Ján GadušJán GadušJan.Gadus@uniag.skJan.Gadus@uniag.sk

SPU v NitreSPU v NitreMechanizačná fakultaMechanizačná fakulta

Biomasa ako zdroj energieBiomasa ako zdroj energie

Obsah prezentácie:Obsah prezentácie:

1.1. ÚvodÚvod

2.2. Biomasa a možnosti jej využitiaBiomasa a možnosti jej využitia

3.3. Zariadenia na výrobu bioplynuZariadenia na výrobu bioplynu

4.4. Skúsenosti SPUSkúsenosti SPU

SÚČASNÝ STAV V ZÁSOBÁCH SÚČASNÝ STAV V ZÁSOBÁCH FOSÍLNYCH PALÍV:FOSÍLNYCH PALÍV:

uhlie (224uhlie (224 rokov)rokov)

ropa (40ropa (40 rokov)rokov)

zemný plyn (64zemný plyn (64 rokov)rokov)

British Petroleum (1999)British Petroleum (1999)

Využívanie uránu – JADROVÉ ELEKTRÁRNEVyužívanie uránu – JADROVÉ ELEKTRÁRNEproblém uskladnenia a spracovania vyhoreného palivaproblém uskladnenia a spracovania vyhoreného paliva

1 Úvod1 Úvod

EKOLOGICKÉ DOPADY VYUŽÍVANIA FOSÍLNYCH PALÍVEKOLOGICKÉ DOPADY VYUŽÍVANIA FOSÍLNYCH PALÍV

• globálne klimatické zmeny

PRÍČINY:• emisie skleníkových plynov (nárast teploty na Zemi) (0,3˚C/ 10 rokov) - CO2 - spaľovanie fosílnych palív

- odlesňovanie - CH4 - spaľovanie uhlia

• emisie síry (kyslé dažde)

BUDÚCNOSŤ....???BUDÚCNOSŤ....???

Návrat k „aktivitám“ našich predkov:Návrat k „aktivitám“ našich predkov:

VYUŽÍVANIE OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV VYUŽÍVANIE OBNOVITEĽNÝCH ZDROJOV ENERGIEENERGIE

teplo slnka (solárna energia)teplo slnka (solárna energia)

sila vetra (veterná energia)sila vetra (veterná energia)

sila prúdenia vody (energia vodných tokov)sila prúdenia vody (energia vodných tokov)

geotermálna energiageotermálna energia

energia biomasyenergia biomasy

VyuVyužitie energie biomasyžitie energie biomasy

BIOMASABIOMASA – chemicky zakonzervovaná slnečná energia

Formy biomasy pre energetické účely:Formy biomasy pre energetické účely:

• pevná (drevo, rastlinné zvyšky, slama...)pevná (drevo, rastlinné zvyšky, slama...)• kvapalná (metanol, etanol)kvapalná (metanol, etanol)• plynná (drevoplyn, BIOPLYN)plynná (drevoplyn, BIOPLYN)

BBiomasa iomasa - - jeden z najčistejších zdrojov energie, jeden z najčistejších zdrojov energie, COCO22 vyprodukovaný pri spracovaní biomasy vyprodukovaný pri spracovaní biomasy

rastliny spotrebujú na svoj rast rastliny spotrebujú na svoj rast (emisie CO(emisie CO22 do ovzdušia do ovzdušia == 0, CO 0, CO22 - neutrálna) - neutrálna)

Využitie biomasy:Využitie biomasy:• produkcia teplaprodukcia tepla• produkcia elektrickej energieprodukcia elektrickej energie• produkcia „chladu“produkcia „chladu“

Podiel biomasy na produkcii teplaPodiel biomasy na produkcii tepla

Výhody využívania biomasy na energetické účelyVýhody využívania biomasy na energetické účely

• ekonomický rozvoj vidiekaekonomický rozvoj vidieka• efektívnejšie využívanie pôdyefektívnejšie využívanie pôdy

• zníženie emisií skleníkových plynov (COzníženie emisií skleníkových plynov (CO22, CH, CH44))

• zníženie emisií síryzníženie emisií síry

Nevýhody využívania biomasy na energetické účelyNevýhody využívania biomasy na energetické účely

• rýchly rozklad všetkých druhov biomasy v normálnych rýchly rozklad všetkých druhov biomasy v normálnych

podmienkachpodmienkach• menej vhodné na skladovaniemenej vhodné na skladovanie• nízka energetická hustotanízka energetická hustota

Jadrové palivá17%

OZE3%

Fosílne palivá80%

(z toho 90 % import)

Graf č.1 : Podiel jednotlivých druhov palív na výrobe Graf č.1 : Podiel jednotlivých druhov palív na výrobe elektrickej energie na Slovensku elektrickej energie na Slovensku

