Skládá se z metanu, oxidu uhličitého a vodní páry, obsahuje také minoritní látky, jako je dusík, kyslík, sirovodík a čpavek. Procento různých složek bioplynu závisí na výchozím složení suroviny a podmínkách chemické reakce (teplota, jednotnost složení suroviny podle objemu, doba setrvání suroviny v reaktoru atd.) .
Zařízení na výrobu bioplynu a generátory plynu využívající bioplyn jsou zvláště důležité pro venkovské domácnosti, které mají stálý zdroj organického odpadu. Může se jednat o chov hospodářských zvířat – v tomto případě je zajištěna prakticky bezodpadová výroba, kdy i odpad, který je obvykle předmětem likvidace, je využíván k výrobě elektrické nebo tepelné energie.
Zásobování bioplynem je také možné organizovat tam, kde je možné pravidelně nakupovat potřebné suroviny (například v blízkosti chovů hospodářských zvířat, jatek, zahradnictví atd. – všude tam, kde neustále vzniká organický odpad).
Jak se získává biologický plyn?
Pro výrobu plynu je vhodná suchá i mokrá (obsah suché suroviny méně než 15 %) biomasa. Na farmách jsou nejrozšířenější zařízení využívající mokrou biomasu: takové bioreaktory se snadněji vyrábějí a obsluhují, jejich cena je nižší a suroviny vám leží doslova pod nohama (hnůj, potravinový odpad atd.).
Výrobní proces je celkem jednoduchý. V první fázi fermentace se složité organické látky rozkládají na jednodušší organické sloučeniny a trávu a ve druhé pomáhají bakterie tvořící metan přeměnit vzniklé sloučeniny na metan, oxid uhličitý a vodu.
Bioplynové stanice mají ještě jednu významnou výhodu. Produkují nejen plyn potřebný pro energii, ale také zpracovávají odpad tak, aby si zbytek zachoval dostatek živin a mohl být použit jako hnojivo. Jinými slovy, bioplynová stanice umožňuje organizovat výrobu, ve které i odpad slouží jako surovina pro získávání zdrojů potřebných v ekonomice: elektrické a tepelné energie, hnojiv.
Generátor bioplynu se neliší od klasického generátoru plynu, protože bioplyn a zemní plyn mají podobné složení. Jediný rozdíl je v tom, že bioplynová stanice může poskytnout venkovskému domovu úplnou autonomii, protože surovina pro výrobu elektrické nebo tepelné energie (plyn) se vyrábí přímo na farmě a není nakupována a dodávána zvenčí.
Nepochybnou výhodou bioplynu je, že díky němu je možné zajistit nejen dostupnost elektřiny, ale i dodávky tepla a také paliva do kamen.
Pokud používáte plyn podle kombinovaného schématu (příjem elektrické a tepelné energie), pak celková účinnost systému dosahuje 90%. V tomto případě je odpadní horký plyn využíván k výrobě tepelné energie, která slouží k ohřevu vody v otopném systému a systému zásobování teplou vodou.
Než však zorganizujete výrobu biologického plynu na svém místě, musíte si spočítat: kolik bioplynu je potřeba pro vaši farmu, jaká by měla být kapacita bioplynové stanice a kolik surovin bude potřeba k zajištění požadovaného množství bioplyn.
Je třeba poznamenat, že v mnoha případech není dodávka energie bioplynu do farem schopna plně pokrýt potřebu elektrické a tepelné energie: není dostatek surovin pro výrobu potřebného množství bioplynu. V této situaci jsou možné dvě možnosti: buď se surovina nakoupí (to je možné, pokud je její zdroj v blízkosti, například velký komplex hospodářských zvířat, dřevozpracující průmysl atd.), nebo se generátor bioplynu použije společně s dalšími zařízeními jako součást celkového systému zásobování energií (například společně s větrným generátorem, solárními panely atd.).
Zařízení na výrobu biologického plynu
Při výpočtu kapacity bioplynové stanice musíte vědět, že objem vyrobeného bioplynu závisí na mnoha faktorech, včetně reakční teploty, množství výchozího materiálu, typu suroviny, jejího bakteriálního složení atd. Různá množství bioplyn se získává z různých odpadů.
Při plánování použití bioplynu k uspořádání autonomního napájení pro venkovský dům musíte vědět, že:
- vytápění 1 m2 obytných prostor vyžaduje cca 45 m2 plynu;
- Pro získání 1 kW/h elektřiny je potřeba 0,7-0,8 m2 plynu.
- provoz v „přírodním“ režimu – bez ohřevu a míchání biomasy v reaktoru;
- s mícháním biomasy, ale bez ohřevu;
- s mícháním a ohřevem biomasy;
- s promícháváním a ohřevem biomasy, vybaveno řídicím zařízením a přístroji pro řízení fermentačního procesu.
V tomto případě je pro výrobu bioplynu nutný bioreaktor (nádoba, ve které se provádí anaerobní digesce biomasy) a plynojem (zařízení na sběr bioplynu).
Všechny ostatní komponenty jsou žádoucí, ale volitelné. Zvyšují snadnost použití zařízení (řídicí prostředky, zařízení pro řízení fermentačního procesu) a zvyšují jeho produktivitu (zařízení pro ohřev a míchání biomasy), bioplyn však lze získat i bez nich.
Často se má za to, že ohřev biomasy je povinný, protože to zvyšuje produktivitu reaktoru a rychlost produkce bioplynu. Je ale třeba vzít v úvahu, že současně se zvyšuje i spotřeba energie na výrobu bioplynu.
Když mluvíme o nízkoenergetickém generátoru určeném k poskytování energie jedné domácnosti, může taková nadměrná spotřeba vést k výraznému nárůstu cen paliva a nerentabilnosti instalace. Majitelé soukromých domů proto ve většině případů využívají bioplynové stanice buď bez vytápění, nebo s mírným ohřevem (maximálně do 40 °C).
