mikrobiogazownie w krajach ue · 2020. 11. 3. · manure, ta publikacja powstała w ramach projektu...

Author(s) : Kurt Hjort-Gregersen

Company : AgroTech A/S

Deliverable : D2.1

Report no. : BEF2-15001-EN

Version : 1.1

Status : Public

Translator(s) : Kurt Hjort-Gregersen

Przegląd rynku mikrobiogazowni

Mikrobiogazownie w krajach UE

Manure,

Ta publikacja powstała w ramach Projektu UE “BioEnergy Farm II - Manure, the sustainable fuel for the farm”. Projekt jest współfinansowany przez Intelligent Energy Europe Programme of the European Union. Kontract Nº: IEE/13/683/SI2.675767

Autor : Kurt Hjort-Gregersen

Firma : AgroTEch A/S

Adres : Agro Food Park 15, DK 8200 N

Opracowanie : D2.1.

Raport nr. : BEF2-15001-EN

Wersja : 1.1

Status : Publiczny

Tłumaczenie : Zespół

Data : 24/07/2015

Współpraca:

Katrin Kayser, IBBK, Niemcy

Stephanie Bonhomme, TRAME, Francja

Edward Majewski, FNEA, Polska

Marek Amrozy, NAPE, Polska

Remigio Berruto, DEIAFA, Włochy

Franco Parola, COLDRETTI, Włochy

Jan Willem Bijnagte, CCS, Holandia

Mark Paterson, KTBL, Niemcy

Marleen Gysen, Innovatiesteunpunt, Belgia

Proszę o wskazanie jako źródło literaturowe:

Kurt Hjort-Gregersen, Market overview micro scale digesters, BioEnergy Farm II publication, AgroTech A/S, Denmark,

2015.

Podziękowania

Ten raport zawiera wkład i wyniki prac partnerów uczestniczących w realizacji projektu BioEnergy Farm II.

Wszystkim wykonawcom wyrażam serdeczne podziękowania za ich wkład do całego projektu oraz niniejszego opracowania.

Angielska wersja raportu została przetłumaczona na języki: duński, holenderski, francuski, niemiecki, włoski i polski. Wszystkie wersje językowe są zamieszczone na stronie internetowej projektu.

Szata graficzna: BBPROJ & CCS

Okładka: BBPROJ

Wszystkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być powielana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, aby mogły być wykorzystywane do celów komercyjnych bez pisemnej zgody wydawcy. Wyłączna odpowiedzialność za treść niniejszego raportu przegląd spoczywa na autorach raportu. Raport nie musi odzwierciedlać opinii Unii Europejskiej. Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialności za jakiekolwiek wykorzystanie raportu na podstawie zawartych w nim informacji. Celem raportu jest wsparcie dla zainteresowanych tworzeniem mikrobiogazowni. Konsorcjum BioEnergy Farm II i edytor raportu nie gwarantuje poprawności i kompletności informacji i danych zawartych lub opisanych w niniejszej publikacji .

www.bioenergyfarm.eu

the sustainable fuel from the farm

| 3

Streszczenie

Raport, który jest częścią projektu BioEnergy

Farm II, przedstawia przegląd rynku i

oszacowanie potencjalnego rynku

mikrobiogazowni w Europie. Raport pokazuje, że

w całej Europie podejmowane są znaczne wysiłki

na rzecz opracowania koncepcji rozwoju

biogazowni w mikroskali. Zakłada się, że tego

rodzaju biogazownie cechowałby niski koszt, co

jest możliwe dzięki wykorzystaniu odpadów

powstających w gospodarstwie rolniczym.

Wydaje się, że są to koncepcje obiecujące z

perspektywy Trwałego (zrównoważonego)

Rozwoju.

W raporcie zawarto informacje z 13 krajów

europejskich, w tym 7 krajów biorących udział w

projekcie. Doświadczenie i poziom aktywności w

zakresie budowy mikrobiogazowni w tych krajach

są bardzo zróżnicowane. W niektórych krajach

jest wielu producentów biogazu w mikroskali i

firm oferujących biogazownie, podczas gdy w

innych ten sektor praktycznie nie istnieje. We

wszystkich krajach reprezentowanych w

projekcie istnieje jednak znaczny potencjał dla

rozwoju mikrobiogazowni, jeśli stworzone będę

odpowiednie ku temu warunki.

Raport zawiera zalecenia kluczowych graczy na

tym rynku, jak ten potencjał można wykorzystać.

Jednym z celów projektu Bioenergy Farm II jest

ułatwienie transferu wiedzy i technologii między

krajami europejskimi, a także wsparcie dla

procesu kształtowania świadomości europejskich

rolników co do możliwości produkcji biogazu w

mikroskali.

Raport został opracowany we współpracy z

naszymi Partnerami, których wymieniono na

stronie 9. Bez nich, i bez danych jakie oni

dostarczyli opracowanie tego raportu byłoby

praktycznie niemożliwe. Niniejszym wyrażam

wielką wdzięczność za tę współpracę.

Autorem raportu jest Kurt Hjort-Gregersen,

starszy konsultant w firmie AgroTech A/S Dania.

Manure,

4 |

Spis treści

Wprowadzenie 6

BioEnergy Farm II project 6

O fermentacji beztlenowej 7

Metodologia 7

Skróty 8

1. Przegląd rynku biogazowni w Europie 9

1.1 Definicje mikrobiogazowni obowiązujące w poszczególnych krajach Europy 9

1.2 Źródła informacji 11

1.3 Charakterystyka typów biogazowni 12

1.4 Rodzaje biomasy do stosowania w mikrobiogazowniach 22

1.5 Połączenie z budynkiem inwentarskim 23

1.6 Dostawcy mikrobiogazowni 24

1.7 Zużycie energii elektrycznej 25

1.8 Zużycie ciepła 26

1.9 Nakłady pracy 26

1.10 Dane ekonomiczne dla mikrobiogazowni 27

2. Przegląd dostępnych technologii do wykorzystania biogazu z małych biogazowni. 28

2.1 Możliwe sposoby wykorzystania gazu z małych biogazowni 28

2.2 Dostawcy urządzeń do wykorzystywania biogazu 31

2.3 Ekonomiczne aspekty technologii do wykorzystania biogazu 32

3. Przegląd rynku technologii przetwarzania pofermentu dla mikrobiogazowni w Europie 34

3.1 Podstawowa charakterystyka technologii fermentacji 34

3.2 Dostawcy technologii przetwarzania pofermentu 38

3.3 Koszty technologii przetwarzania pofermentu 39


| 5

4. Potencjał rynku mikrobiogazowni w Europie 40

4.1 Liczba gospodarstw, które ze względu na skalę produkcji mieściłyby się w definicji “mikrobiogazowni” w poszczególnych krajach (według formalnie obowiązujących definicji) 41

4.2 Gospodarstwa posiadające mikrobiogazownie rolnicze 44

4.3 Motywy skłaniające rolników do zainteresowania się mikrobiogazowniami 45

4.4 Ogólna ocean istniejących warunków 46

4.5 Identyfikacja barier 49

4.6 Potencjał rynku bez zmiany warunków 51

4.7 Potencjał rynku przy zmianie uwarunkowań 53

4.8 Zmiany rekomendowane przez ekspertów 55

Dyskusja i wnioski 57

Lista referencji 59 Annex 1.

Partnerzy projektu 60 Annex 2.

Manure,

6 |

Wprowadzenie Od drugiej wojny światowej w Europie podejmowane są działania na rzecz opracowania technologii wytwarzania biogazu. Podobnie jak w przypadku innych technologii produkcji energii ze źródeł odnawialnych, zainteresowanie biogazem wzrosło po kryzysie naftowym w latach 1970-tych. W rezultacie, dzięki zachętom w postaci subsydiów z różnych dostępnych programów w ciągu ostatnich 25 lat powstało wiele biogazowni w całej Europie. Najwięcej powstało w Niemczech, gdzie obecnie działa około 8000 sprawnych instalacji. W ciągu ostatniej dekady XX wieku rozwijano głównie koncepcję produkcji biogazu z gnojowicy z dodatkiem innych odpadów organicznych. W stosunkowo krótkim czasie w krajach takich jak Niemcy, Holandia i Dania wyczerpały się dostępne zasoby surowca. W Danii, w związku z tym, nowe biogazownie nie powstają. W Niemczech, po 2004 roku nastąpił boom w zakładaniu mikrobiogazowni ze względu na wzrost subwencji dla energii elektrycznej wytwarzanej z biogazu z roślin energetycznych. W różnych formach niemiecki model dotacji został skopiowany przez inne kraje europejskie, co przyspieszyło w tych krajach rozwój instalacji biogazowych. Biogazownie stały się dla rolników opłacalną możliwością dywersyfikacji działalności, z ewentualnym wykorzystaniem odłogowanych gruntów rolnych do uprawy roślin dla celów produkcji energii odnawialnej.

