Преработка на селскостопански отпадъци. Метанизация

Светът все по-активно търси начини за разширяване на употребата на различни видове възобновяеми източници на енергия. Много селскостопански производители в Европа и Северна Америка вече използват двигателите „Йенбахер” (Jenbacher), за да генерират на място електричество от биогаз, получен при преработката на животински тор и други органични материали.

В Европейския съюз (ЕС), където селското стопанство дава 9% от емисиите на вредни парникови газове, страните-членки непрекъснато са насърчавани да разширяват употребата на когенерационни технологии, за да редуцират различните по вид индустриални източници на емисии от газ метан, включително и в земеделския сектор.

Торът от 2500 крави, 15 000 прасета и 300 000 пилета може да даде достатъчно биогаз, за да се захрани една от когенерационните единици „Йенбахер” на GE, произвеждаща 500 киловата – което е достатъчно за захранване с електричество на повече от 900 домакинства в Европейския съюз.

Въпреки че тази практика е по-широко разпространена в Европа, все по-голям брой фермери в САЩ и Канада инсталират подобни системи. Те генерират енергия на място (в самите си ферми) от богат на метан биогаз, който се получава при разлагане на органични материи, вкл. животински тор и маслени култури, използвани за добив на биогорива.

Чрез производството на биогаз от животински тор, като заместител на традиционните изкопаеми горива, се избягва всякакво допълнително замърсяване на атмосферата с парникови газове. Освен това фермерите имат допълнителна изгода от крайния продукт от преработката на биогаза – те получават висококачествен земеделски тор, който неутрализира киселинните нива и е почти без миризма.

Използването на такъв вид тор, вместо оригиналния животински отпадък, се отразява положително и на чистотата на водата в районите с активно земеделие.

„В условията на непрекъснато намаляващи резерви от изкопаеми горива, тази система предоставя много атрактивна възобновяема алтернатива. Използването на животински отпадъци за производство на биогаз дава на фермите още един начин да намалят разходите за дейността си, както и емисиите на вредни парникови газове”, казва Пради Ияники, главен изпълнителен директор на звеното на GE Energy, което отговаря за разработване и производство на газовите турбини „Йенбахер”. Що се отнася до технологията „Йенбахер” на GE Energy, тя вече е завоювала позиции в много европейски страни, където са инсталирани и работят над 1100 турбини на биогаз, включително в Германия (държавата в Европа с водещо място в приложението на „Йенбахер” системите), Австрия, а в последно време и в проекта „от биомаса към енергия”, внедрен в Лимена, Североизточна Италия.

През 2008 г. оборудване „Йенбахер” на GE беше монтирано и пуснато в действие за преработка на селскостопански отпадъци в мандрата Baita del Latte в Лимена, Италия. Мощностите там произвеждат 1,06 мегавата електричество. Проектът има за цел да предотврати ежегодното изпускане в атмосферата на 5000 тона въглероден диоксид.

 

 

Биогаз е горивен газ, който се получава при организирана ферментация на биологични продукти в анаеробна (без наличие на кислород) среда. Получаваният в природата при естествена ферментация газ се нарича „блатен газ“. Разлагането на органичните компоненти и продукцията протича по схемата:

органична

материя

СН4+СО2+Н2+NН3+Н2S

анаеробна

ферментация

 

Съставът на биогаза зависи от редица физични, химични и микробиални фактори, но най-често е в границите:

Метан  (CH4) 50-75%

Въглероден диоксид (CO2) 25-50%

Азот (N2) 0-7%

Кислород (O2) 0-2%

Водород (H2) 0-1%

Сероводород (H2S) 0-1%

При този химичен състав калоричността на биогаза е 22 600 KJ/m3 или 5 400 ccal/m3 (1 KJ = 4.185 ccal) и зависи основно от относителния дял на метана (CH4). Ежедневно на планетата ни се отделят милиони тонове отпадна органична материя под формата на смет, хранителни отпадъци, фекални маси, постеля (смес от тор и слама), отливни води и прочие. При естествената ферментация тези отпадни субстрати са източник на милиони кубични метри метан, който е „парников” газ и представлява от 3 до 5% от общото количество на всички парникове емисии. Относително това представлява около 18% от нарастването на парниковия ефект. В този смисъл безконтролното изграждане на сметищни депа, както и неорганизираната утилизация на отпадъчната биомаса от земеделието (в частност животновъдството) и преработвателната промишленост са реален фактор за увеличаване на парниковия ефект и същевременно необятен по размери потенциален източник на възобновяема енергия. Производството на биогаз се налага в три аспекта:

• Максимално редуциране на газ-метан в атмосферата.
• Намаляване дела на отпадната органична материя директно депонирана в околната среда (почва и наземни водоизточници).
• Производство на възабновяема енергия (биогаз) като алтернатива на конвенционалните фосилни енергоизточници.

 

Изходната суровина за производството на биогаз се нарича биомаса.

Биомасата се дели на първична – микроорганизми, растения и др. и вторична – отпадъци в резултат на жизнената дейност на човека и животните, както и при преработката на първичната биомаса. Биологичните отпадъци от животновъдството, растениевъдството, отпадъчната дървесина,комуналните, промишлените и други отпадъци притежават значителен енергиен потенциал. Можем да дадем следния пример: за едновременното производство на 1 kWh електрическа и 1,3 kWh топлинна енергия по когенерационен метод (едновременно производство) са необходими около 5-7 кг растителни или дървесни отпадни биомаси. Можем условно да класифицираме биомасата в следните няколко групи:

1. Целево отглеждана биомаса :

-         Енергийни дървесни видове (дървесни видове с интензивен растеж), енергийни култури (царевица, рапица и др.), зърнени култури, маслодайни култури.

