrste biomase obuhvata samo proizvodnju i potrošnju ogrevnog drveta u energetske svrhe (za potrebe grejanja). U okviru aktivnosti Energetske Zajednice u oblasti obnovljivih izvora energije, a za potrebe definisanja ciljeva, sprovedeno je istraživanje o potrošnji biomase za sve potpisnice Ugovora o Energetskoj Zajednici. Proizvodnja ogrevnog drveta u 2011. i 2012. godini je na istom nivou i iznosi oko 1 Mt (Anonymous 17).

43

Slika 17. Struktura OIE u Republici Srbiji (Anonymous 16)

Proizvodnja električne energije iz velikih i malih vodenih tokova obuhvaćena je u sklopu poglavlja o ukupnoj proizvodnji električne energije u Republici Srbiji. U 2012. godini planirano je korišćenje hidropotencijala velikih vodenih tokova za 15 % više od procenjenog u 2011. godini. Proizvodnja električne energije malih hidroelektrana u okviru sistema JP EPS, kao i malih hidroelektrana koje isporučuju električnu enrgiju JP EPS u 2012. godini bila je za oko 28 % više od proizvodnje u 2011. godini (Anonymous 17).

Proizvodnju geotermalne energije prati Republički zavod za statistiku u okviru svojih statističkih istraživanja. Proizvodnja poslednjih godina je na istom nivou sa oko 0,005 Mt. Količina proizvedene geotermalne energije koristi se isključivo za grejanje. Ovim podatkom nije obuhvaćeno i korišćenje geotermalane energije kroz upotrebu toplotnih pumpi (Anonymous 17).

Donošenjem nacionalnog akcionog plana Republike Srbije za OIE regulisano je poštovanje obaveze preuzetih ugovorom o osnivanju Energetske zajednice, utvrđene su putanje za dostizanje cilja od 27 % OIE u bruto finalnoj potrošnji energije Srbije 2020. god i definisane mere za veće korišćenje OIE. Predviđeni udeo OIE u Srbiji od 27% je iznad nivoa koji je svojim planom predvidela EU (20 %, slika 19). U tabeli 9 prikazana je ocekivana dinamika rasta učešća OIE u ukupnoj potrošnji energije.

Tabela 9. Dinamika rasta udela OIE (%) u tri sektora potrošnje energije (Anonymous 18)

Obnovljiv izvor energije za

Godina 2009 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Grejanje i hlađenje 26% 26% 26% 26% 26% 27% 28% 29% 30% Električna energija 29% 29% 30% 30% 31% 32% 33% 35% 37% Saobraćaj 0% 0% 0% 2% 3% 5% 7% 8% 10% Ukupno učešće 21% 21% 21% 22% 23% 23% 25% 26% 27%

44

5.1.2. Regulative o povećanju korišćenja OIE u Srbiji

U cilju povećanja korišćenja OIE, Vlada Republike Srbije je donela niz regulativa u periodu od 2004. god koje su prikazane u tabeli 10. Između ostalog, doneta je i Uredba o povlašćenim proizvođačima električne energije i Uredba o merama podsticaja za povlašćene proizvođače. Energetski subjekti mogu, u smislu zakona o energetici, steći status povlašćenog proizvođača električne energije (u daljem tekstu: povlašćeni proizvođač) ukoliko (Anonymous 4):

1) u procesu proizvodnje električne energije u pojedinačnom proizvodnom objektu koriste obnovljive izvore energije, osim hidroelektrana instalisane snage veće od 30 MW,

2) u pojedinačnom proizvodnom objektu instalisane električne snage do 10 MW istovremeno proizvode električnu i toplotnu energiju sa visokim stepenom iskorišćenja primarne energije,

3) su priključeni na prenosni, odnosno distributivni sistem električne energije,

4) imaju posebno merno mesto odvojeno od mernih mesta na kojima se meri količina električne energije proizvedena u drugim tehnološkim procesima,

5) imaju zaključen ugovor o prodaji toplotne energije za elektrane sa kombinovanom proizvodnjom električne i toplotne energije, osim ako toplotnu energiju koriste za sopstvene potrebe i

6) za elektrane koje koriste energiju vetra i energiju sunca instalisana je snaga manja od slobodnog kapaciteta, odnosno da je zahtev za sticanje statusa povlašćenog proizvođača podnet za deo instalisane snage koji je manji ili jednak slobodnom kapacitetu.

Zavisno od načina uvođenja i primenjenog rešenja korišćenja OIE, Uredbom o merama podsticaja za povlašćene proizvođače utvrđene su mere podsticaja. Tako, ukoliko je zadržano postojeće rešenje, podsticaji obuhvataju podsticajni period od 12 godina i besplatno mesečno očitavanje brojila i obaveštavanje od strane nadležnog operatora. Ukoliko su predložene nove vrednosti i dopunjene postojeće kategorije korišćenja OIE, podsticaj obuhvata definisane garantovane podsticajne otkupne cene tokom podsticajnog perioda. Za novo rešenje u korišćenju OIE predviđene su sledeće podsticajne mere (Anonymous 18, Anonymous 19): podsticajni period za stare objekte je umanjen za broj godina od puštanja u pogon do sklapanja ugovora sa javnim snabdevačem, pravo povlašćenog proizvođača koji je stekao privremeni povlašćeni status da prodaje energiju po ceni koja je važila u trenutku sticanja privremenog statusa ukoliko je to povoljnije za njega, preuzimanje balansne odgovornosti i troškova balansiranja tokom podsticajnog perioda i pravo povlašćenog proizvođača da posle isteka podsticajnog perioda nastavi da prodaje energiju javnom snabdevaču, ali sada po tržišnim cenama.