Dotychczasowe doświadczenia wskazują jednak na to, że strategia rozwoju biogazowni uzależnionych od odpadów organicznych lub upraw roślin energetycznych nie będzie skuteczna na dłuższą metę. Nie tylko strumienie odpadów i upraw energetycznych w wielu przypadkach osiągnęły poziom cen, które nie są przystępne dla biogazowni, ale konkurencja ze strony uprawy roślin energetycznych na gruntach ornych może mieć również niekorzystny wpływ na produkcję żywności. Istnieje więc zapotrzebowanie na koncepcję biogazowni, w których surowcem będą głównie produkty uboczne i odpady organiczne wyłącznie z gospodarstwa rolniczego.

BioEnergy Farm II project

W projekcie BioEnergy Farm II dokonano przeglądu rozwiązań stosowanych w kilku krajach UE do produkcji energii w mikrobiogazowniach, przy użyciu wyłącznie biomasy pochodzącej z gospodarstwa rolniczego. W ramach projektu opracowywane zostały narzędzia wspomagania decyzji: on-line i off-line. Będą one pomocne do oszacowania opłacalności produkcji biogazu oraz określenia korzyści dla środowiska, z uwzględnieniem redukcji emisji gazów cieplarnianych. Tym samym projekt BioEnergy Farm II może przyczynić się do rozwoju mikrobiogazowni rolniczych w całej Unii Europejskiej, transferu wiedzy i technologii między krajami członkowskimi UE oraz wzrostu świadomości decydentów politycznych na wszystkich poziomach co do potencjału mikrobiogazowni. Mamy nadzieję, że zachęci to środowisko polityczne do stworzenia wystarczających zachęt zapewniających zwiększenie skali produkcji biogazu w mikroskali. Projekt jest wspierany przez Komisję UE-przez program Inteligentna Energia dla Europy.

Niniejszy raport przedstawia przegląd rynku i potencjału rynkowego technologii dla mikrobiogazowni w 13 krajach europejskich.


| 7

O fermentacji beztlenowej Fermentacja jest procesem, w którym bakterie metanowe przekształcają substancję organiczną (głównie) w metan oraz dwutlenek węgla. Bakterie metanowe występują w przyrodzie w różnych kontekstach. Na przykład odgrywają kluczowa rolę w procesie trawienia przeżuwaczy. Znajdują się one więc w odchodach zwierzęcych w momencie ich dostarczania do biogazowni, a mając na uwadze dobre warunki do rozmnażania rozpoczynają produkcję biogazu.

W pewnych częściach świata fermentacja beztlenowa jest wykorzystywana od wieków. W naszej części, jest ona wykorzystywana także do oczyszczania ścieków. W Europie wzrost zainteresowania wykorzystaniem procesu fermentacji beztlenowej nastąpił głównie w ostatnich 25 latach, głównie za sprawą dużych biogazowni w których wykorzystywano względnie dużą ilość roślin energetycznych oraz odpadków organicznych.

W większości krajów europejskich biogazownie w mikro skali stanowią nowy kierunek rozwoju polegający na wzroście znaczenia małych jednostek energetycznych zasilanych głównie produktami ubocznymi z działalności rolniczej, pochodzącymi z pojedynczego gospodarstwa. Jedynie w południowych Niemczech, produkcja energii na własne potrzeby z odpadów rolniczych wytwarzanych w gospodarstwie, stanowiła dość popularny model funkcjonowania od lat 90-tych ubiegłego wieku.

Metodologia Wszystkie dane wykorzystane do prezentacji poniższego przegląd rynku i oceny jego potencjału zostały

zebrane przez wcześniej wymienionych partnerów projektu. Firma Agrotech A / S opracowała niezbędne

szablony do zbierania danych, które zostały przekazane partnerom projektu, którzy następnie udostępnili je

ekspertom z poszczególnych krajów, w celu zebrania informacji funkcjonujących koncepcji biogazowych,

technologii wykorzystania i przetwarzania biogazu, technologii procesów fermentacji możliwych do

stosowani w mikrobiogazowniach.

Wytypowani eksperci zostali także poproszeni o oszacowanie potencjału rynkowego dla mikrobiogazowni

w każdym z krajów, bazując na podstawie liczby gospodarstw rolnych o skali działalności odpowiadającej

obowiązującym w poszczególnych krajach definicji mikrobiogazowni.

Z powodu braku dostępu do informacji objętych ochroną danych osobowych część zamieszczonych w

opracowaniu ocen ma charakter szacunkowy lub jakościowy.

Manure,

8 |

Skróty

CSTR Reaktor Hybrydowy z Pełnym Wymieszaniem (Continous Stirred-Tank Reactor)

CHP Instalacja kogeneracyjna (jednoczesne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej -Combined Heat and Power)

VPSA Gazowa Adsorpcja Zmiennociśnieniowa (Vapour Pressure Swing Adsorption)

LU Sztuka duża (livestock units) (zwierze o wadze 500 kg)

DM Sucha masa (dry matter)

RESA Ustawa o odnawialnych żródłach energii (Renewable Energy Source Act)

(The German EEG –ErneuerbareEnergienGesetzt)

AAMF Stowarzyszenie rolników Méthaniseurs (Association of the Farmers Méthaniseurs)

ATEE Technical Energy Environment Association

ICPE Rozporządzenie w sprawie klasyfikacji instalacji dla ochrony środowiska (Regulation for Installation Classified for the Environmental Protection)

MSD Mikrobiogazownia (Micro Scale Digester)

DIY Zrób to sam (Do it yourself)


| 9

1. Przegląd rynku biogazowni w Europie Ze względu na różnice w systemach dotacji w ostatnich 10-15 lat między krajami europejskimi można obserwować znaczące różnice w rozwoju biogazowni. W krajach, w których stworzono korzystne warunki rozwoju biogazowni przez dłuższy okres czasu, pojawiło się wiele inicjatyw, które doprowadziły do opracowania koncepcji i powstania biogazowni rolniczych. Szczególnie intensywny rozwój rynku biogazowni nastąpił w Niemczech. W innych krajach gdzie nie wdrożono systemów wsparcia (lub wdrożono w niewystarczającej mierze) powstało dotychczas bardzo niewiele (jeśli w ogóle) biogazowni rolniczych.

W rezultacie wkład różnych krajów w opracowanie przeglądu sytuacji rynkowej jest dość zróżnicowany, jak też różna jest liczba działających biogazowni i firm budowlanych zajmujących się budową tego typu obiektów. Siłą rzeczy wkład krajów o niewielkim stopniu rozwoju rynku biogazowego jest silnie ograniczony. W konsekwencji zaangażowani eksperci musieli zmierzyć się z problemem braku danych dotyczących koncepcji biogazowni, stosowanych technologii wykorzystania i wytwarzania biogazu.

Zdecydowana większość informacji zamieszczonych w tym opracowaniu odnosi się do niewielkiej liczby krajów, w których możliwe było zebranie satysfakcjonującej liczby danych. Z powodu wskazanych różnic w przedstawionym przeglądzie rynku można obserwować pewną dysproporcję w ilości zamieszczonych informacji w odniesieniu do poszczególnych krajów. Niemniej, w odniesieniu do kilku z nich można znaleźć dużo interesujących koncepcji, które zostały zamieszczone w charakterystyce biogazowni przygotowanej w ramach tego raportu.

W konsekwencji projekt BioEnergy Farm 2 może znacząco przyczynić się do transferu wiedzy i technologii między krajami, co jest istotne w kontekście zidentyfikowanego potencjału rozwojowego wskazywanego przez uczestniczących w badaniu ekspertów (nawet w tych krajach, gdzie dotychczasowy rozwój rynku biogazowego był bardzo powolny).

1.1 Definicje mikrobiogazowni obowiązujące w poszczególnych krajach Europy

Z powodu występowania znacznych różnic, zarówno w polityce energetycznej jak i sektorze rolnym między poszczególnymi krajami UE, wyznaczenie jednolitej definicji mikrobiogazowni jest niemożliwe.

Niektóre kraje posiadają wypracowane, specjalne systemy wsparcia dla małych i średnich biogazowni definiowanych przez górne granice mocy produkcyjnych, podczas gdy inne określają pojęcie biogazowni poprzez odniesienie się do górnej granicy wielkości stada dostarczającego substratu, a jeszcze inne nie posiadają ani specjalnych definicji, ani specjalnego systemu wsparcia dla biogazowni działających w mikro skali.

Gospodarstwo, które może wydawać się niewielkim w Danii, może być postrzegane jako bardzo duże w Polsce. W związku z tym wykonawcy z krajów-uczestników projektu oraz 6 innych krajów biorących udział w przeglądzie rynku bazowali w swoich analizach na definicjach „mikrobiogazowi” właściwych tym krajom. Definicje te wyznaczają tło dla oceny i określenia potencjału rynku w poszczególnych krajach. Wyjaśnienie rozumienia pojęcia „mikrobiogazowni” w poszczególnych krajach zamieszczone zostało w tabeli 1.