Biomasa40%

VVE15%

Geotermálna energia

15%

Solárna energia

12%

Biologické odpady

9%

Biopalivá6%

MVE2%

Veterná1%

Graf č.2 : Zastúpenie foriem OZE na Slovensku Graf č.2 : Zastúpenie foriem OZE na Slovensku

Poľnohosp. biomasa

54% (0,4%)

Lesná biomasa.17% (3%)

Drevospracujúci priemysel

29% (16%)

Graf č.3 : Podiel druhov biomasy a ich súčasné Graf č.3 : Podiel druhov biomasy a ich súčasné energetické využitie energetické využitie

Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2004Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2004

Významný podiel energeticky využiteľnej biomasy je Významný podiel energeticky využiteľnej biomasy je produkovaný v poľnohospodárstve a potravinárstveprodukovaný v poľnohospodárstve a potravinárstve

2002 2003 2004

Hovädzí dobytok celkom 608 593 540

Z toho kravy 260 246 232

Ošípané celkom 1554 1443 1149

Z toho prasnice 118 105 82

Hydina celkom 13959 14217 13713

Z toho sliepky 6213 6127 5648

Druh , kategória hospodárskych zvierat

Skutočnosť k 31.12. v tis. ks

Výroba a využitie bioplynu na SlovenskuVýroba a využitie bioplynu na Slovensku

TSÚP v Rovinke kvantifikoval potenciál výroby bioplynu na TSÚP v Rovinke kvantifikoval potenciál výroby bioplynu na Slovensku takto: Slovensku takto:

z exkrementov hospodárskych zvierat - spolu 277 mil. mz exkrementov hospodárskych zvierat - spolu 277 mil. m33 bioplynu čo predstavuje energetický ekvivalent 1,95 TWh alebo bioplynu čo predstavuje energetický ekvivalent 1,95 TWh alebo 6,9 PJ.6,9 PJ.

spolu s energetickými plodinami z nevyužívanej spolu s energetickými plodinami z nevyužívanej poľnohospodárskej pôdy, ktorá v roku 2003 predstavovala cca poľnohospodárskej pôdy, ktorá v roku 2003 predstavovala cca 100 000 ha je podľa TSÚP teoreticky možné vyrobiť z 100 000 ha je podľa TSÚP teoreticky možné vyrobiť z poľnohospodárskej biomasy 46,5 PJ energii. Táto hodnota až 5 poľnohospodárskej biomasy 46,5 PJ energii. Táto hodnota až 5 násobne prevyšuje súčasnú spotrebu energii v násobne prevyšuje súčasnú spotrebu energii v poľnohospodárskom sektore SR. poľnohospodárskom sektore SR.

Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2005Zdroj: Zelená správa Ministerstvo pôdohospodárstva SR, 2005

Tab. Výmera využívanej poľnohospodárskej pôdy SR Tab. Výmera využívanej poľnohospodárskej pôdy SR

2003 2004 2005Využívaná poľnohospodárska pôda 2 236 036 1 934 659 1 941 380v tom : orná pôda 1 379 379 1 360 893 1 357 201 trvalé porasty 28 240 26 663 25 634

trvalé lúky a pasienky 794 733 514 478 524 110ostatné plochy a záhrady 33 548 32 469 34 281

UkazovateľVýmera v ha

Tab. Prehľad základných údajov poľnohospodárskych Tab. Prehľad základných údajov poľnohospodárskych bioplynových stanícbioplynových staníc

Inštalovaný výkonKW el.energii

6x138hnojovica ošípaných

vlastná spotreba

1995

65hnojovica HD +

energet. plodinyvlastná

spotreba1998

22 hnojovica HDvlastná

spotreba2001

PPD Brezov

VPP SPU, s.r.o. Kolíňany

Bioplynová stanica ZdrojVyužitie energií

Začatie prevádzky

AGROBAN, s.r.o. Bátka

STIFI Hurbanovo 270 kukuričná siláž 2005predaj

100 + 40 hnojovica HD predaj 2005 PD Kapušany

Vývoj počtu bioplynových staníc v poľnohospodárstveVývoj počtu bioplynových staníc v poľnohospodárstve

počet bioplynových staníc

inštalovaný výkon (MW)

Prehľad počtu poľnohospodárskych bioplynových Prehľad počtu poľnohospodárskych bioplynových staníc SRN (december 2005)staníc SRN (december 2005)

Rozdelenie bioplynových staníc v Nemecku podľa inštalovaného elektrického výkonu

50 kW el. 29 %

50 – 100 kW el. 28 %

100 – 250 kW el. 24 %

250 – 500 kW el. 11 %

500 kW el. 6 %

Tab. Tab. Percentuálne zastúpenie výkonových kategórií Percentuálne zastúpenie výkonových kategórií poľnohospodárskych bioplynových staníc v SRNpoľnohospodárskych bioplynových staníc v SRN

Tab. Tab. Porovnanie počtu poľnohospodárskych bioplynových Porovnanie počtu poľnohospodárskych bioplynových staníc v niektorých krajinách EUstaníc v niektorých krajinách EU