45

Tabela 10. Pregled celokupne regulative i mera Republike Srbije u oblasti OIE (Anonymous 16)

Naziv Vrsta mere Očekivani rezultati

Ciljna grupa i/ili aktivnost

Postoji/ planirana je

Datum početka i završetka mere

Zakon o energetici (Sl. Glasnik RS br. 57/2011, 80/2011 – ispr. i 93/2012)

Regulatorna (pouzdana, kvalitetna i sigurna isporuka energije i energenata, način, uslovi i podsticaji za proizvodnju energije iz OI)

povećanje korišćenja OIE

svi subjekti u energetskom sektoru

postojeći 2011

Strategija razvoja energetike Republike Srbije do 2015. (Sl. Glasnik RS br. 44/2005)

planski - prioriteti razvoja energetike povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2005.-2015.

Program ostvarivanja strategije razvoja energetike Republike Srbije do 2015. godine za period 2007-2012. (Sl. Glasnik RS 99/2009)

planski - prioriteti razvoja energetike, prioriteti u korišćenju OIE

povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2007.-2012.

Uredba o uslovima za sticanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije i kriterijumima za ocenu ispunjenosti tih uslova (Sl. Glasnik RS 72/2009)

regulatorna - uslovi za sticanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije i kriterijumi za ocenu ispunjenosti tih uslova

povećanje proizvodnje električne energije iz OIE

investitori postojeća 2009. -

Uredba o merama podsticaja za proizvodnju električne energije korišćenjem OIE i kombinovanom proizvodnjom električne i toplotne energije (Sl. Glasnik RS 99/2009)

finansijska - mere podsticaja za proizvodnju električne energije iz OIE i za otkup te energije

povećanje proizvodnje električne energije iz OIE

investitori postojeća 01.01.2010. do 31.12. 2012. godine (podsticaji za period od 12 godina)

Zakon o ratifikaciji Kjoto Protokola(Sl. Glasnik RS 88/2007 i 38/2009)

regulatorna – smanjenje emisije GHG povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti

postojeći 2009. -

Nacionalna strategija održivog razvoja

planski - održivi razvoj, smanjenje uticaja na životnu sredinu i prirodne resurse

povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2008. -

Akcioni plan za sprovođenje nacionalne strategije održivog razvoja

planski – mere i aktivnosti za sprovođenje startegije održivog razvoja

promovisanje i povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2011. – 2017.

Nacionalni program zaštite životne sredine

planski – zaštita životne sredine i primena najpovoljnijih mera za održivi razvoj i upravljanje zaštitom životne sredine

povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2010. -

Strategija održivog korišćenja prirodnih resursa i dobara

planski - korišćenje prirodnih resursa na održiv način, osiguranje njihove raspoloživosti u budućnosti i smanjenje uticaja njihovog korišćenja na životnu sredinu

povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2012. -

46

Tabela 10. (nastavak)

Strategija naučnog i tehnološkog razvoja Republike Srbije za period od 2010. do 2015. godine

planski – podizanje nivoa znanja u društvu i unapređenje tehnološkog razvoja i privrede

povećanje energetske efikasnosti, povećanje korišćenja OIE

naučno-istraživačke institucije, energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2010. -

Strategija uvođenja čistije proizvodnje u Republici Srbiji

planski – definisanje mera za sprečavanje zagađenja

povećanje energetske efikasnosti, povećanje korišćenja OIE

energetski sistemi, subjekti, investitori

postojeći 2008. -

Zakon o proceni uticaja na životnu sredinu (Službeni glasnik RS br.135/2004 i 88/2010)

regulatorna – definisanje postupka procene uticaja za projekte koji mogu imati značajne uticaje na životnu sredinu

sprečavanje uticaja na životnu sredinu pri izgradnji objekata OIE

investitori postojeći 2010. -

Uredba o utvrđivanju liste projekata za koje je obavezna procena uticaja i liste projekata za koje se može zahtevati procena uticaja na životnu sredinu (Sl. Glasnik RS, br. 114/2008)

regulatorna – definisanje vrste objekata za koje je potrebna procena uticaja

sprečavanje uticaja na životnu sredinu pri izgradnji objekata na OIE

investitori postojeći 2008. -

Zakon o strateškoj proceni uticaja na životnu sredinu (Sl. Glasnik RS”, br.135/2004 i 88/2010)

regulatorna – uslovi, način i postupak vršenja procene uticaja određenih planova i programa na životnu sredinu

zaštita životne sredine, unapređivanje održivog razvoja

investitori postojeći 2010. -

Zakon o upravljanju otpadom (Sl.. Glasnik RS br. 36/09 i 88/2010)

regulatorna – planiranje upravljanja otpadom, upravljanje otpadom – delatnost od opšteg interesa