Manure,

10 |

Tabela 1. Definicje mikrobiogazowni obowiązujące w poszczególnych krajach.

Kraj Źródła informacji Definicje bazujące na kryterium zainstalowanej mocy elektrycznej

Definicje bazujące na innych kryteriach

Holandia Auke-Jan Veenstra, LTO Noord [email protected]

80-250 krów, 250-1000 macior, 50-50000 tuczników, 5000-75000 kur, 25000-150000 broilerów

Wielka Brytania David Turley, NNFCC [email protected]


| 11

1.2 Źródła informacji

Jak wskazywano wcześniej, główne źródło informacji stanowili eksperci z poszczególnych krajów, którzy odesłali wypełnione niezbędnymi danymi formularze oceny sytuacji rynkowej. Listę ekspertów zamieszczono w tabeli 2.

Tabela 2. Lista ekspertów z poszczególnych krajów, którzy dostarczyli informacji w ramach przeglądu rynku.

Kraj Eksperci - kontakt

NL Dennis Kroes, CCS [email protected];

Auke-Jan Veenstra, LTO Noord [email protected]

UK Ollile More, ADBA, [email protected],

David Turley, NNFCC, [email protected]

D Dr. Walter Stinner, Germany BiomassResearchCentre [email protected],

Achim Kaiser, International Biogas and Bioenergy Center of Competence [email protected],

Dr. WaldemarGruber, Chamber of Agriculture North [email protected]

AUT Dr. Bernhard Stürmer, Alexander Luidolt, Arge Kompost & Biogas [email protected], [email protected]

Armin Schöllauf, Agrinz Technologies GmbH, [email protected]

Frank Schweitzer / Herr Führer, Hörmann Install GmbH, [email protected]

Stephan Hinterberger, Müller Abfallprojekte GmbH, [email protected]

Hermann Wenger-Oehn, Industrieconsult Wenger-Oehn OEG [email protected]

Franz Bernecker, Landwirt, [email protected]

F Several members of AAMF (Association of the Farmers Méthaniseurs of France) : [email protected]

ATEE Biogaz Club,

Severalsuppliers : o TRON Jean Sébastien, HOST France,[email protected] o DAMOISEAU Louis, REBAUD Olivier, BIO4GAZ, [email protected];

[email protected] o Xavier Gavreau, VALOGREEN, [email protected] o Pierre LABEYRIE, ARIA, [email protected] o M. PIERRE, ERIGENE, [email protected] o ROBIN Isabelle, EVALOR, [email protected] o Emmanuel de BOUTRAY, S2Watt, [email protected] o Rémy Engel et JeoffreyMoncorger, Nénufar (www.nenufar-biogaz.fr), [email protected]

H DrKornel L. KOVACS, University of Szeged – Institute of Biophysics- Biological Research Center, [email protected]

PL Adam Pietrzak, Biopolinex, [email protected]; Rafal Odrobinsky, [email protected]

SK Jan Gadus, Slovak University of Agriculture ina Nitra, [email protected]

B Veerle Konings, Hooibeekhoeve, [email protected];

Guy Vandepoel, Boerenbond, [email protected]

CZ 1. Jan Matejka, Czech Biogas Association [email protected]

I 2. Azienda Agricola Ramero Valerio, Azienda Agricola Martini Fratelli

ESP 3. BegoñaRuiz, Departamento de Medio Ambiente, Bioenergia e Higiene Industrial [email protected]

DK 4. Kasper Stefanek, [email protected], Michael Tersbøl, Økologisk Landsforening, [email protected]

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.nenufar-biogaz.fr/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]

Manure,

12 |

1.3 Charakterystyka typów biogazowni

W tym raporcie opisane zostały możliwe koncepcje działania biogazowni. Zamieszczone opisy są szczegółowe na tyle, na ile pozwoliły informacje przekazane przez ekspertów z poszczególnych krajów.

W prezentowanym opracowaniu, rolnik i potencjalny inwestor może znaleźć pełny i dokładny opis koncepcji instalacji, która najbardziej odpowiada uwarunkowaniom jego gospodarstwa. Oznacza to również, że część opisów może być powtórzona niemal tymi samymi słowami dla dwóch lub więcej koncepcji. W niektórych przypadkach informacje przekazane z poszczególnych krajów, dotyczące pewnych kwestii, mogły być niepełne lub nieistotne i wówczas zostały wyłączone z opisu.

Zebrane informacje wskazują na dużą różnorodność koncepcji w zakresie funkcjonowania mikrobiogazowni. Jest to zjawisko pozytywne, gdyż dzięki realizacji projektu BioEnergy Farm 2 rolnicy będą mogli znaleźć rozwiązanie możliwie najlepiej dopasowane do ich potrzeb i preferencji. W tabeli 3 zamieszczono podstawową charakterystykę rozwiązań technologicznych zidentyfikowanych w objętych badaniem 13 krajach UE.

Tabela 3. Główne cechy technologii stosowanych w poszczególnych krajach

Kraj Liczba rozwiązań

Główne cechy technologii Liczba funkcjonujących instalacji

NL 2 Spakowany ładunek obornika ładowany do reaktora (plastikowego, betonowego, lub stalowego), mieszanie wewnątrz

1. Biogazownia z komorą wieżową

Około. 5 5

UK Reaktor z wymieszaniem

23

D 1. Typ 1: Reaktor hybrydowy z pełnym wymieszaniem (CSTR), różne projekty, często okrągłe fermentatory betonowe

2. Type 2: Biogazownie kompaktowe, często poziome betonowe komory fermentacyjne

3. Type 3: Komory wieżowe 4. Type 4:Fermentacja substratów stałych

Około. 660

AUT CSTR, uproszczone wersja konwencjonalnych rozwiązań 60-70

F 3 1. Fermentator na substrat stały ( fermentacja mezofilna) 2. Hybrydowy reaktor z pełnym wymieszaniem CSTR (dwie komory

fermentacyjne w jednej kompaktowej lub komora ze stali ocynkowanej lub komora wieżowa) na substrat płynny (fermentacja mezofilna)

3. Fermentacja bezpośrednia w zbiorniku na gnojowicę (fermentacja psychrofilna)

Około. 9 Około; 16 Około; 2

H Brak działających mikroboiogazowni

PL 1 CSTR, okrągły, dwustopniowy reaktor ze stali lub PVC 1

SK 1 Jednostopniowy, poziomy reaktor metalowy (100 m3), ciągłe uzupełnianie wsadu

1

B 1 Nylonowe worki z obornikiem, plastikowy reactor, mieszanie wewnętrzne

71

CZ Brak Brak działających mikroboiogazowni

I 2 1. Wszystko w jednym, jednokomorowy reaktor betonowy 2. Dwukomorowy reaktor, pierwszy z przepływem, drugi CSTR

69 razem

ESP Różne typy 6

DK 2 Tradycyjny CSTR, betonowy lub stalowy Około. 10


| 13

1.3.1 Dodatkowe uwagi do opisu biogazowni i doświadczenia

1.3.1.1 HOLANDIA

W Holandii, jako kraju sąsiadującym z Niemicami i Belgią, można spotkać rozwiązania technologiczne znane z obydwu tych lokalizacji. Niemieckie fermentatory używane współcześnie są dość duże i mają charakter produkcji przemysłowej. Dla produkcji w skali mikro rozwiązania belgijskie są bardziej opłacalne. W Holandii często wykorzystywane są reaktory wieżowe – można je spotkać także w Niemczech. Reaktory wieżowe są produkowane jako prefabrykaty specjalnie przygotowane dla gospodarstw rolnych. Minimalna ilość obornika niezbędna do funkcjonowania takiej biogazowni wynosi około 5000 ton na rok. Zbiornik gazu jest zlokalizowany ponad komorą.

Stosowane w Belgii rozwiązania w zakresie załadunku bazują na okrągłej ramie z osadzonym na niej zbiornikiem obornika. Gnojowica pompowana do fermentatora jest tak świeża, na ile to tylko możliwe. Komora fermentacyjna wyposażona jest w urządzenie do mieszania oraz przykryta podwójną membraną tworzącą jednocześnie zbiornik gazu. Po okresie 25-35 dni przebywania w komorze powstające resztki pofermentacyjne są pompowane do zwykłego zbiornika na gnojowicę. W normalnych warunkach żadne dodatkowe urządzenia odbiorcze, czy też wstępna obróbka nie są potrzebne. Rury grzewcze ułożone są w ścianach komory fermentacyjnej, a urządzenia odkażające odpowiednio zainstalowane. Komora ma kształt okrągły i jest wykonana z plastiku, betonu lub stali. Wytwarzany biogaz jest przetwarzany w instalacji CHP, uzdatniany do standardów biometanu lub bezpośrednio wykorzystywany do ogrzewania poprzez spalenie w kotłach gazowych. Istnieją też inicjatywy zachęcające do używania biometanu jako paliwa transportowego.