KrajinaKrajina Počet BPSPočet BPS Celkový Celkový inštalovaný inštalovaný výkon MWvýkon MW

Priemerný Priemerný výkon na výkon na 1 BPS kW1 BPS kW

NemeckoNemecko 30003000 650650 216216

DánskoDánsko 7878 4040 513513

RakúskoRakúsko 150150 2929 200200

TalianskoTaliansko 8080 6161 760760

2 2 BiomasBiomasaa aa možnosti jej využitiamožnosti jej využitia

Elektrina

Teplo

Pohonné hmoty

Suroviny pre chemickú výrobu

Mazadlá

Potraviny

Krmivá

Vláknina, izolačný materiál

BIOMASABIOMASA

Nábytok, stavebný materiál, papier

Využitie Využitie rastlín ako energetickej slnečnej rastlín ako energetickej slnečnej elektrárne a zásobníka energieelektrárne a zásobníka energie

(F(Fotosyntotosyntéza)éza)

Svetlo

Voda

CO2

O2

Biomasa

EPS

CC KH

Rozdelenie biomasyRozdelenie biomasy

Biomasa – substancia biologického pôvoduBiomasa – substancia biologického pôvodu

(pestovanie rastlín, chov (pestovanie rastlín, chov živočíchov,živočíchov,

organické odpady)organické odpady)Biomasa – zámerne pestovaná ako výsledok Biomasa – zámerne pestovaná ako výsledok

výrobnej činnostivýrobnej činnosti

Biomasa – ako odpad z poľnohospodárskej, Biomasa – ako odpad z poľnohospodárskej, potravinárskej a lesnej výroby, z potravinárskej a lesnej výroby, z komunálneho hospodárstva, z komunálneho hospodárstva, z údržby krajinyúdržby krajiny

Biomasa využiteľná na energetické účelyBiomasa využiteľná na energetické účely

Rozdelenie:Rozdelenie:

1. fytomasa s vysokým obsahom lignocelulózy1. fytomasa s vysokým obsahom lignocelulózy

2. fytomasa olejnatých plodín2. fytomasa olejnatých plodín

3. fytomasa s vysokým obsahom škrobu a 3. fytomasa s vysokým obsahom škrobu a cukrucukru

4. organické odpady a vedľajšie produkty 4. organické odpady a vedľajšie produkty živočíšneho pôvoduživočíšneho pôvodu

5. zmesi rôznych organických odpadov5. zmesi rôznych organických odpadov

Spôsoby využitia biomasy na Spôsoby využitia biomasy na energetické účelyenergetické účely

Spôsob využitia – predurčujú fyzikálne a Spôsob využitia – predurčujú fyzikálne a chemické vlastnosti chemické vlastnosti

biomasybiomasy

Procesy Procesy – mokré (hranica 50% sušiny)– mokré (hranica 50% sušiny)

– – suché suché Získavanie energie z biomasy:Získavanie energie z biomasy:

a) termochemická premena (suché procesy)a) termochemická premena (suché procesy)

- spaľovanie- spaľovanie

- splyňovanie- splyňovanie

- pyrolýza- pyrolýza

Získavanie energie z biomasy:Získavanie energie z biomasy:

b) biochemická premena (mokré procesy)b) biochemická premena (mokré procesy)

- alkoholické kvasenie- alkoholické kvasenie

- metánové kvasenie- metánové kvasenie

c) fyzikálna a chemická premenac) fyzikálna a chemická premena

- mechanická úprava ( štiepenie, - mechanická úprava ( štiepenie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, mletie)mletie)

- chemická úprava (esterifikácia - chemická úprava (esterifikácia surových olejov)surových olejov)

d) získavanie odpadného tepla pri spracovaní d) získavanie odpadného tepla pri spracovaní biomasy (kompostovanie, aerobne čistenie biomasy (kompostovanie, aerobne čistenie odpadných vôd, anaeróbna fermentácia a pod.odpadných vôd, anaeróbna fermentácia a pod.

Typ konverzie Typ konverzie biomasybiomasy

Spôsob Spôsob konverzie konverzie biomasybiomasy

Energetický Energetický výstupvýstup

Odpadný materiál Odpadný materiál alebo druhotná alebo druhotná

surovinasurovina

termochemická termochemická koverzia koverzia

(suché procesy)(suché procesy)

spaľovaniespaľovanie teplo viazané na teplo viazané na nosičnosič

popolpopol

splyňovaniesplyňovanie generátorový plyngenerátorový plyn dechtový olej, uhldechtový olej, uhlííkka a té palivoté palivo

pyrolýzapyrolýza generátorový plyngenerátorový plyn dechtový olej, pevné dechtový olej, pevné horľavé zbytkyhorľavé zbytky

biochemická biochemická konverzia konverzia

(mokré procesy)(mokré procesy)

anaeróbna anaeróbna fermentáciafermentácia

bioplynbioplyn fermentovaný fermentovaný substrátsubstrát

aeróbna aeróbna fermentáciafermentácia

teplo viazané na teplo viazané na nosičnosič

fermentovaný fermentovaný substrátsubstrát

fyzikálno-fyzikálno-chemická chemická konverziakonverzia

esterifikácia esterifikácia bioolejovbioolejov

metylester, metylester, bioolejebiooleje

glycerínglycerín

Tab. Spôsoby konverzie biomasy na energiuTab. Spôsoby konverzie biomasy na energiu

ROZDELENIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASYROZDELENIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY

trit ika le (p šen ica x raž )

ovsen á

ražn á

jačm en n á

p šen ičn á

lú čn e sen o

en erg e tické p lod in y

rep ková

s ln ečn icová

ku ku ričn á

s lam a

rých lo ras tú ce d revin y

n á le t z TTP

sad y

vin oh rad y

d revn ý od p ad

b iom asa n a sp aľovan ie

M E R O b ioa lkoh o l

b iom asa n a vý rob u b iop a lív

s ilá ž

ze len é ras tlin y

exk rem en ty

b iom asa n a vý rob u b iop lyn u

p o ľn oh osp od á rska b iom asa

ENERGETICKÉ VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ ENERGETICKÉ VYUŽITIE POĽNOHOSPODÁRSKEJ BIOMASY VHODNEJ NA SPAĽOVANIEBIOMASY VHODNEJ NA SPAĽOVANIE

ohre v te chnologic k e j vody

ohre v te ple j úž i tk ove j vody vykurova nie objek tov výroba te pla v s uš ie re ns tve výroba e le k tr iny

biom a sa na s pa ľova nie

Biomasa vhodná na výrobu bioplynuBiomasa vhodná na výrobu bioplynu

Bioplyn je možné získavať zo všetkých druhov Bioplyn je možné získavať zo všetkých druhov biomasy:biomasy:

- fytomasa - fytomasa

- organické odpady a vedľajšie produkty - organické odpady a vedľajšie produkty živočíšneho pôvoduživočíšneho pôvodu

- zmes rôznych organických odpadov- zmes rôznych organických odpadov

Bioplyn je produkt anaeróbnej fermentácie Bioplyn je produkt anaeróbnej fermentácie vlhkých organických materiálov, ktorého vlhkých organických materiálov, ktorého hlavnými komponentami sú metán a kysličník hlavnými komponentami sú metán a kysličník uhličitý.uhličitý.

Zloženie bioplynuZloženie bioplynu

Metán Metán 40-75 %40-75 % Oxid uhličitý Oxid uhličitý 25-55 %25-55 % Vodná para Vodná para 0-10 %0-10 % Dusík Dusík 0-5 %0-5 % Kyslík Kyslík 0-2 %0-2 % Vodík Vodík 0-1 %0-1 % AmoniakAmoniak 0-1 %0-1 % Sírovodík Sírovodík 0-1 %0-1 %

Metán v bioplyne vzniká pri tzv. Metán v bioplyne vzniká pri tzv. metanogénnej metanogénnej fermentácii organických substrátovfermentácii organických substrátov rozkladom: rozkladom:

- polysacharidov - polysacharidov

- lipidov- lipidov

- proteinov- proteinov

Pri rozklade proteinov (bielkovín) so do Pri rozklade proteinov (bielkovín) so do bioplynu uvoľňujú sírnaté zložky (napr. bioplynu uvoľňujú sírnaté zložky (napr. sírovodík), ktorý je treba pred použitím plynu sírovodík), ktorý je treba pred použitím plynu odstraňovať.odstraňovať.

Rozkladom lipidov (tukov) sa dosahuje Rozkladom lipidov (tukov) sa dosahuje najvyššej výťažnosti (produkcie bioplynu).najvyššej výťažnosti (produkcie bioplynu).

Rozklad polysacharidov zvlášť Rozklad polysacharidov zvlášť obsiahnutých vo fytomase býva hlavným obsiahnutých vo fytomase býva hlavným zdrojom látok pre tvorbu metánu.zdrojom látok pre tvorbu metánu.

Jedna z hlavných stavebných prvkov Jedna z hlavných stavebných prvkov fytomasy – fytomasy – lignín lignín – je z hľadiska metanogenezie – je z hľadiska metanogenezie balastným materiálom a na tvorbe metánu sa balastným materiálom a na tvorbe metánu sa takmer nezúčastňuje, pokiaľ nie je fyzikalno-takmer nezúčastňuje, pokiaľ nie je fyzikalno-chemickými procesmi predspracovaný.chemickými procesmi predspracovaný.