upravljanje otpadom, korišćenje otpada kao energenta

industrija, energetski subjekti, investitori

postojeći 2010. -

Pravilnik o kategorijama, ispitivanju i klasifikaciji otpada (Sl. Glasnik RS”, br. 56/10)

regulatorna – klasifikacija otpada upravljanje posebnim tokovima otpada

investitori postojeći 2010. -

Pravilnik o uslovima i načinu sakupljanja, transporta, skladištenja i tretmana otpada koji se koristi kao sekundarna sirovina ili za dobijanje energije (Sl. Glasnik RS, br. 98/10)

regulatorna – upravljanje otpadom korišćenje otpada u energetske svrhe

investitori, energetski subjekti, industrija

postojeći 2010. -

Uredba o vrstama otpada za koje se vrši termički tretman, uslovima i kriterijumima za određivanje lokacije, tehničkim i tehnološkim uslovima za projektovanje, izgradnju, opremanje i rad postrojenja za termički tretman otpada, postupanju sa ostatkom nakon spaljivana (Sl. Glasnik RS br. 102/10)

regulatorna korišćenje otpada u energetske svrhe

investitori, energetski subjekti, industrija

postojeći 2010. -

Pravilnik o uslovima, načinu i postupku upravljanja otpadnim uljima (Sl. Glasnik RS br. 71/2010)

regulatorna – način i postupak upravljanja otpadnim uljima

korišćenje ulja u energetske svrhe

investitori, industrija, energetski subjekti

postojeći 2010. -

47

Tabela 10. (nastavak)

Zakon o integrisanom sprečavanju i kontroli zagađivanja životne sredine (Sl.Glasnik RS br.135/2004)

regulatorna – uslovi i postupak izdavanja integrisane dozvole za postrojenja

izgradnja objekata na OIE

investitori, energetski subjekti

postojeći 2004. -

Uredba o vrstama aktivnosti i postrojenja za koje se izdaje integrisana dozvola (Sl. Glasnik RS br. 84/2005 )

regulatorna izgradnja objekata na OIE

investitori, energetski subjekti

postojeća 2005. -

Zakon o zaštiti prirode (Sl. Glasnik RS br. 36/2009)

regulatorna – zaštita i očuvanje prirode korišćenje OIE investitori, energetski subjekti

postojeći 2009. -

Uredba o režimima zaštite (Sl. Glasnik RS br. 31/2012)

regulatorna – režimi zaštite, postupak i način njihovog određvanja

izgradnja objekata na OIE u zaštićenim područjima

investitori, energetski subkekti

postojeća 2012. -

Zakon o rudarstvu i geološkim istraživanjima Sl. Glasnik br. 88/2011)

regulatorna – eksploatacija i korišćenje geotermalnih resursa

korišćenje OIE investitori, energetski subjekti

postojeći 2011. -

Zakon o zaštiti vazduha (Sl. Glasnik RS br. 36/2009)

regulatorna – upravljanje kvalitetom vazduha i mere za sprovođenje zaštite

ispunjenje zahteva o zaštiti vazduha pri izgradnji i eksploataciji objekata na OIE

investitori, energetski subjekti

postojeći 2009. -

Uredba graničnim vrednostima emisija zagađujućih materija u vazdih (Sl. Glasnik RS br. 71/2010)

regulatorna – definisanje dozvoljenih graničnih vrednosti emisija

ispunjenje zahteva o zaštiti vazduha pri izgradnji i eksploataciji objekata na OIE

investitori, energetski subjekti

postojeća 2010. -

Zakon o javno privatnom partnerstvu i koncesijama (Sl. Glasnik RS br. 88/2011)

regulatorna povećanje korišćenja OIE, korišćenje OIE za proizvodnju toplotne energije

investitori, energetski subjekti

postojeći 2011. -

Akcioni plan za biomasu 2010-2012. (Sl. Glasnik RS br. 56/2010)

planski – definisanje aktivnosti za prevazilaženje problema u korišćenju biomase u energetske svrhe

povećanje korišćenja biomase i biogoriva

investitori, energetski subjekti, finansijske institucije, naučno-istraživačke institucije

postojeći 2010. – 2012.

Zakon o vodama (Sl.Glasnik RS br. 30/2010)

regulatorni – površinske i podzemne vode, osim vode iz koje se može dobiti geotermalna energija

integralno upravljanje vodama, vodnim objektima

investitori, energetski subjekti

postojeći 2010. -

Pravilnik o sadržini i obrascu zahteva za izdavanje vodnih akata i sadržini mišljenja u postupku izdavanja vodnih uslova (Sl. Glasnik RS br. 74/2010)

regulatorna Regulisanje dobijanja neophodnih vodnih akata u postupku izgradnje objekta

investitori, energetski subjekti

postojeći 2010. -

48

Tabela 10. (nastavak)

Zakon o obnovljivim izorima energije

regulatorna povećanje korišćenja OIE -

svi subjekti energetskog sektora

planiran

Zakon o racionalnom korišćenju energije

regulatorna Povećanje energetske efikasnosti i korišćenja OIE

svi subjekti energetskog sektora

planiran 2012.

Uredba o kriterijumima održivosti za biogoriva

regulatorna povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2012./2013.