1.3.1.2 NIEMCY

Niemiecki rynek charakteryzuje się znaczną ilością rozwiązań technicznych, szczególnie od 2012 roku, kiedy wprowadzono nową ustawę o odnawialnych źródłach energii (RESA). Ustawa to stworzyła szczególne udogodnienia dla mikrobiogazowni rolniczych o zainstalowanej mocy elektrycznej do 75 kW. Istniejące koncepcje obejmują zarówno rozwiązania dopasowujące projekt biogazowni do uwarunkowań gospodarstwa, włączając w to tak dużo istniejących urządzeń i wyposarzenia jak to tylko możliwe (np. zbiorniki na obornik, budynki do instalacji CHP, czy też montaż biogazowni w dostępnych budynkach) jak też rozwiązania polegające na implementacji specjalistycznych koncepcji łącznie z rozwiązaniami modułowymi bazującymi na elementach prefabrykowanych. Do pewnego stopnia istniejące koncepcje mikrobiogazowni stanowią przeprojektowane rozwiązania z dużych biogazowni, uwzględniające optymalizację mikrobiogazowni z perspektywy kosztów.

Analizując ceny fermentatorów, jak też jakiegokolwiek innego elementu wyposarzenia należy sprawdzić, czy dana oferta pasuje do gospodarstwa z technicznego punktu widzenia. Zaleca się aby zebrane oferty od dostawców wyposarzenia skonsultować z niezależnym doradcą (np. z Izby Rolniczej), mając na uwadze zarówno koszty, jak też obsługę serwisową i gwarancję. Jeśli to tylko możliwe warto odwiedzić działającą biozgazownię danego typu (którego instalacja jest rozważana w gospodarstwie). Podczas oceny różnych ofert należy uwzględnić takie kwestie techniczne jak czas przebywania substratu w reaktorze (okres retencji), udział substancji organicznej we wsadzie czy elastyczność substratu. Warto zwrócić uwagę, by możliwy udział gnojowicy we wsadzie wynosił co najmniej 80%, gdyż większość dużych gospodarstw rolnych prowadzi produkcję w bezściółkowym systemie utrzymania, co prowadzi do wytwarzania głównie frakcji płynnej. Rozwiązanie takie jest bardzo korzystne, szczególnie w przypadku dodawania substratów z dużym udziałem słomy czy kiszonki [4].

Manure,

14 |

Typ1. Reaktor hybrydowy z pełnym wymieszaniem (CSTR) ma często konstrukcję betonową , okrągły kształt oraz przykrycie z membrany. Biogazownie z mieszadłem (stirred vessel) mieszczą się w klasie do 75 kW, która jest szczególnie popularna. Projekty takie oferowane są przez wielu wytwórców i stanowią najbardziej uproszczoną wersję standardowych rozwiązań. Jeśli tylko możliwe w budowie wykorzystuje się istniejące elementy infrastruktury gospodarstwa.

Komory fermentacyjne z mieszadłem (Stirred vessel) stanowią zazwyczaj betonowy okrągły zbiornik z zainstalowanym na stałe mieszadłem, które pracuje w trybie ciągłym. Dostępne są różne warianty reaktora, np.takie jak „Ring in Ring System” –„System Pierścień w Pierścieniu” (typ komory składającej się z dwóch betonowych pierścieni, w przypadku których reaktor jest ulokowany w wewnętrznym pierścieniu, natomiast pierścień zewnętrzny stanowi zbiornik na resztki pofermentacyjne) lub system podwójnej komory. W przypadku biogazowni bazującej na koncepcji Sauter , zawartość fermrntatora jest nawadniana zamiast tradycyjnego mieszania. Jest to szczególnie przydatne w przypadku dużego udziału substratów stałych, takich jak obornik o wysokiej zawartości słomy.

Wszystkie rozwiązania obejmują takie elementy jak: jednostka doprowadzania substratu, fermentator (reaktor), przeważnie z zewnętrznym zbiornikiem gazu (z wyjątkiem standardowych reaktorów z pełnym wymieszaniem, gdzie gaz gromadzony jest pod membraną stanowiącą dach komory fermentacyjnej), pompa, wyposarzenie kontrolne i automatyka sterująca, instalacja CHP (zazwyczaj stanowiąca rozwiązanie kontenerowe) i zbiornik resztek pofermantacyjnych.

Temperatura procesu jest dobrana tak, by miał on charakter mezofilny, z czasem hydraulicznej retencji około 35-40 dni, w zależności od składu mieszaniny substratów. Pojemność fermentatora mieści się w przedziale 600-1100 m³.

Jeśli w biogazowni nie jest stosowany wyłącznie obornik, to ustawa o odnawialnych źródłach energii zaleca czas hydraulicznej retencji na poziomie 150 dni w systemie gazoszczelnym. Poferment powinien być natomiast przechowywany w odpowiednim zbiorniku co najmniej przez 9 miesięcy.

Biogazownie rolnicze są zazwyczaj oddzielone od budynków inwentarskich. Gnojowica jest pompowana lub spływa samoistnie (przy odpowiednim nachyleniu terenu) do zbiornika odbiorczego. Obornik przechowywany jest na płytach obornikowych.

Gnojowica jest pompowana ze zbiornika odbiorczego do reaktora. Obornik (frakcja stała) jest ładowany do zbiornika odbiorczego (powstaje płynna mieszanina) lub bezpośrednio do reaktora.

W stałej części substratu nie powinny znajdować się zbyt długie części roślin, kamienie czy drobne ziarna piasku. Jeśli zachodzi taka potrzeba, to powinno zastosować się odpowiednie techniki rozdzielania/rozdrabniania (np. w przypadku stosowania substratów o dużym udziale słomy)..

Podgrzewanie masy fermentacyjnej odbywa się zazwyczaj za pomocą rur ułożonych w ścianach i podłodze fermentatora, lub też stosuje się też inne systemy ogrzewania, np. zewnętrzne wymienniki ciepła lub specjalne grzałki. Zazwyczaj pasteryzacja nie jest wymagana.

Odsiarczanie biogazu jest odbywa się w wyniku wewnętrznych procesów biologicznych (wprowadzania tlenu do reaktora) oraz z zastosowaniem filtra z aktywnym węglem. Jeśli substrat zawiera więcej niż 80% obornika/gnojowicy i przeprowadzane jest odsiarczanie wewnętrzne, potrzebne może okazać się dodanie środka wytrącającego np. chlorku żelaza. Osuszanie gazu przed jego wykorzystaniem odbywa się na zasadzie kondensacji w systemie rur ułożonych w ziemi [4,5, 2014]

Typ 2. Biogazownie kompaktowe. Biogazownie kompaktowe lub biogazownie poziome lub z poziomym mieszadłem łopatkowym oferowane są jako wolnostojące reaktory stalowe, często usytuowane w


| 15

niewielkich kontenerach. Często reaktory połączone są z okrągłym, betonowym fermentatorem wtórnym z zainstalowanymi na stałe mieszadłami. Częściowo w kontenerach umieszczone są kompletne elementy, odpowiednio mniejsze komory fermentacyjne, dodatkowe reaktory hydrolityczne i jednostki CHP. Gaz gromadzony jest pod gazoszczelną pokrywą komory fermentacyjnej lub w zewnętrznych zbiornikach gazu.

Komora fermentacyjna wykonana jest zazwyczaj ze stali nierdzewnej w formie cylindrycznego reaktora przepływowego lub w systemie dwukomorowym. Każde z rozwiązań obejmuje jednostkę załadunku substratu, reaktor, zazwyczaj zbiornik gazu, automatykę kontrolną, jednostkę CHP (zazwyczaj jako rozwiązanie kontenerowe) i zbiornik pofermentu.

Temperatura pracy powinna zapewnić przebieg procesów o charakterze termo i mezofilnym z okresem hydraulicznej retencji wynoszącym w zależności od stosowanego substratu 15-30 dni. Pojemność reaktora wynosi zazwyczaj między 100–200 m³.

Jeśli w biogazowni nie jest stosowany wyłącznie obornik, to ustawa o odnawialnych źródłach energii zaleca czas hydraulicznej retencji na poziomie 150 dni w systemie gazoszczelnym. Poferment powinien być natomiast przechowywany w odpowiednim zbiorniku co najmniej przez 9 miesięcy.

Biogazownie rolnicze są zazwyczaj oddzielone od budynków inwentarskich. Gnojowica jest pompowana lub spływa samoistnie (przy odpowiednim nachyleniu terenu) do zbiornika odbiorczego. Obornik przechowywany jest na płytach obornikowych.

Rozwiązania technologiczne w tym systemie są zaprojektowane głównie z przeznaczeniem dla gnojowicy i substratów o niskim udziale roślin energetycznych. Niektóre typy rozwiązań są odpowiednie dla biomasy w formie stałej.