Reakčná schéma tvorby metánu:Reakčná schéma tvorby metánu:(štvorfázový model reakcie, ktorý zostavil v roku 1986 Nordberg)(štvorfázový model reakcie, ktorý zostavil v roku 1986 Nordberg)

I.I. HydrolýzaHydrolýza – makromolekuly organických zlúčenín sú – makromolekuly organických zlúčenín sú prostredníctvom enzýmov hydrolýznych baktérií rozkladané prostredníctvom enzýmov hydrolýznych baktérií rozkladané na nižšie zložky.na nižšie zložky.

II.II. AcidogénnaAcidogénna (kyselinotvorná) fáza – medziprodukty (kyselinotvorná) fáza – medziprodukty hydrolýzy sa ďalej rozkladajú prostredníctvom acidogénnych hydrolýzy sa ďalej rozkladajú prostredníctvom acidogénnych baktérií na organické kyseliny (kyselina octová, propiónová baktérií na organické kyseliny (kyselina octová, propiónová alebo maslová), na nižšie alkoholy, aldehydy, vodík, CO2 alebo maslová), na nižšie alkoholy, aldehydy, vodík, CO2 a ďalšie plyny ako amoniak a sírovodík.a ďalšie plyny ako amoniak a sírovodík.

III.III. AcetogénnaAcetogénna fáza – medziprodukty predchádzajúceho fáza – medziprodukty predchádzajúceho stupňa sú ďalej transformované pomocou acetogénnych stupňa sú ďalej transformované pomocou acetogénnych baktérií na kyselinu octovú.baktérií na kyselinu octovú.

IV.IV.MetanogénnaMetanogénna fáza - metánové baktérie štiepia kyselinu fáza - metánové baktérie štiepia kyselinu octovú na metán (CH4), oxid uhličitý (CO2) a vodu. Vodík (H2) octovú na metán (CH4), oxid uhličitý (CO2) a vodu. Vodík (H2) a  (CO2) sú redukované na metán a vodu.a  (CO2) sú redukované na metán a vodu.

Reakčná schéma tvorby metánu - Reakčná schéma tvorby metánu - Nordberg 1986Nordberg 1986

1. stupeňŠtiepenie makromolekúl

uhľohydrátytukybielkoviny

cukrymastné kyselinyaminokyselinyzásady

karboxylová kyselinaplynyalkoholy

MetánKysličník uhličitý

kyselina octová vodíkkysličník uhličitý

2. stupeňKvasenie produktov štiepenia

HnojovicaMaštaľný hnojBioodpady

3. stupeňTvorba metanogénnych substrátov

4. stupeňTvorba bioplynu

Bioplyn

Hydrolitické baktérie

Acidogénne baktérie

Acetogénne baktérie

Metanogénné baktérie

Obecné vlastnosti materiálov vhodných Obecné vlastnosti materiálov vhodných pre anaeróbnu fermentáciu:pre anaeróbnu fermentáciu:

Malý obsah anorganických zložiek (popolovín)Malý obsah anorganických zložiek (popolovín) Vysoký podiel biologicky rozložiteľných látok Vysoký podiel biologicky rozložiteľných látok

(spracovávajú sa predpripravené – (spracovávajú sa predpripravené – homogenizované zmesy materiálov)homogenizované zmesy materiálov)

Optimálny obsah sušiny (v závislosti od Optimálny obsah sušiny (v závislosti od použitej technológie – pri pevných použitej technológie – pri pevných substrátoch 22 – 25%, v prípade tekutých substrátoch 22 – 25%, v prípade tekutých substrátov 8 až 14%. Obsah sušiny pod 3% - substrátov 8 až 14%. Obsah sušiny pod 3% - negatívna energická bilancia)negatívna energická bilancia)

Hodnota pH (kyslosť alebo zásaditosť) – Hodnota pH (kyslosť alebo zásaditosť) – ideálny stav pH = 7 až 7,8 (neutrálna hodnota)ideálny stav pH = 7 až 7,8 (neutrálna hodnota)

Obecné vlastnosti materiálov vhodných Obecné vlastnosti materiálov vhodných pre anaeróbnu fermentáciu:pre anaeróbnu fermentáciu:

Pomer uhlikatých a dusikatých látok v substráte. Pomer uhlikatých a dusikatých látok v substráte. Ideálny pomer C : N = 30 : 1. Vysoký obsah Ideálny pomer C : N = 30 : 1. Vysoký obsah dusikatých látok – negatívny vplyv na zloženie dusikatých látok – negatívny vplyv na zloženie bioplynu – amoniak, oxid dusný, atď. Materiály s bioplynu – amoniak, oxid dusný, atď. Materiály s vysokým obsahom N – exkrementy všetkých druhov vysokým obsahom N – exkrementy všetkých druhov hospodárskych zvierat. Opačný extrém – vysoký hospodárskych zvierat. Opačný extrém – vysoký obsah uhlíka C – materiály rastlinného pôvodu. obsah uhlíka C – materiály rastlinného pôvodu. Vhodné je preto miešať materiály – kofermentácia.Vhodné je preto miešať materiály – kofermentácia.