Pravilnik o tehničkim i drugim zahtevima za tečna goriva bioporekla

regulatorna povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

postojeći, planirane izmene i dopune ili izrada novog pravilnika

2006. – (planirane izmene u 2013.)

Regulativa o sistemu monitoringa kvaliteta goriva

regulatorna, finansijska – obezbeđivanje monitoringa kvaliteta goriva i smanjenja emisija gasova sa efektom staklene bašte

povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Uredba o obaveznom stavljanju određenog procenta biogoriva na tržište

regulatorna, finansijska povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Pravilnik o licencama regulatorna povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Pravilnik o podsticajima za uzgajanje sirovina i proizvodnju biogoriva

finansijska povećanje korišćenja biogoriva

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Pravilnik o garanciji porekla za proizvodnju energije iz OIE

regulatorna, finansijska povećanje korišćenja OIE

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Preporuka o uslovima za sticanje statusa povlašćenog proizvođača toplotne energije

regulatorna, finansijska povećanje korišćenja OIE u sektoru grejanje i hlađenje

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Preporuka o podsticajnim merama za proizvodnju toplotne energije korišćenjem obnovljivih izvora energije

regulatorna, finansijska povećanje korišćenja OIE u sektoru grejanje i hlađenje

proizvođači, investitori, energetski subjekti

planirana 2013.

Strategija uprvljanja vodama u Republici Srbiji

planski planirana 2013.

49

5.2. STANJE I REGULATIVE U EU O KORIŠĆENJU OIE

Pitanje korišćenja OIE je aktuelno u svim razvijenim zemljama, posebno u zemljama EU. Svaka država EU postavlja ciljeve za udeo OIE u ukupnoj proizvodnji energije i te ciljeve iskazuje brojčano i oročava vremenski. U zavisnosti od uslova u zemlji i postojenja velikih proizvođača energije, postavljeni ciljevi i rokovi su veoma različiti.

Poslednjih godina, donete su mnoge regulative u EU koje se bave izazovima uspostavljanja bioekonomije i pokreću promene evropske ekonomije. Ipak, složena zavisnost koja postoji između ovih izazova može voditi kompromisu, kao što je na primer korišćenje biomase. Ovo proizilazi iz zabrinutosti o mogućem uticaju nekontrolisanog korišćenja biomase za proizvodnju obnovljivih izvora energije na proizvodnju hrane u Evropi i zemljama trećeg sveta. Rešavanje ovakvog multidisciplinarnog problema zahteva strategiju i sveobuhvatan pristup uključujući različite regulative. Potrebna je dobra interakcija koja omogućava konzistenciju između regulativa, smanji dupliranje i ubrza i proširi uvođenje novina. Posebno je potrebno više interakcija i bolje usklađivanje između istraživanja i inovacija u EU i prioriteta pomoćnih podsticajnih regulativa u bioekonomiji (Anonymous 2).

Donošenjem Direktive 2001/77/EC o podsticanju proizvodnje električne energije iz OIE na međunarodnom energetskom tržištu i Direktive 2003/30/EC o podsticanju upotrebe biogoriva ili drugih obnovljivih goriva za transport, Evropska Unija je definisala različite tipove energije iz obnovljivih izvora (Anonymous 20). Prema tim direktivama, neophodno je da svaka država članica obezbedi minimalni udeo od 10 % učešća biogoriva u prevozu. Kako se transportnim gorivima može lako trgovati, članice koje nemaju dovoljno raspoloživih izvora mogu biogoriva obezbediti iz uvoza. Na ovaj način se, osim balansa između domaće proizvodnje i uvoza, podstiče i razvoj bilateralnih i multilaterarnih trgovinskih sporazuma, povezanost socijalnih i ekonomskih aspekata, kao i stabilnost snabdevanja energijom.

Za razliku od potencijala Srbije, gde je biomasa osnovni potencijal za dobijanje energije (64% u odnosu na sve ostale mogućnosti, slika 17), u EU su hidroenergija i energija vetra dva osnovna potencijala OIE. Biomasa kao izvor energije u EU učestvuje u ukupnoj energiji sa oko 20%, što je stavlja na treće mesto mogućnosti. U periodu 2010. do 2011. god došlo je do povećanja produkcije električne energije od 0,1 % u EU. Ovo povećanje bi bilo znatno veće da nije došlo do drastičnog smanjenja proizvodnje hidroenergije. Povećanje iskorišćenja energije vetra je najveće u odnosu na 2010. Na slici 18 prikazano je učešće pojedinih vrsta OIE u ukupnoj potrošnji energije u EU (Anonymous 21).

50

Slika 18. Učešće pojedinih OIE u ukupnoj električnoj energiji u EU u 2011. god (Anonymous 16)

Povećanje energetske efikasnosti je ključni cilj EU i predviđeno je da se do 2020. god ono iznosi 20% (Anonymous 22). Takođe, poboljšane su zakonske regulative u oblasti OIE, postavljeni zahtevi za uspostavljanje nacionalnih akcionih planova za OIE koji definišu puteve za razvoj i korišćenje OIE, kooperativne mehanizme za postizanje željenih ciljeva i uspostavljanje kriterijuma održivog razvoja. Svaka država EU procenjuje koji je OIE najpovoljniji za primenu, postavlja posebne ciljeve za udeo OIE u ukupnoj proizvodnji energije i te ciljeve iskazuje brojčano i oročava vremenski. Tako, Finska i Švedska sa velikim bogatsvom u šumskom drvetu planiraju proizvodnju energije iz ovog izvora. Danska i Austrija su zemlje sa razvijenom poljoprivrednom proizvodnjom, pa u njihovim planovima poljoprivredni ostaci i stajnjak imaju najznačajnije mesto u planovima korišćenja biomase.