Gnojowica jest pompowana ze zbiornika odbiorczego do reaktora. Obornik (frakcja stała) jest ładowany do zbiornika odbiorczego (powstaje płynna mieszanina) lub bezpośrednio do reaktora. Wstępna obróbka ma charakter opcjonalny.

Rury lub elementy grzewcze zlokalizowane są we fermentatorze. Podgrzewanie substratu może się także odbywać poprzez wymiennik ciepła.

Wyposarzenie odkażające stosowane jest tylko wtedy, gdy jest to niezbędne

Odsiarczanie biogazu odbywa się w wyniku wewnętrznych procesów biologicznych (wprowadzanie tlenu do reaktora) oraz z zastosowaniem filtra z aktywnym węglem. Jeśli substrat zawiera więcej niż 80% obornika/gnojowicy i przeprowadzane jest wewnętrzne odsiarczanie, potrzebne może być dodanie środka wytrącającego np. chlorku żelaza. Osuszanie gazu przed jego wykorzystaniem odbywa się na zasadzie kondensacji w systemie rur ułożonych w ziemi [4,5, 2014].

Typ 3. Fermentator wysoki lub system wieżowy.

W dostępnych ofertach można znaleźć klika rozwiązań bazujących na systemie, którego głównym elementem jest reaktor wieżowy (rozbudowywany modułowo) połączony z fermentatorem wtórnym i zbiornikiem na poferment. Systemy te przeznaczone są głównie do fermentacji substratów stałych (z przepływem góra – dół lub przepływem krzyżowym), lub w technologiach dwustopniowych (z dodatkową hydrolizą).

Wszystkie dostępne warianty oferowane są w technologii dolnego załadunku. Mieszanie substratu następuje hydraulicznie w trakcie procesu pompowania. Elementy procesu takie jak hydroliza, zwiększanie powierzchni, selektywny czas retencji, recyrkulacja biomasy powinny zapewnić ich wysoką sprawność energetyczną. W zależności od substratu, który jest stosowany (np. resztki paszy, traw itd.) i uwarunkowań gospodarstwa należy dokonać dokładnej oceny przydatności rozwiązań bazujących na tym systemie.

Manure,

16 |

Wszystkie rozwiązania obejmują takie elementy jak: jednostka doprowadzania substratu, fermrntator (reaktor), dodatkowy zewnętrzny zbiornik gazu, pompa, wyposarzenie kontrolne i automatyka sterująca, instalacja CHP (zazwyczaj stanowiącą rozwiązanie kontenerowe) i zbiornik resztek pofermantacyjnych.

Temperatura pracy powinna zapewnić przebieg procesów o charakterze termofilnym, z okresem hydraulicznej retencji wynoszącym w zależności od stosowanego substratu 8-20 dni. Pojemności reaktora zaczynają się od 100 m³. Obowiązkowy jest odpowiedni zbiornik na poferment, aby zapewnić wymagany czas na rozkład biomasy..

Jeśli w biogazowni nie jest stosowany wyłącznie obornik/gnojowica, to ustawa o odnawialnych źródłach energii zaleca czas hydraulicznej retencji na poziomie 150 dni w systemie gazoszczelnym. Poferment powinien być natomiast przechowywany w odpowiednim zbiorniku co najmniej przez 9 miesięcy.

Biogazownie rolnicze są zazwyczaj oddzielone od budynków inwentarskich. Gnojowica jest pompowana lub spływa samoistnie (przy odpowiednim nachyleniu terenu) do zbiornika odbiorczego. Obornik przechowywany jest na płytach obornikowych. Gnojowica jest pompowana ze zbiornika odbiorczego do reaktora. Obornik (frakcja stała) jest ładowany do zbiornika odbiorczego (powstaje płynna mieszanina).

Zazwyczaj obróbka wstępna nie jest stosowana, jednak mogą być stosowane technologie rozkładu jeśli jest to niezbędne (np. przy dużym udziale słomy w substracie).

Rury lub elementy grzewcze zlokalizowane są we fermentatorze. Podgrzewanie substratu może się odbywać poprzez wymiennik ciepła. Pasteryzacja zazwyczaj nie jest wymagana.

Fermentatory są zazwyczaj wykonane ze specjalnej stali powlekanej lub stali nierdzewnej i pokryte membraną przykrywającą betonowy zbiornik jak też fermentator wtórny i zbiornik pofermentu. Spotkać można również rozwiązania z plastikowymi rurami zlokalizowanymi w reaktorze.

Odsiarczanie biogazu odbywa się w wyniku wewnętrznych procesów biologicznych (wprowadzanie tlenu do reaktora) oraz z zastosowaniem filtra z aktywnym węglem. Jeśli substrat zawiera więcej niż 80% obornika/gnojowicy i przeprowadzane jest wewnętrzne odsiarczanie, to potrzebne może być dodanie środka wytrącającego np. chlorku żelaza. Osuszanie gazu poprzez jego wykorzystaniem odbywa się na zasadzie kondensacji w systemie rur ułożonych w ziemi [4,5, 2014].

Typ 4. Fermentator na substraty stałe. Tego typu rozwiązania są przeznaczone są głównie do substratów składowanych w formie stałej (sterta/stos) i umożliwiają dobrą kontrolę procesu przy dużej proporcji części stałej w mieszaninie substratów.

Fermentatory w tym rozwiązaniu mają zazwyczaj charakter garażu (kontenera) funkcjonującego w trybie załadowczym, często w połączeniu ze zbiornikiem na odsączane płyny.

Płyny te są pompowane z dołu fermentatora i wykorzystywane do nawadniania biomasy stałej. Fermentator garażowy nie ma zainstalowanego mieszadła i jest szczelnie zamknięty aż do zakończenia procesu rozkładu biomasy. Rozwiązanie to daje możliwość modułowej rozbudowy. Do załadunku i oczyszczenia garażu niezbędny jest traktor z ładowaczem czołowym.

Wszystkie rozwiązania w tym typie obejmują takie elementy jak fermentator, zewnętrzny zbiornik gazu (z wyjątkiem rozwiązań, w których gaz gromadzony jest pod membranowym sufitem), pompy, wyposarzenie kontrolne i automatyka sterująca oraz instalacja CHP (zazwyczaj stanowiąca rozwiązanie kontenerowe). Zbiornik na odciekające płyny stanowi element opcjonalny, ale zazwyczaj jest w jakiejś formie instalowany.

Temperatura pracy powinna zapewnić przebieg procesów o charakterze mezofilnym z okresem hydraulicznej retencji powyżej 30 dni (w zależności od stosowanego substratu). Pojemność reaktora wynosi około 80 m³.


| 17

Niektóre biogazownie funkcjonujące w tej technologii stosują proces wtórnego kompostowania resztek pofermentacyjnych w celu stabilizacji ich właściwości po opuszczeniu reaktora.

Biogazownie są zazwyczaj zlokalizowane w pewnej odległości od budynków inwentarskich. Obornik przed załadowaniem do komory reaktora jest gromadzony na płytach obornikowych.

Główny substrat stanowi obornik i biomasa o zawartości suchej masy powyżej 30%. Istotne jest to, że wsad pozostaje w formie względnie stałej przez cały profes fermentacji. Obornik lub biomasa (np. rośliny energetyczne) są umieszczane w komorze z wykorzystaniem ładowacza czołowego. Świerzy substrat musi zostać zmieszany ze starszym materiałem (szczepienie bakteriami) lub musi być dodany materiał o odpowiedniej strukturze w celu poprawy przesiąkania. Rury ogrzewające fermentator są ułożone w ścianach i/lub podłodze reaktora, i/lub w zbiorniku na przesiąkające płyny. Wyposarzenie odkażające montowane jest tylko wtedy, gdy jest niezbędne.

Zazwyczaj stosowane są reaktory stalowe lub betonowe, które są od góry całkowicie izolowane stałym dachem lub membraną wykonaną z wysokiej jakości materiałów kompozytowych.

Przetwarzanie gazu wymaga często jego odsiarczenia poprzez proces zewnętrzny i zastosowane filtra z aktywnym węglem. Często stosowane jest też osuszanie gazu przed jego użyciem, poprzez zjawisko kondensacji z wykorzystaniem systemu rur ułożonych w ziemi [4,5: 2014].