Neprítomnosť antibiotík ako aj zložiek materiálu, u Neprítomnosť antibiotík ako aj zložiek materiálu, u ktorých prebehol hnilobný proces.ktorých prebehol hnilobný proces.

Dlhodobé skladovanie a nevhodná manipulácia Dlhodobé skladovanie a nevhodná manipulácia znižuje vhodnosť materiálov k anaeróbnej znižuje vhodnosť materiálov k anaeróbnej fermentáciifermentácii

VýVýťťaažžok bioplynu z rôznych druhov substrátovok bioplynu z rôznych druhov substrátov

30

35

42

50

70

90

130

166

180

200

200

250

340

480

600

670

710

0 100 200 300 400 500 600 700 800

hnojovica HD

hnojovica ošípaných

zemiakové výpalky

obilné výpalky

repné skrojky

hydinový trus

pivovarnícke mláto

zemiaková vnať

cukrová repa

kukuričná siláž

trávna siláž

tuk z odlučovačov

melasa

kuchynské odpady

starý tuk

výpeky

pekárenské odpady

max. výťažok bioplynu (m3/ t substrátu)

Produkcia výkalov a výProdukcia výkalov a výťťaažžok bioplynu od ok bioplynu od jednotlivých druhov zvierat:jednotlivých druhov zvierat:

Kategória zvieratKategória zvierat

Sušina vo Sušina vo výkaloch vrátane výkaloch vrátane

moču (kg/deň)moču (kg/deň)

Výkaly celkom Výkaly celkom priemerne priemerne (kg/deň)(kg/deň)

Vyprodukované Vyprodukované množstvo množstvo

bioplynu (mbioplynu (m33/deň)/deň)

Vyprodukovaná Vyprodukovaná elektrická energia elektrická energia

(kWh/rok)(kWh/rok)

Hovädzí dobytok (priemer)

Dojnice (550 kg) 6 60 1,7 3 400

Jalovice (330 kg) 3,5 35 0,9 1 800

Teľatá 1,25 12,5 0,3 600

Ošípané (priemer)

Prasnice (170 kg) 1 14 0,3 600

Výkrm (70 kg) 0,5 8,5 0,2 400

Kanci (250 kg) 1,3 18,5 0,3 600

Hydina (priemer)

Nosnice (2,2 kg) 0,036 0,25 0,016 32

Brojler (0,8 kg) 0,02 0,009

Kurčatá (1,1 kg) 0,02 0,009

Kukurica pri výrobe bioplynuKukurica pri výrobe bioplynu

PRODUKCIA KUKURIPRODUKCIA KUKURIČČNEJ SILÁNEJ SILÁŽEŽE A ENERGETICKÁ HODNOTA A ENERGETICKÁ HODNOTA

SH SH – SUCHÁ HMOTA– SUCHÁ HMOTAOSH OSH – ORGANICKÁ SUCHÁ HMOTA – ORGANICKÁ SUCHÁ HMOTA 1 m1 m33 bioplynu = 5,5 kWh bioplynu = 5,5 kWh

Kukurica

Výnos t.ha-1 42,5

Výnos siláž t SH. ha-1 (32 % SH) 13,6

Obsah OSH % 85 - 95

Produkcia bioplynu m3.t-1, OSH (85 % OSH) 450 – 700

Produkcia bioplynu m3 . ha-1 5.200 – 8.090

Energetická hodnota kWh.ha-1 28.600 – 44.490

Požiadavky na kukuričnú siláž pre produkciu Požiadavky na kukuričnú siláž pre produkciu bioplynu:bioplynu:

maximálny výnos bioplynu – zber maximálny výnos bioplynu – zber v čase optimálnej silážovateľnosti v čase optimálnej silážovateľnosti (obsah suchej hmoty okolo 30% (obsah suchej hmoty okolo 30% v celej v celej

rastline)rastline)

vhodné odrody kukurice – stredne vhodné odrody kukurice – stredne neskoro neskoro dozrievajúce druhy krmnej dozrievajúce druhy krmnej kukuricekukurice

Výhody kukuričnej siláže pre produkciu Výhody kukuričnej siláže pre produkciu bioplynu:bioplynu:

• kukurica na siláž má najvyšší výnosový kukurica na siláž má najvyšší výnosový potenciál z hektárapotenciál z hektára

• existujú technologicky optimalizované existujú technologicky optimalizované systémy pestovania, zberu, konzervácie, systémy pestovania, zberu, konzervácie, skladovania a prepravyskladovania a prepravy