Prikaz učešća OIE u ukupnoj potrošnji energije u zemljama EU u 2010.god i ciljevi definisani direktivom 2009/28/EC, a prikazani su na slici 18. Tako, Švedska je u 2010. godini trošila oko 48% energije iz obnovljivih izvora, a planirala je da taj udeo u 2020. bude 49%, dok je u Ujedinjenom Kraljevstvu udeo OIE u 2010. bio svega 3,2%, zbog čega ova zemlja planira veći rast potrošnje do 2020., kada bi trebao da bude 15 % (slika 19).

51

Slika 19. Udeo OIE u ukupnoj potrošnji energije u zemljama članicama EU u 2010. (zelena polja) i ciljevi definisani direktivom 2009/28/EC (siva polja) (Anonymous 23)

52

6. PRIMERI DOBRE PRAKSE

6.1. PRIMERI DOBRE PRAKSE U ZEMLJAMA EU

Ukupna proizvodnja energije iz biogasa u EU u 2010. godini iznosila je 30331 GWh. Od toga, više od 50% energije je proizvedeno u Nemačkoj (Anonymous 21). Nemačka je, kao lider u proizvodnji biogasa, 2010. godine imala više od 7000 biogas postrojenja, od kojih je oko 84 % bazirano na kodigestiji životinjskog i biljnog otpada (van Foreest, 2012). Jedan od primera je upotreba biogasa u firmama za preradu hrane Vogteier Erdenwerk GmbH i Niederorla farm GmbH. Kao sirovine za proizvodnju biogasa koriste se otpaci kukuruza (70 %), silaža (20-25 %) i stajnjak. Proces se odvija u termofilnom digestoru zapremine 2000 m3, a gas se skladišti u tanku zapremine 3500 m3. Kombinovana proizvodnja toplote i električne energije iznosi 537 kW. Iskorišćenje toplote u procesu iznosi oko 70 % i pri tome se dobija vodena para temperature 160 °C (Anonymous 24).

Kao primer dobre prakse može poslužiti i postrojenje Lemvig biogas u Danskoj (slika 20). Sagrađeno je 1992. god. a renovirano 2008. Postrojenje prerađuje 615 tona dnevno od čega 82 % čini stajnjak sa oko 75 farmi, dok je oko 18 % organski otpad. U 2011. proizvodnja biogasa je iznosila 8,5 miliona m3 godišnje, a u 2012. 10,2 miliona. Postrojenje čine 4 digestora ukupne zapremine 14300 m3. Proces se odvija termofilnom digestijom na temperaturi od 53 °C i sa vremenom zadržavanja od 26 dana. Ulazni stajnjak se zagreva toplim digestatom nakon procesa pasterizacije. Jedan deo nastalog biogasa se koristi za zagrevanje grada Lamviga (Anonymous 25).

Slika 20. Izgled postrojenja za proizvodnju biogasa Lemvig biogas

53

6.2. PRIMERI DOBRE PRAKSE U ZEMLJAMA U REGIONU

U regionu Balkana izgrađeno je svega nekoliko postrojenja za proizvodnju biogasa iz poljoprivredne sirovine, i to u Hrvatskoj, Mađarskoj, kao i jedno postrojenje u Srbiji. U Hrvatskoj postoje dva postrojenja u okviru poljoprivredne zadruge Osatina u Ivankovu. Sirovine za proizvodnju biogasa su stajnjak sa farme (oko 2500 grla goveda), silaža kukuruza i otpad silaže zrna kukuruza. Ukupna snaga postrojenja je oko 4,6 MWh (električna 2x1MWh i toplotna 2x1,3mWh) (Anonymous 26). Pored toga, obebeđena su sredstva za izgradnju elektrane u Gradecu pored Zagreba za izgradnju postrojenja snage 2 MW (1 MWh električne i 1MWh toplotne enrgije), pri čemu je planirana izgradnja još jednog postrojenja slične snage i u Donjem Miholjcu.

Najveći broj postrojenja različite snage postoji u Mađarskoj (Anonymous 27). Tako, u Kečkemetu postoji od 2008. postrojenje za proizvodnju biogasa u vlasništvu firme PilzeNagy Kft. Ukupna snaga postrojenja je oko 0,7MWh, pri čemu je električna snaga 330 kWh, a toplotna 400 kWh. Sirovina za proizvodnju gasa je nusproizvod iz osnovne proizvodnje firme (supstrat za pečurke), svinjski tečni stajnjak, kao i kukuruzna silaža.