Mimochodem, při provozu zařízení v chladném období je vytápění povinné, protože při teplotách pod 8 ° C se proces anaerobního rozkladu biomasy zastaví.
Instalace
Bioreaktor je velmi vhodné umístit přímo pod prostory, kde se chovají zvířata. Podobné možnosti jsou běžné na farmách v Německu a USA: hnůj ze stodoly jde přímo do zařízení, ve kterém se vyrábí bioplyn. Zároveň se snižují energetické náklady na vytápění, protože v chladném období je místnost pro zvířata vytápěna a je možné se obejít bez dodatečného ohřevu bioreaktoru.
Míchání biomasy v reaktoru také není nutné, pokud to znamená značné energetické náklady. Míchání zajišťuje rovnoměrné složení směsi v reaktoru, což zlepšuje podmínky pro fermentaci a odstraňuje krustu, která plave na povrchu fermentované hmoty a zabraňuje uvolňování plynu. To vše zvyšuje produktivitu instalace, ale obejdete se bez toho.
Absence topení a/nebo zařízení pro míchání biomasy v zařízení vede k delšímu cyklu rozkladu, to znamená, že se prodlužuje doba pro získání biologického plynu.
Růst cen a systematické snižování vyčerpatelných přírodních zásob uhlovodíků nás nutí stále více přemýšlet o výrobě a využívání alternativních palivových metod. Jedním z nejoblíbenějších je dnes tzv. bioplyn získávaný z organického odpadu.
Co je bioplyn a jaké jsou jeho výhody?
Bioplyn je směs 55–75 % metanu, 25–45 % oxidu uhličitého a malého množství vodíku, sirovodíku a dalších plynů, získávaná v důsledku činnosti bakterií při rozkladu biomasy. Hlavní užitečnou složkou tohoto biopaliva je metan, při jehož spalování se uvolňuje 20–25 MJ energie, přibližně stejně jako při spalování 1,5 kg uhlí.
Hlavní výhodou bioplynu je, že se získává z organického odpadu. Tím jsou vyřešeny dva problémy najednou: recyklace potravinového odpadu a získávání relativně levného a energeticky náročného paliva. Odpad vznikající při výrobě bioplynu se využívá také jako hnojivo. Další výhodou tohoto přístupu je úspora přírodních zdrojů a snížení vypouštění škodlivých skládkových plynů do atmosféry.
Technologie bioplynu
Dnes je známo více než 60 různých technologií výroby bioplynu, lišících se druhy a poměry použitých složek, ale i schématem zpracování a konstrukcí zařízení. Tak či onak je založen na procesu, jehož podstatou je sekvenční rozklad biomasy třemi skupinami bakterií – hydrolytické, kyselinotvorné a metanotvorné.
Hlavním prvkem každé bioplynové stanice je reaktor – uzavřená nádoba, ve které probíhá výše popsaný proces. V tomto případě v důsledku reakce v horní části nádrže vzniká bioplyn, ze kterého se následně uvolňuje metan a ve spodní části se hromadí odpadní hmota vhodná k použití jako hnojivo.
Aby proces tvorby bioplynu proběhl úspěšně a efektivně, jsou nutné určité podmínky. Zejména je nutné udržovat teplotu v nádobě minimálně 30 C. Hmota v ní musí být neustále promíchávána a odstraněná odpadní část musí být neprodleně nahrazena novým odpadem. Důležité je také složení biomasy dodávané ke zpracování.
Jaký odpad se používá k výrobě bioplynu
Poměr látek ve složení biomasy přímo ovlivňuje množství a rychlost produkovaného bioplynu a také obsah metanu v něm. Nejlepšího efektu se dosáhne kombinací fekálních kalů, potravinového a rostlinného odpadu ze zemědělského a dřevozpracujícího průmyslu. Nejjednodušší zařízení na výrobu bioplynu však lze vyrobit a použít v soukromém domě nebo venkovském domě. Takzvané rodinné bioplynové stanice se aktivně využívají v Indii, Nepálu, Vietnamu a dalších zemích. Jde vlastně o modernější verzi kompostovacích jímek, do kterých se ukládá odpad vzniklý v domácnosti v důsledku činnosti hospodářských zvířat a lidí.
V Evropě se bioplyn vyrábí v průmyslovém měřítku. Tato možnost je zajištěna vytvořením vhodné infrastruktury v zemědělských podnicích a čistírnách odpadních vod. Lídrem v této oblasti je Dánsko, kde biopaliva zajišťují 18 % veškeré spotřeby energie. Bioplyn pohání více než polovinu evropských drůbežích farem, kde se vyrábí, a ve Švýcarsku se používá jako palivo pro více než 10 % veřejné dopravy.
V Rusku se bioplynové stanice zatím aktivně nevyužívají, přestože zdrojů na výrobu biopaliva je dostatek: v zemi se ročně vyprodukuje až 300 milionů tun organického odpadu. Jejich zpracování potenciálně umožňuje vyrobit asi 90 miliard metrů krychlových bioplynu.
Přitom na některých místech u nás se tato myšlenka již ujala. V čistírnách Kuryanovsky tak veškerý kal uvolňovaný z odpadních vod fermentuje v metanových nádržích při teplotě 53 C, což umožňuje získat bioplyn s obsahem metanu až 65 %. Toto palivo se používá v místních mini-CHP. Aby tak pomohli zvýšit množství biopaliva vyrobeného v Ruské federaci, nemusejí Moskvané montovat vlastní zařízení – stačí zlikvidovat co nejvíce organického odpadu kanalizací instalací drtiče potravinového odpadu na adrese Domov.