Manure,

18 |

1.3.1.3 AUSTRIA

Austria, w przeciwieństwie do Niemiec, nie posiada specjalnej definicji małej biogazowi, która odnosiła by się do fermentacji obornika lub gnojowicy. Pomimo to taryfy gwarantowane różnicują wielkość biogazowni np. do 100 kW mocy elektrycznej układu CHP obowiązują te same taryfy. Z powodu rozdrobnionej struktury rolnictwa typowa biogazownia rolnicza mieści się raczej w przedziale 10 – 30 kW mocy elektrycznej. Większość gospodarstw bazuje na oborniku i gnojowicy, które są przetwarzane w systemie fermentacji mokrej z częściowym wymieszaniem. Mikrobiogazaownie projektowane są najczęściej jako inicjatywy indywidualne bazujące na dostępnych substratach oraz istniejącym popycie na energię elektryczną i cieplną. Preferowane są technologie w dużym stopniu uproszczone. W 2009 roku funkcjonowało w Austrii 341 biogazowni, z czego 150 charakteryzowało się mocą elektryczna do 100 kW. Około 60-70 obiektów z tej liczby mogłoby być zaliczone do mikrobiogazowni o mocy elektrycznej do 30 kW. Biogazownie zazwyczaj wykonane są w formie okrągłych, betonowych zbiorników z zainstalowanymi na stałe mieszadłami.

Gnojowica jest zazwyczaj pompowana bezpośrednio do fermantatora; jeśli część wsadu stanowi obornik, to

mieszany jest on z gnojowicą w zbiorniku odbiorczym lub bezpośrednio ładowany do fermentatora. Reszta

wyposarzenia biogazowni obejmuje reaktor, zazwyczaj zewnętrzny zbiornik gazu (z wyjątkiem

fermentatorów o ciągłem mieszaniu z dachem membranowym), pompy, automatykę kontrolną, instalację

CHP oraz zbiornik pofermentu.

Temperatura pracy powinna zapewnić przebieg procesów o charakterze mezofilnym z okresem

hydraulicznej retencji powyżej 35 -45 dni (w zależności od stosowanego substratu).

Zalecany okres przechowywania pofermentu wynosi 180 dni, w których musi zawierać się także okres od

połowy listopada do polowy lutego.

Biogazownie są zazwyczaj zlokalizowane w pewnej odległości od budynków inwentarskich. Gnojowica jest

dostarczana za pomocą pomp (lub grawitacyjnie) do zbiornika odbiorczego. Obornik przed załadowaniem

do komory reaktora jest gromadzony na płytach obornikowych

Substrat obejmuje gnojowicę, obornik iw częściowo inną biomasę (np. rośliny energetyczne). Maksymalny

udział suchej masy w fermentatorze to 10-20% (większy uniemożliwiałby mieszanie i pompowanie).

Zazwyczaj nie stosuje się wstępnej obróbki substratu, poza jego wymieszaniem. Trawa lub rośliny

energetyczne muszą być pocięte na kawałki o długości nie większej niż 5 cm.

Rury ogrzewające fermentator ułożone są w jego ścianach lub podłodze, wymienniki ciepła lub inne systemy

stosowane są raczej rzadko . Odsiarczanie biogazu zachodzi wewnętrznie w wyniku procesów biologicznych

(wprowadzenia tlenu z powietrza do reaktora) lub z zastosowaniem filtra z aktywnego węgla. Osuszanie

biogazu zachodzi na drodze kondensacji w systemie rur ułożonych w ziemi.


| 19

FRANCJA

W Francji stopień rozwoju małych biogazowni znajduje się raczej na wczesnym etapie. Istnieją instalacje prototypowe, ale niewiele jest mikrobiogazowni działających w pełnej skali.

Biorąc pod uwagę małe doświadczenie, trudno jest o wskazanie dominujących koncepcji technicznych i ekonomicznych.

Francuska Agencja Zarządzania Energią (ADAME) uruchomiła w 2012 roku interregionalne projekty mające na celu ocenę uwarunkowań dla tego typu innowacyjnych rozwiązań. Analizom poddano siedem przypadków biogazowni działających według różnych technologii. Wnioski z tych analiz pozwolą na określenie technicznej przydatności różnych rozwiązań, jak też na charakterystykę paramentów środowiskowych, energetycznych i ekonomicznych.

Typ 1 : Reaktory na substraty stałe (fermentacaja mezofilna)

Dwóch lub trzech producentów zainstalowało reaktory działające w tej technologii.

Często wykorzystywane są przy zastosowaniu tej technologii istniejące w gospodarstwie możliwości magazynowe. Dno fermentatora w jest ogrzewane. Nie jest wymagane wyposarzenie odkażające. Odsiarczanie biogazu zachodzi wewnętrznie w wyniku wprowadzenia tlenu z powietrza do reaktora. Osuszanie biogazu zachodzi na drodze kondensacji w systemie rur ułożonych w ziemi.

Można wskazać, że pojawiają się pewne typy reaktorów, podobne do opisanych w rozwiązaniach niemieckich (punkt 4).

Typ 2. Reaktor hybrydowy z pełnym wymieszaniem (CSTR) (dwie komory reaktora w jednej kompaktowej jednostce) bazujący na wykorzystaniu gnojowicy (fermentacja mezofilna) (rozwiązanie podobne do rozwiązań niemieckich opisanych w pkt .3)

Typ 3. Bezpośrednie wytwarzanie biogazu w zbiorniku z gnojowicą, (fermantacja psychrofilna)

W jednym przypadku (Nenufar) rozwinięto technologię, w której biogazownia zainstalowana jest bezpośrednio na elementach infrastruktury gospodarstwa. Rozwiązanie to polega na wytwarzaniu biogazu bezpośrednio w zbiorniku z gnojowicą. Biogaz jest wykorzystywany do zasilania kotłów i na potrzeby procesu fermentacji. Biogaz wytwarzany jest w specyficznym procesie fermentacji psychrolilnej. Instalacja biogazowni (połączenie z infrastrukturą gospodarstwa) jest w tym przypadku dość łatwa. Zbędne są dodatkowe zbiorniki czy zmiany w budynkach inwentarskich. Głównym substratem jest gnojowica.

Niezbędna ilość gnojowicy w tym rozwiązaniu to minimum około 500 m3/rok przy zawartości suchej masy na poziomie 4-10%.

Rozwiązanie to nie wymaga infrastruktury odbiorczej, przegotowania substratu, systemu grzewczego czy wyposarzenia odkażającego. W zbiorniku wstępnym może jedynie zachodzić niewielka hydroliza. H2S jest usuwany poprzez wpuszczenie O2 i wykorzystanie węgla aktywnego.

Manure,

20 |

1.3.1.4 WĘGRY

Rozwój biogazowni na Węgrzech został zatrzymany, ponieważ 4 lata temu nowy rządz zawiesił system wsparcia. Na Węgrzech funkcjonuje około 40 zakładów o mocach elektrycznych w przedziale od 500 kWe and 4 MWe. Średnia wartość to 1 MW (w 2011 łączna moc elektrowni zasilanych biogazem wynosiła 36,95 MW). Istniejące biogazownie mają zazwyczaj charakter rolniczy (35 z nich pracuje wg technologia niemieckich).

1.3.1.5 POLSKA

Biogazownie najczęściej bazują na okrągłych zbiornikach wykonanych z betonu. Wewnątrz zbiornika obornik/gnojowica są mieszane z innymi źródłami biomasy, a następnie pompowane do poprzecznej komory fermentacyjnej, która jest wykonana ze stali lub PCV. Biogaz gromadzi się w górnych częściach fermentatora. Pod względem temperatury proces ma charakter mezofilny. Po przefermentowaniu masa pofermentacyjna jest przepompowywana do oddzielnego zbiornika. W pewnym sensie zbiornik obornika jest połączony z biogazowną aby zapewnić odpowiednio długi czas retencji. Biogaz przekształcany jest w energię w należącym do gospodarstwa układzie CHP lub sprzedawany elektrociepłowni. Energia elektryczna z biogazu przekształcana w układzie CHP może być sprzedana do lokalnej sieci energetycznej lub wykorzystana na cele gospodarstwa. Reaktor z hydrolizą jest opcjonalny, w zależności od substratu. Rury grzewcze podgrzewające biomasę przed jej dotarciem do komory fermentacyjnej umieszczone są w instalacji fermentatora. Odsiarczanie ma charakter biologiczny.

1.3.1.6 SŁOWACJA

Koncepcja biogazowni opiera się na poziomym reaktorze jednostopniowym o pojemności 100m3 z ciągłym napełnianiem.

Obornik/gnojowica doprowadzany jest do zbiornika homogenizacyjnego, gdzie następuje mieszanie mieszadłem śmigłowym. Mieszanina podgrzewana jest gorącą wodą, jednak nie podlega odkażaniu. Oczyszczenie z siarki następuje poprzez dodanie powietrza do zbiornika z gazem. Osuszanie następuje na drodze kondensacji.

1.3.1.7 BELGIUM

Elektrownie biogazowe pierwszej generacji (2011-2013) składają się z plastikowego rękawa/worka o pojemności 200m³ , w którym zachodzi fermentacja beztlenowa. W biogazowniach drugiej generacji (2013 -….) worek zastąpiony został silosem. Pozostałe elementy biogazowni obejmują pompę do tłoczenia gnojowicy, rury z gnojowicą, rury grzewcze, elektryczny mieszalnik we fermetatorze, filtr węglowy do usuwania siarki i kontener z układem CHP. Do rektora pompowana jest gnojowica możliwie jak najbardziej świeża. Z tego powodu w nowobudowanych oborach nie ma już zbiorników gnojowicy pod podłogą obory. W instalacjach tego typu potrzebny jest zewnętrzny zbiornik gazu. Dotychczas biogazownie instalowane były w Begii jedynie w gospodarstwach bydlęcych, ponieważ gnojowica świńska oceniana jest jako podlegająca zbyt szybkiemu rozkładowi.