U Srbiji postoji samo jedno veliko postrojenje za proizvodnju biogasa koje je pušteno u rad 2012. godine. Smešteno je u selu Gornja Draguša, Blace i privatno je vlasništvo u okviru mlekare ‘Lazar’ Blace. Instalisana snaga energane je ukupno oko 2 MWh (1MWh električne i 1,2 MW toplotne energije) (Anonymous 28), primenjena oprema i tehnologija je GHD Co, Technology, Chilstone USA (slika 21), pri čemu se električna energija distribuira kroz elektromrežu Srbije. Sirovina za proizvodnju biogasa (oko 50t/dan) je stajnjak sa farme od oko 400 grla krava, kukuruzna silaža i surutka iz procesa proizvodnje sireva. Vrednost investicije je oko 2,2 miliona eura, od kojih je polovina obezbeđenja od Ministarstva poljoprivrede SAD preko programa USAIS.

54

Slika 21. Izgled opreme i postrojenja za proizvodnju biogasa Lazar, Blace

55

7. EKONOMSKI POKAZATELJI PRIMENE BIOMASE ZA PROIZVODNJU ENERGIJE

Srbija ima mogućnosti za korišćenje, ali ne postoje podaci o isplativosti upotrebe

obnovljivih izvora energije. Naime, sve dostupne procene o mogućnostima korišćenja obnovljih izvora energije u Srbiji odnose se na fizičke, a ne na ekonomske potencijale.

Kako cena je proizvodnje energije iz OI još uvek viša od cene energije proizvedene na klasične načine iz fosilnih goriva, potrebno je uvesti selektivne cene koje podstiču izgradnju postrojenja za proizvodnju energije iz alternativnih izvora. Isto tako, potrebno je stalo praćenje uticaja podsticaja i prilagođavati mere i cene energije prema stanju (nove tehnologije, primana inovativnih rešenja, novi izvoti...) u oblasti proizvodnje OIE.

Da bi ekonomski pokazatelji proizvodnje energije iz OI bili što povoljniji, potrebno je posebno obratiti pažnju na cenu sirovine, kao i cenu, troškove rada i stepen korisnosti postrojenja. Cena sirovine značajno utiče na konačnu vrednost cene energije. Tako, najnižu neto cenu po kWh energije je moguće dobiti sagorevanjem ostataka droprerađivačke industrije koja iznosi oko 0,7 E/kWh. Nasuprot tome, najskuplja energija se dobija sagorevanjem biljnih ulja (6,1 E/kWh), ali ova sirovina ima oko 2,5 puta veću toplotnu moć od drvne sirovine. Pored toga, skladištenje otpadaka drvne industrije zahteva veliki prostor koji dodatno može uticati na cenu goriva. Na cenu sirovine utiče i njegova dostupnost, odnosno troškovi transporta i skladištenja. Ekonomski je opravdanije izgraditi postrojenja na području izvora sirovina kako bi se smanjili troškovi transporta, to jest postrojenja za sagorevanje u krajevima bogatim drvnoprerađivačkom industrijom ili uređaje za proizvodnju biogasa u okviru velikih farmi.

Cena postrojenja zavisi od primenjene tehnologije, kao i veličine i snage uređaja. Treba težiti izgradnji postrojenja sa većom instalisanom snagom. Na ekonomsku isplativost utiče i vreme angažovanja postrojenja u toku godine. Smanjenjem angažovanja smanjuje se proizvodnja, pa se troškovi ulaganja računaju na manju količinu isporučene energije.

Korišćenje čvrste biomase pokazuje najpovoljnije ekonomske pokazatelje za proizvodnju električne i toplotne energije. Cena električne energije proizvedena iz čvrste biomase kao goriva se kreće u granicama 7 do 12 Ec/kWh, dok bi cena električne energije iz biogasa bila 11 do 16 Ec/kWh. Cena zavisi, pre svega od veličine postrojenja, angažovanosti u toku godine i stepena iskorišćenja energije. Trenutno, primena tečne biomase je ograničena višom cenom goriva, iako su razvijena savremena tehnička rešenja i investicioni troškovi niži. Nedostatak proizvodnje biogasa je organičena mogućnost skladištenja. Prema nekim proračunima, 0,5 kWh električne energije se može obezbediti iz 6-8 m3 biogasa, a koji se

56

može dobiti iz stajnjaka od 5 mlečnih krava, kanalizacionog otpada iz 100 domaćinstava ili kuhinskog otpada iz 75 domaćinstava. Isto tako, količina sa jednog hektara kukuruza dovoljna je da da se proizvede toliko biogasa, da se 5 domaćinstava sa 2-3 člana, mogu snabdijevati električnom energijom godinu dana.

Plan izgradnje postrojenja za proizvodnju biogasa počinje od razmatranja količine raspoložive sirovinu, prema kojoj se određuje snaga postrojenja. Najekonomičniji supstrat je čvrsti i tečni stajnjak jer je besplatan. Cena drugih supstrata zavisi od mnogih faktora. Najekonomičnije je da potiče od sopstvene proizvodnje, odnosno sa vlastitih obradivih površina. Silaža ili neki drugi biljni supstrat treba da se koristi za povećanje efikasnosti rada biogas postrojenja, ali samo pod uslovom da se to isplati.