3. Zariadenia na výrobu bioplynu3. Zariadenia na výrobu bioplynuZákladné časti zariadenia pre produkciu bioplynu z Základné časti zariadenia pre produkciu bioplynu z tekutých substrátov:tekutých substrátov:

homogenizačná nádržhomogenizačná nádrž - slúži ako zásobník a na - slúži ako zásobník a na prípravu vstupného substrátuprípravu vstupného substrátu

fermentor (bioreaktor)fermentor (bioreaktor) – dimenzuje sa podľa denného – dimenzuje sa podľa denného množstva vstupného substrátu a času zdržania, množstva vstupného substrátu a času zdržania, prebieha tu anaeróbny rozklad substrátu a tvorí sa prebieha tu anaeróbny rozklad substrátu a tvorí sa bioplynbioplyn

plynojem plynojem – slúži na skladovanie najnutnejšej – slúži na skladovanie najnutnejšej prevádzkovej rezervy bioplynu, dimenzuje sa na pol až prevádzkovej rezervy bioplynu, dimenzuje sa na pol až jednodňovú produkciu bioplynu jednodňovú produkciu bioplynu

zberná nádržzberná nádrž spracovaného substrátu – slúži ako  spracovaného substrátu – slúži ako konečný sklad vyhnitého substrátu a dimenzuje sa pre konečný sklad vyhnitého substrátu a dimenzuje sa pre skladovaciu kapacitu na 180 až 200 dnískladovaciu kapacitu na 180 až 200 dní

Typické usporiadanie zariadenia pre Typické usporiadanie zariadenia pre produkciu bioplynu z tekutých substrátovprodukciu bioplynu z tekutých substrátov

Vstupný substrát

Miešanie

FermentorIzolácia

Odlučovač vody

Zberná nádrž

Homogen. nádrž

Ohrev

OhrevKalové čerpadlo

Plynojem

Ohrev

Plynový dóm

Ramená mixéru

Výstup

Motor

Vstup

Horizontálny fermentor (objemy 50 až 150 mHorizontálny fermentor (objemy 50 až 150 m33))

Schéma vertikálneho fermentora poľnohospodárskej Schéma vertikálneho fermentora poľnohospodárskej bioplynovej stanice (objemy do 1 000 mbioplynovej stanice (objemy do 1 000 m33))

Dvojitá membrána Plynojem

Miešadlo

Vstup

Výstup

Ohrev

Schéma veľkokapacitného fermentora vhodného pre Schéma veľkokapacitného fermentora vhodného pre priemyselné bioplynové stanice (objem fermentora až priemyselné bioplynové stanice (objem fermentora až do 5 000 mdo 5 000 m33))

Výnenník tepla

Miešanie

Výstup

Vstup

Základne rozsahy používaných teplôt vo Základne rozsahy používaných teplôt vo fermentoroch:fermentoroch:

Zmiešané kultúry baktérií zúZmiešané kultúry baktérií zúččastastňňujúcich ujúcich sa procesu anaeróbneho rozkladu msa procesu anaeróbneho rozkladu môžôžeme eme z hz hľľadiska teploty procesu rozdeliadiska teploty procesu rozdeliťť na: na:

psychrofilné psychrofilné teplota teplota 15 až15 až 20 20C C mezofilné mezofilné teplotateplota 30 a30 ažž 40˚C) 40˚C) termofilné termofilné

baktérie baktérie teplota teplota 50 a50 ažž 75˚C) 75˚C)

(Braun, 1982; Lucke, 2002)(Braun, 1982; Lucke, 2002)

4. Skúsenosti SPU4. Skúsenosti SPU

Bioplynová stanica SPU v prevádzke od Bioplynová stanica SPU v prevádzke od novembra 2000.novembra 2000.

Parametre: Parametre:

• objem fermentoraobjem fermentora 100 m100 m33

• typ fermentoratyp fermentora horizontálnyhorizontálny

• doba zdržaniadoba zdržania 20 dní20 dní

• objem dohnívacej nádržeobjem dohnívacej nádrže 670 m670 m33

• inšatlovaný elektrický výkoninšatlovaný elektrický výkon 22 kW22 kW

• pprojektovanrojektovaný výkon -ý výkon - vyu využžitie exkrementov od 80 VDJitie exkrementov od 80 VDJ

• kogenerakogeneraččnnáá výrob výroba energiea energie - - elektrickej elektrickej - 22 kW- 22 kW - - tepelnej tepelnej - 45 kW- 45 kW

• celkovcelkováá zastavaná zastavaná plochplocha a cca 1350 mcca 1350 m22

BBioplynovioplynováá stanica stanica v Kolív Kolíňňanochanoch

Experimenty s kofermentáciouExperimenty s kofermentáciou Sledované parametre:Sledované parametre:

Vstupný substrát:Vstupný substrát: chemická spotreba kyslíka (CHSK), chemická spotreba kyslíka (CHSK), celkový obsah dusíka (Ncelk.), organické zaťaženie celkový obsah dusíka (Ncelk.), organické zaťaženie fermentora (OZF), obsah suchej hmoty (% SH)fermentora (OZF), obsah suchej hmoty (% SH)