1.3.1.8 WŁOCHY

Typ1. Rota Guido Srl: Ten typ biogazowni może być określony jako “wszystko w jednym”. Proces fermentacji ma charakter mezofilny, a moc elektryczna silnika w układzie CHP wynosi 150 kW. Fermentator jest wykonany z betonu i posiada jedną komorę. Biogazownia zasilana jest w 98% gnojowicą i obornikiem z niewielkim dodatkiem kiszonki. Dzienna objętość wsadu wynosi 19 m3. Biogazownia wyposażona jest w zbiornik obróbki wstępnej, zbiornik na gnojowicę oraz płytę obornikową. W zbiorniku obróbki wstępnej zamontowany jest mechanizm rozdrabniający. Zasięg temperatur waha się w przedziale 39-42°C, a substraty są podgrzewane gorącą wodą z instalacji CHP. Nie stosuje się odkażania, a funkcję


| 21

zbiornika gazu pełni membrana zamykająca komorę fermentatora. Odsiarczanie przeprowadzane jest z zastosowaniem filtra z aktywnym węglem. Stosuje się fizyczne osuszanie biogazu, a poferment jest schładzany z 37° to 7°C.

Type 2. Eisenmann AG: Ten typ biogazowni także może być określony jako “wszystko w jednym”. Fermentator zasadniczy jest fermentatorem przepływowym z poziomym mieszadłem o ciągłym działaniu. Drugi reaktor również wyposażony jest w mieszadło oraz pokryty podwójną membraną. Moc elektryczna układu CHP to 250 kW. Biogazownia zasilana jest gnojowicą i obornikiem hodowli 120 krów. Dzienne zużycie gnojowicy wynosi 16 m3/dzień, obornika: 4m3 /dzień, kiszonki z kukurydzy: 5t/dzień, innych kiszonek: 4t/dzień. W zbiorniku wstępnym zamontowany jest rozdrabniacz. Substraty są podgrzewane gorącą wodą z instalacji CHP. Nie stosuje się odkażania. Odsiarczanie przeprowadzane jest w procesie biologicznym. Stosuje się fizyczne osuszanie biogazu, a poferment jest schładzany z 37° to 7°C.

1.3.1.9 HISZPANIA

Biogazownie składają się zazwyczaj z jednej lub dwóch komór fermentacyjnych wykonanych z betonu z zewnętrzną izolacją, przykrytych dachem w formie membrany, posiadających zanurzone mieszadła elektryczne. Zbiornik gazu stanowi zazwyczaj górna część fermentatora pokryta podwójną membraną. Proces fermentacji jest przeprowadzany w warunkach mezofilnnych. Główne substraty to gnojowica i obornik, w mniejszym stopniu resztki żywności i odpady z produkcji rolniczej (kosubstraty).

Wytwarzany biogaz jest zazwyczaj przetwarzany na energię cieplną zużywaną na potrzeby gospodarstwa. Inną opcję stanowi układ CHP.

Resztki pofermentacyjne, zanim trafią na pole w formie nawozu, są przechowywane w zbiornikach lub lagunach, zazwyczaj nieprzykrytych. W celu redukcji ilości płynnego substratu wprowadzanego do fermentatora, niektóre biogazownie wyposażone są w separator (prasa śrubowa). W ścianach fermentatora umieszczone są rury systemu grzewczego. Zazwyczaj biogazownie nie posiadają systemu odkażania, siarka usuwana jest w procesie biologicznym.

1.3.1.10 DANIA

Typ 1. Jeden z typów bazuje na betonowych fermentatorach przykrytych membraną. Wszystkie zbiorniki są betonowe. Mieszanie odbywa się za pomocą mieszadeł zanurzeniowych. W izolowanych ścianach fermentatora umieszczone są rury systemu podgrzewającego. Zazwyczaj nie stosuje się obróbki wstępnej, ale mogą być dodawane substancje biologiczne wspomagające homogenizację frakcji stałej (np. z utrzymywania zwierząt na głębokiej ściółce). Jest to dość popularne zarówno w gospodarstwach bydlęcych jak i trzodowych, ale głównie w większych jednostkach. System może być dopasowany do mniejszych jednostek, jednak system wsparcia raczej nie wspiera takich rozwiązań.

Typ 2. Inna koncepcja biogazowni bazuje na pionowych komorach stalowych. Te biogazownie przetwarają na gnojowicę z produkcji zwierzęcej i trzodowej. Możliwe są rozwiązania z separatorem i bez – w zależności od potrzeb rolnika. W stalowych komorach reaktora nie ma zainstalowanych mieszadeł, a proces mieszania odbywa się poprzez pompowanie gnojowicy z dołu do góry reaktora. Instalacje bez fermentatora składają się tylko z jednej komory. Instalacje z separatorem wyposażone są w dwie komory: zasadnicza i dodatkową. Separacja ma miejsce w dodatkowej komorze i odbywa się na zasadzie sedymentacji. Drobna frakcja kierowana jest do zbiornika magazynowego, a gruba frakcja trafia do reaktora zasadniczego.

Biogaz jest przetwarzany w układzie CHP, lub spalany w kotłach gazowych.

Manure,

22 |

1.4 Rodzaje biomasy do stosowania w mikrobiogazowniach

W przeciwieństwie do konwencjonalnych rozwiązań w produkcji biogazu, w mikrobiogazowniach używa się głównie biomasy z gospodarstw rolniczych. Przyjmuje się, że roślin energetyczne będą podstawowym surowcem, ale raczej nawozy naturalne w różnych formach, pozostałości roślin lub rośliny z uprawy międzyplonów. Główne źródła biomasy dla mikrobiogazowni w różnych krajach UE wymienione są w tabeli 4.

Tabela 4. Rodzaje substratów z biomasy do zastosowania w mikrobiogazowniach

Kraj

Holandia Głównie gnojowica, również resztki roślinne (do 30 % suchej masy)

Niemcy 1. Typ 1. Gnojowica i obornik, w części rośliny z upraw energetycznych 2. Typ 2. Gnojowica i w niewielkich ilościach rośliny z upraw energetycznych 3. Typ 3. Gnojowica lub przefermentowane substraty 4. Typ 4. Obornik i biomasa z resztek roślinnych (do 30 % suchej masy)

Austria W większości gospodarstw stosuje się gównie gnojowicę i obornik

Francja 1. Obornik, słoma, trawa, rośliny z uprawy międzyplonów, pozostałości z przetwórstwa żywności (20 do 30 % suchej masy)

2. Głównie gnojowica (6 do 14% suchej masy) 3. Gnojowica oraz inne dodatki organiczne w formie płynnej (4 to 10% suchej masy)

Polska Gnojowica i resztki roślinne

Słowacja Gnojowica - w 80% świńska, w 20 % bydlęca (8 % suchej masy)

Belgia Gnojowica bydlęca

Włochy Nawozy naturalne i kiszonki

Hiszpania Gnojowica świnska (3-6% suchej masy), bydlęca (7-10%), resztki roślinne i z przetwórstwa żywności (5-20% sm)

Dania Typ 1. Gnojowica i obornik, resztki roślinne, małe ilości roślin energetycznych Typ 2. Wyłącznie gnojowica świńska (3-5% suchej masy) i bydlęca (8-10% suchej masy)


| 23

1.5 Połączenie z budynkiem inwentarskim

System pozyskiwania nawozów naturalnych w gospodarstwie ma istotne znaczenie dla warunków pracy biogazowni. W wielu gospodarstwach gnojowica jest przechowywana w zbiornikach. Jeżeli jest dostarczana do biogazowi po okresie od kilka dni do kilku tygodni, zmniejszać się będzie potencjał produkcji biogazu. Potrzebny jest również dodatkowy zbiornik do magazynowania pofermentu. W niektórych biogazowniach stosowany jest również obornik, a zatem w biogazowniach przystosowanych do przerobu gnojowicy niezbędna jest dodatkowa infrastruktura. W niektórych krajach spotyka się biogazownie przeznaczone do stałych nawozów naturalnych.