1. Растителни отпадъци от селскостопанската, първичната обработка и поддръжка на околната среда:

-         Слама, царевични стъбла, слънчогледови стъбла, лозови пръчки, клони от овошки, тютюневи стъбла, различна слама, коноп, осатъци от пасища и ливади, остатъци от ликвидация на храсти и поддръжка на земни и затревени площи.

1. Отпадъци от животновъдството:

-         Екскременти и постеля от отглеждането на селскостопански животни и птици, фуражни отпадъци, отпадъци от съпътстващото производство и други.

1. Комунални органични отпадъци от селищата:

-         Утайки от отпадните води, органични остатъци от твърдите комунални отпадъци и др.

1. Органични отпадъци от хранителното и промишлиното производство:

-         Отпадъци от преработката и складиране на растителната продукция, отпадъци от консервни и спиртоварни фабрики, отпадъци от винопроизводство и пивоварството.

1. Горски отпадъци (дендромаса):

-         Дървесна маса от разреждане на горите (санитарна сеч), клони, кора, листа, отпадъци от дървопреработката (стърготини талаш, манипулационни отрязъци) и др.

 

Характеристики за някои основни суровини за производство на биогаз

 (за 1 t суровина)

 

 

и

  СВ* - сухо вещество в %
оСВ* - органично сухо вещество в % от количеството СВ.
***   - средно за  всички  видове растителни отпадъци, свързани с производството  в цветарството, градинарството, оранжерийното производство.

 

От групата на целево отглежданата биомаса с най-добри показатели за биогазова продукция е царевицата. За да се реализира максималния й потенциал, царевицата трябва да се прибира при растежна фаза, в която съдържанието на сухо вещество е около 30%. Необходимо е максимално да се съкрати технологичния престой между прибирането и залагането й във ферментатора.

От групата на вторичната биомаса с много висок потенциал са свежите торови маси от свиневъдството и говедовъдството. За да се извлече максимална биогазова продукция, торовата маса много бързо трябва да се залага във ферментаторите. Всеки по-продължителен престой на торовата маса предполага естествено протичаща аеробна ферментация, с което газовата продуктивност в последствие намалява.

 

 

 

Ползи от технологията за получаване на биогаз

 

 

Добре функциониращи биогаз системи могат да донесат цялата гама от ползи за техните потребители, обществото и околната среда, а имменно:

• Екологично чисто локално производство производство на електрическа и топлнна енергия;
• превръщане на органичните отпадъци във висококачествена тор за торене;
• повишаване на хигиенните условия чрез намаляване на патогените, ларвите и мухите;
• екологични предимства чрез защита на почвата, водата и въздуха;
• Приход за фермерите от продажбата на електроенергия и торове, спестяване на средствата за закупуване на топлинна енергия. чрез произодство на енергия;
• Макроикономически ползи чрез децентрализиране на енергопроизводството и опазване на околната среда.

По този начин, биогаз технологията може устойчиво да допринася за защита на околната среда и за подобряване на икономическото положение на фермерите и предприятията.

 

Метанизация

 

Метанизационни процеси - механизацията използва редица микробиологични процеси, при които се разграждат органичните вещества и се редуцират не­органичните съединения до следните крайни продукти: СН4, Н2, СО2, NH3, H2S, и до стабилни органични вещества от хумусов тип.
Метанизацията се използува за анаеробна стабилизация на органичните утайки, получени при пречистването на отпадъчните води преди тяхното по-нататъшно използуване. В последно време във връзка с малките енергетични нужди метанизацията все повече се използува за пречистване на по-концентрирани, производствени, отпадъчни води, например от химичес­ката и хранително-вкусовата промишленост, животновъдството и др.
За протичане на процеса на метанизация имат дял факултативно аеробните и анаеробните микроорганизми. За сега са описани повече от 50 вида бактерии, които принадлежат към 20 рода, между които 12 вида бацили, например Вас. cereus, Вас. magalerium, 9 вида от род Pseudomonas, 5 вида от рода Micrococcus, 2 вида от рода Sarcina и други. Освен това са описани 35 вида дрожди, гъби и плесени, първаци и др. Най-простите продукти, получени от метанизацията, са киселините (мравчената, оцетната и пропионовата), алкохолите (метанола, етанола), метиламинът, Н2, СО2, и СО, които са изходен продукт за образуване на метана СН4. Това превръщане се извършва от анаеробни видове, т. нар. метанови бактерии, например Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina.

Процесът на минерализиране, свързан с метановата ферментация, е важен етап от кръговрата на веществата в природата. Участващите в процеса бактерии се намират в слоевете от тиня на реки, езера и морета, в блата и мочурища, както и в търбуха на преживните животни. Чрез метановата ферментация органичният материал е подложен на минерализиране, при което се получава метан  и въглероден диоксид . Само една малка част от енергийното съдържание на разграждащото се органично вещество се употребява за растежа на клетъчната маса на участващите в процеса микроорганизми, по-голямата част от енергията остава запазена в метана. Поради това биотехнологично произвежданият метан е точно като природния газ - един газообразен носител на енергия, чието енергийно съдържание може да се направи използваемо чрез изгаряне, както при дървата, въглищата или нефта.

 

 

Още по темата

• Замърсяване на почвата
• Екология на Черно море
• Човекът и замърсяването на водата, въздуха и почвата
• Барух Спиноза – биография
• Бащите на философската антропология /извадка от книга/
• Бащите на философската антропология – реферат
• С какво се различава HDTV
• Принципи на правото
• Юридически факти във финансовото право
• Основи на научното лингвистично изследване