Substrát vo fermentore:Substrát vo fermentore: hodnota pH, teplota (t), obsah hodnota pH, teplota (t), obsah mastných kyselínmastných kyselín ((CCMKMK), obsah suchej hmoty (% SH), obsah ), obsah suchej hmoty (% SH), obsah

amoniakálnamoniakálnychych ión iónovov NHNH44++

Bioplyn:Bioplyn: denná produkcia, obsah denná produkcia, obsah CHCH44, CO, CO22, H, H22S, HS, H22, O, O22, N, N22

FázaFázaPouPoužžitý substrátitý substrát Trvanie meraníTrvanie meraní

II 100 % vol. hnojovice100 % vol. hnojovice 21.11.21.11.202003 – 03 – 008.03.8.03.20200404

IIII40 % vol. hnojovice, 60 % vol. 40 % vol. hnojovice, 60 % vol.

silásilážžovanej kukuriceovanej kukurice 23.03.23.03.202004 – 23.04.04 – 23.04.20200404

IIIIII 60 % vol. hnojovice, 40 % vol. 60 % vol. hnojovice, 40 % vol. silásilážžovanej kukuriceovanej kukurice 24.04.24.04.202004 – 26.05.04 – 26.05.20200404

IVIV90 % vol. hnojovice, 10 % vol. 90 % vol. hnojovice, 10 % vol.

ččerstvej trávyerstvej trávy 007.06.7.06.202004 – 19.07.04 – 19.07.20200404

VV 92,3 % vol. hnojovice, 7,7 % vol.92,3 % vol. hnojovice, 7,7 % vol. kuchynských odpadkovkuchynských odpadkov

004.08.4.08.202004 – 20.09.04 – 20.09.20200404

VIVI 90 % vol. hnojovice, 10 % 90 % vol. hnojovice, 10 % silásilážžovanej trávyovanej trávy 27.09.27.09.202004 – 18.11.04 – 18.11.20200404

gasholder 1

gasholder 2

homogenization tank

comixture tank

storage tank

digester

biogas substrate

input substrate

output substrate

biogas

Schéma experimentálneho zariadeniaSchéma experimentálneho zariadenia

Pohľad na experimentálne zariadeniePohľad na experimentálne zariadenie

Pohľad na experimentálne zariadeniePohľad na experimentálne zariadenie

Výsledky analýz vzoriek bioplynu a jeho dennej produkcieVýsledky analýz vzoriek bioplynu a jeho dennej produkcie

Fáza Použitý substrátCH4

(% vol.)

CO2

(% vol.)

H2S

(ppm)

PG

(mN3.d-1)

I CM 55,77 39,07 158 4,8

II 40 % CM + 60 % CS 55,6 41 53 8,29

III 60 % CM + 40 % CS 55,1 44 141 7,126

IV 90 % CM + 10 % FG 55,4 44,5 81 1,273

V 92,3 % CM + 7,7 % KW 59 41 319 2,97

VI 90 % CM + 10 % GS 56,7 43 338 3,6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50 60

bio

gas

pro

du

ctio

n P

g m

3/d

cattle manure 60% CS+ 40%CM 40% CS + 60% CM

10% FG + 90% CM KW + CM 10% GS + 90% CM

Porovnanie dennej produkcie bioplynuPorovnanie dennej produkcie bioplynu

Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR

Bioplynová stanica STIFI HurbanovoBioplynová stanica STIFI Hurbanovo

- objem fermentora 2450 m3

- inštalovaný el. výkon 272 kW

- vstupný substrát – kukuričná siláž 20 t/d

Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR

Bioplynová stanica Bioplynová stanica PD Kapušany pri PrešovePD Kapušany pri Prešove- objem fermentora 450 m3- inštalovaný el. výkon 100 kW - vstupný substrát – maštaľný hnoj kukuričná siláž 23 t/d

Ukážky bioplynových staníc - SRUkážky bioplynových staníc - SR

Bioplynová stanica SPU KolíňanyBioplynová stanica SPU KolíňanyBioplynová stanica SPU Kolíňany

- objem fermentora 100 m3

- inštalovaný elektrický výkon 22 kW

- vstupný substrát hnojovica od ošípaných, maštalný hnoj 5t/d

Výroba elektrickej energie kogeneráciouVýroba elektrickej energie kogeneráciou

Výhody:Výhody:

vysoká účinnosť výroby elektrickej energie (do vysoká účinnosť výroby elektrickej energie (do 34%)34%)

vysoká účinnosť získavania tepelnej energie (do vysoká účinnosť získavania tepelnej energie (do 60%)60%)

celková účinnosť - viac ako 85%celková účinnosť - viac ako 85%Efektívnosť:Efektívnosť:

úspora paliva až 40% oproti klasickej výrobe tepla a úspora paliva až 40% oproti klasickej výrobe tepla a elektrinyelektriny

ročné využitie 5 až 6 tisíc hodínročné využitie 5 až 6 tisíc hodín

návratnosť investícií 5 až 7 rokov návratnosť investícií 5 až 7 rokov

Ďakujem za pozornosť !Ďakujem za pozornosť !