Nakon toga, procenjuje se godišnja proizvodnja biogasa na osnovu literaturnih podataka. Podaci su orjentacioni i zavise od sadržaja vlage u supstratu. U tabeli 11 su prikazani orjentacioni podaci o količini biogasa koji se može dobiti iz različitih vrsta poljoprivrednog supstrata. Iako je teško upoređivati prikazane podatke zbog različitog porekla, cene i dostupnosti sirovine, uočava se da se najveća količina biogasa može dobiti iz stajnjaka preživara i silirane biomase kukuruza, sirovina koje se trenutno najviše koriste u postojećim instaliranim industrijskim postrojenjima. Ekonomska iskustva iz SAD pokazuju da je ekonomski opravdano investirati u izgradnju postrojenja za proizvodnju biogasa iz stajnjaka preživara, ukoliko farma ima više od 150 grla stoke.

U tabeli 12 su prikazani proračuni uštede ukoliko se proizvodi biogas iz različitih vrsta supstrata, ali bez investicionih troškova. Cena energije je izračunata za postrojenje koje radi 345 dana u godini sa stepenom iskorišćenja 85%, odnosom električna/toplotna energija 0,57 i energetskom vrednosšću gasa 6,5 kWh/m3, a za period rada postrojenja 20 godina. Kao što se iz podataka može videti, ušteda zavisi od raspoložive sirovine, što znači da se u svakom pojedinačnom slučaju mora predvideti moguća korist od ulaganja u postrojenje. U praksi se pokazalo da je najefikasnije koristiti kombinaciju sirovina, gde bi se pored stajnjaka dodavala odpadna biomasa koja preostaje nakon ubiranja kultura kukuruza, žitarica, paradajza i šećerne repe. Nabrojana biomasa ionako može predstavljati problem, pri čemu se u nerazvijenim zemljama najčešće spaljuje na poljima izazivajuči tako višestruke štete.

57

Tabela 11. Približna količina biogasa koja se može očekivati preradom supstrata (prema Anymous 28)

Količina stajnjaka po grlu, m3/god

Ukupna masa, t/ha/god

Količina dobijenog biogasa, m3/god

Stajnjak od

1 mlečna krava (500 kg) 20 400 1 govedo (350 kg) 10 260

1 krmača (250 kg) 10 110

1 prase (70 kg) - 30 1 koka nosilja (2 kg) - 5 1 ćurka (7 kg) - 20

Biljni supstrat

Kukuruzna silaža 40 6830 Silaža ostalog biljnog otpada 40 6140

Silaža trave 10 2770

Žitarice 10 4020

Biomasa šećerne repe 100 6080 Biomasa paradajza 50 6780 Slama 10 1970

Dodaci Mast 100 Organsko smeće 50 Ostatak iz proizvodnje piva 10 Ostatak iz proizvodnje skroba 10

58

Tabela 12. Primeri godišnje uštede od proizvodnje biogasa zavisno od vrste upstrata (izračunato prema Anonymous 29)

Supstrat od

Količina biogasa m3/god

Električna energija kWh/god

Toplotna energija, kWh/god

Ušteda, E/god

500 mlečnih krava 201440 516000 905300 74304 500 mlečnih krava + silaža kukuruza sa 10 ha

268710 690000 1210500 99360

200 mlečnih krava + 300 krmača + slama sa 10 ha

133370 342000 600000 42248

1000 nosilja + 500 ćurki + silaža od trave sa 10 h+slama sa 10 ha

60000 156000 273700 13250

Žitarice sa 10ha + ostatak iz proizvodnje piva (500 t) i skroba (500 t)

51990 132000 231600 12950

100 goveda + biomasa paradajza sa 1 ha +500 t organskog đubriva

59130 150000 263200 21600

59

8. LITERATURA

Al Seadi, T., Rutz, D., Prassl, H., Köttner, M., Finsterwalder, T., Volk, S., Janssen, R., Biogas handbook, University of Southern Denmark Esbjerg, Denmark, 2008

Angelidaki, I., Ellegaard, L., Ahring, K.B., Applications of the anaerobic digestion process, Advances in biochemical engineering/biotechnology, vol 82, 2003.

Anonymous 1: http://www.world-nuclear.org/info/Energy-and-Environment/Uranium,-Electricity-and-Climate-Change/#.UfijsKyxVnI

Anonymous 2: Comunication from the Commission to the European parlament, the Council, the Eurepean economic and social Committee and the Committee of the regions (Inovations for Sustainable Growth: A bioeconomy for Europe), Brussels, 13.2.2012

Anonymous 3: Statistički godišnjak Srbije 2012, Republički zavod za statistiku, Beograd, 2012

Anonymous 4: Zakon o energetici „Službeni glasnik RS“ br. 57/11

Anonymous 5: http://www.ecoist.rs/index.php?option=com_content&view=category&layout= blog&id=7&Itemid=109

Anonymous 6: http://www.greenchoices.cornell.edu/energy/biofuels/

Anonymous 7: http://www.eubia.org/index.php/about-biomass/biomass-characteristics

Anonymous 8: http://www.erec.org/fileadmin/erec_docs/Projcet_Documents/RESTMAC/Brochure5 Bioethanol_low_res.pdf

Anonymous 9: www.gtz.de/de/dokumente/en-biogas-volume1.pdf

Anonymous 10: www.i-sis.org.uk/BiogasChina.php

Anonymous 11: www.unu.edu/unupress/unupbooks/80434e/80434E0k.htm

Anonymous 12: www.biogas.rs/nastanak.html

Anonymous 13: www.habmigern2003.info/biogas/biogas.html

Anonymous 14: www.energysavingtrust.org.uk/business/Business/Transport-in-business/Low-carbon-technology/Alternative-fuels/Biogas

60

Anonymous 15: www.superflex.net/tools/supergas/biogas.shtml

Anonymous 16: Pojednostavljeni nacionalni akcioni plan za obnovljive izvore energije Republike Srbije, Ministarstvo energetike, razvoja i zaštite životne sredine, Beograd, 2012.

Anonymous 17: http://www.merz.gov.rs/cir/dokumenti/energetski-bilans-republike-srbije-za-2012-godinu

Anonymous 18: Politika Republike Srbije u oblasti obnovljivih izvora energije, Privredna komora Srbije, Beograd, 2012

Anonymous 19: Uredba o merama podsticaja za proizvodnju električne energije korišćenjem obnovljivih izvora energije i kombinovanom proizvodnjom električne i toplotne energije ("Službeni glasnik RS", br. 99/2009)

Anonymous 20: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=Oj:L:2009:140:0016: 0062:en:PDF

Anonymous 21: The state of renewable energy in Europe, EurObserver Report 2012

Anonymous 22: DIRECTIVE 2009/28/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL on the promotion of the use of energy from renewable sources, Official Journal of the European Union, 2009

Anonymous 23: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ITY_PUBLIC/8-18062012-AP/EN/8-18062012-AP-EN.PDF

Anonymous 24: http://www.iea-biogas.net/_download/publications/country-reports/2012/Country %20Report%20Germany_Bernd%20Linke_Moss_04-2012.pdf

Anonymous 25: http://www.biogasheat.org/wp-content/uploads/2013/06/5_DTI Good_Practice_ Denmark1.pdf

Anonymous 26: http://www.osatina.hr/hr/component/content/article/44-izdvojeno/87-bio-plin

Anonymous 27: http://energy4farms.eu/biogas-plants-in-europe/biogas-plants-in-hungary/

Anonymous 28: http://www.kogeneracija.rs/fajlovi/lazar.pdf

Anonymous 29: http://energy4farms.eu/biogas-calculator/

Appels, L., Baeyens, J., Degrève, J., Dewil, R., Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge, Progress in energy and combustion science, vol 34, 6, 2008, p. 755-781

Astbury, G.R., A review of the properties and hazards of some alternative fuels, Process safety and environmental protection, 2008

Demirbas, A., Biodiesel, a realistic fuel alternative for diesel engines, Springer-Verlag London, 2008

61

Deublein, D., Steinhauser, A., Biogas from waste and renewable resources, Wiley-VCH, 2008

Gerpen, J.V.: Biodiesel processing and production, Fuel Processing Technology 86, Elsevier, 2005. p. 1101.

Kaltschmitt, M., Energetic use of biomass, in: Renewable Energy: technology, economics and environment, ed: Kaltschmitt, M., Streicher, W., Wiese, A., Springer 2007

Lindorfer, H., Waltenberger, R., Köllner, K., Braun, R., Kirchmay, R., New data on temperature optimum and temperature changes in energy crop digesters Bioresource technology vol 99, 15, 2008., p. 7011-7019

Macias-Corral, M. i sar., Anaerobic digestion of municipal solid waste and agricultural waste and the effect of co-digestion with dairy cow manure, Bioresource technology, vol 99, 17, 2008., p. 8288-8293

Mićić, R., Tomić, M., Metode i hemizmi dobijanja biodizela, Traktori i pogonske mašine, 16, 2011, 57-69

Mojović, Lj., Pejin, D., Lazić, M., Bioetanol kao gorivo – stanje i perspektive, monografija, Tehnološki fakultet, Leskovac,2007.

Rosillo-Calle, F., Biomass energy - An overview, in Renewable Energy Landolt-Börnstein - Group VIII Advanced Materials and Technologies Volume 3C, 2006, pp 334-373

Sahoo, B.B., Sahoo, N., Saha, U.K., Effect of engine parameters and type of gaseous fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines—A critical review, Renewable and sustainable energy reviews, 2008

Sanchez, O.J., Cardona, C.A., Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks, Bioresource Technology 99 (2008) 5270-5295.

Schlager, N., Weisblatt, J., Alternative energy, vol I, Thomson Gale, 2006.

Semenčenko, V., Mojović, Lj., Petrović, S., Ocić, O., Novi trendovi u proizvodnji bioetanola, Hemijska Industrija, 65 (2) 103–114 (2011)

Singh, S.P., Prerna, P., Review of recent advances in anaerobic packed-bed biogas reactors, Renewable and sustainable energy reviews, 2008

Tomović, S., Alternativni izvori energije,Tehnička knjiga, Beograd, 2002.

Van Foreest, F., Perspectives for Biogas in Europe , Oxford Institute for Energy Studies, 2012

Walker, G., Bioethanol: science and technology of fuel alcohol, Ventus publishing, 2010

Ward, A., Hobbs, P.J., Holliman, P.J., Jones, D. L., Optimisation of the anaerobic digestion of agricultural resources, Bioresource technology, vol 99, 17, 2008., p7928-7940