Wszystkie wymienione w poniższej tabeli typy mikrobiogazowni oddzielone są od zabudowań gospodarczych. W związku z tym nawozy naturalne muszą być transportowane z miejsc ich składowania do urządzeń odbiorczych w biogazowni. Płynne nawozy są najczęściej pompowane, a stałe przenosi się najczęściej ciągnikiem z ładowaczem czołowym. Jednakże istnieją odpowiednie warunki ukształtowania terenu, gnojowica może być transportowana na zasadzie grawitacji. Przykłady różnych typów instalacji przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5. Systemy dostarczania nawozów naturalnych do biogazowni

Kraj

Holandia Świeża gnojowica pompowana z budynku inwentarskiego tak szybko jak to możliwe

Niemcy 1. Typ 1: Gnojowica pompowana lub transportowana grawitacyjnie. Obornik składowany na płycie obornikowej 2. Typ 2: jak wyżej 3. Typ 3: jak wyżej 4. Typ 4: Obornik składowany na płycie obornikowej

Austria Gnojowica jest zwykle pompowana bezpośrednio do fermentatora (jeśli możliwe grawitacyjnie) . Jeśli dodawany jest obornik może być mieszany przed dostarczeniem do fermentatora lub wprowadzany bezpośrednio jako frakcja stała.

Francja 1. Małej skali biogazownie, w których wykorzystuje się surowce z gospodarstwa, pozwalają na ulokowanie instalacji blisko budynku inwentarskiego. Obornik z budynku inwentarskiego dostarczany jest ładowaczem czołowym.

2. Pływająca pokrywa zainstalowana na istniejących zbiornikach lub lagunach

Polska Gnojowica pompowana do mieszalnika do którego dodawany jest obornik, czasem stosowany jest biomixer.

Słowacja Instalacje 50 m od budynków inwentarskich, gnojowica pompowana lub dostarczana grawitacyjnie

Belgia Gnojowica pompowana z budynku inwentarskiego tak szybko jak to możliwe, preferowane rozwiązania bez magazynowania gnojowicy w zbiornikach pod budynkami dla zwierząt

Włochy Brak informacji

Hiszpania

Gnojowica i gnojówka są pompowane do fermentatora. Obornik i inne w formie stałej substraty dostarczane podajnikami śrubowymi

Dania Zbiornik wstępnego magazynowania gnojowicy, z którego pompowana jest bezpośrednio do fermentatora

Manure,

24 |

1.6 Dostawcy mikrobiogazowni

Występowanie dostawców mikrobiogazowni jest wyraźnie skorelowane odzwierciedla z rozwojem produkcji biogazu w ostatnich 10-15 latach. Jest to szczególnie prawdziwe w odniesieniu do Niemiec, gdzie w tym okresie oddano do użytku około 8000 zakładów. Mikrobiogazownie są na ogół uproszczoną i pomniejszoną wersją tradycyjnych biogazowni, dlatego też niemieckie przedsiębiorstwa dominują na listach dostawców technologii do produkcji biogazu w skali mikro. W tabeli 6 wymieniono głównych dostawców mikrobiogazowni w wybranych krajach.

Tabela 6. Dostawcy mikrobiogazowni

Kraj Dostawcy mikrobiogzowni Zakres wielkości

Holandia 1. Host B.V. Fermtech Systems 2. Milieu Systemen Tiel, PAS Flexolutions

2500-12500 ton/rok

Niemcy Typ 1. E.g. AgriKomp GmbH, Bebra Biogas Holding AG, Bioconstruct GmbH, Bio4Gas Express GmbH, Biogas Ost, BueAnlagentechnik GmbH, Bwe Biogas-Weser-Ems GmbH, Energieraum GmbH, Green Energy Max Zintl GmbH, Inergie GmbH, Ingenieurbüro Gabi Dyckhoff, Johann Hochreiter GmbH, MT-Energie GmbH, Novatech GmbH, NQ Anlagentechnik GmbH, PlanETBiogastechnik GmbH, RotariaEnergie- und Umwelttechnik GmbH, Sauter Biogas GmbH, Ökobit GmbH

Typ 2. E.g. AgriKomp GmbH, ARCHEA Biogas N.V., Bioteg Biogas Systems GmbH, CjbEnergieanlagen GmbH & Co KG (Corntec GmbH), ConsentisAnlagenbau GmbH, DynaHeat-HPE GmbH & Co.KG, Envitec Biogas AG, Portaferm, Rosoma GmbH, Schmack Biogas GmbH, Steros GmbH

Typ 3. E.g. 4Biogas GmbH & Co KG, Host BV, Energie-Anlagen Röring GmbH, Bebra Biogas Holding AG

Typ 4. E.g. Bal Biogasanlagenbau GmbH, Chiemgauer Biogasanlagen, Deterding Naturenergieanlagenbau GmbH, , Eggersmann Anlagenbau Kompoferm GmbH, Enbion GmbH, Mineralit GmbH

30-75 kW 7-75 kW 10-75 kW 10-75 kW

Austria Np. Hörmann Install GmbH, Industrieconsult Wenger-Oehn OEG, Müller Abfalltechnik GmbH, Planergy GmbH, PöttingerEntsorgungstechnik GmbH & Co. KGaswellas German suppliers:

AgriKomp GmbH, Bio4Gas Express GmbH, Energieraum GmbH, FinsterwalderUmwelttechnik GmbH, Green Energy Max Zintl GmbH, Inergie GmbH, Johann Hochreiter GmbH, NQ Anlagentechnik GmbH, PlanETBiogastechnik GmbH

30-75 kW

Francja 1. ARIA Energie, S2 Watt, Erigène, JIT Métha, Naskéo, Sud Ouest Biogaz, 2. HOST France, BIO4GAZ, VALOGREEN, EVALOR 3. NENUFAR SAS

50-200 kw

Polska Biopolinex, Bioelectric, Mega Belzyce

Słowacja GaspowerVibressospol. s r.o. Nitra

Belgia Bioelectric 11 kW, 22 kW, 33 kW

Włochy 1. ROTA GUIDO Srl 2. EISENMANN AG

150 kW 250 kW

Hiszpania M.in. Biovec, Ecobiogas, Santibáñez Energy, DabarIngenieros, Inper, Ludan

Dania 1. Lundsby Bioenergy, 2. 2. Gosmer Biogas


| 25

1.7 Zużycie energii elektrycznej

Ilość energii elektrycznej zużywanej na potrzeby funkcjonowania biogazowni jest ważnym parametrem. Prąd jest używany głównie do pracy pomp i mieszadeł. Oczywiście istotna jest również cena energii. W niektórych krajach możliwość wytworzenia własnej energii elektrycznej jest podstawową zachętą dla producentów biogazu, ze względu na możliwość wyprodukowania elektryczności po cenie niższej, niż cena energii z zakupu. Są też kraje, w których stosowane są taryfy gwarantowane, które zachęcają do sprzedaży energii dostarczanej do sieci. W tabeli 7 zestawiono przeciętne zużycie energii elektrycznej w różnego typu biogazowniach.

Tabela 7. Zużycie energii elektrycznej w mikrobiogazowniach

Kraj Zużycie energii

Holandia 7 kWh na tonę nawozów naturalnych

Wielka Brytania

7 kWh/tonę

Niemcy 48,000 kWh/rok przy 19Ct/kWh, koszt 9670 €/rok

Austria 7-12 % wytworzonej energii

Francja 1. 0.04 kwh/kwhe wytworzonej energii, 2. 1.1% to 6.2 % of kWhe wytworzonej energii or 5,000 to 21,000 kWh/rok, 3. 500 kwh/rok (dane dostawcy)

Polska 15,000-25,000 kWh/rok

Słowacja 11,400 kWh/rok, 6.2 kWh/tonę, 0.344 kWh/kWh wytworzonej energii

Belgia 10-15 % wytworzonej energii

Włochy 1. 8-11 % wytworzonej energii 2. 4-5 % wytworzonej energii

Hiszpania Ok. 5% wytworzonej energii elektrycznej (przy zastosowania CHP)

Dania 1. 25,000-50,000 kWh/rok 2. 5000-25,000 kWh/rok

Manure,

26 |

1.8 Zużycie ciepła

Ponieważ biogas jest przetwarzany w instalacjach CHP ciepło na potrzeby biogazowni pochodzi najczęściej z nadwyżki generowanej przez silniki CHP. Często nie ewidencjonuje się zużycia ciepła jeżeli nie istnieje alternatywa zagospodarowania go. Jeżeli natomiast finalnym produktem jest biogaz, wówczas potrzebne jest zewnętrzne źródło ciepła. W tabeli 8 przedstawiono dane dotyczące zużycia ciepła w mikrobiogazowniach.

Tabela 8. Zużycie ciepła w mikrobiogazowniach

Kraj

Holandia 0,15 GJ/tonę gnojowicy

Wielka Brytania

0,15 GJ/tonę

Niemcy Głównie z nadwyżek z instalacji CHP

Austria Głównie z nadwyżek z instalacji CHP

Francja 1. ok. 0,33 kwh na kwh wyprodukowanej elektrycznej, ok. 25-35 % łącznej ilości wytworzonego ciepła 2. Nadwyżka ciepła z CHP, ok. 20-25 % całkowitej ilości wytworzonego ciepła (Wymaga potwierdzenia), 3. brak systemu ogrzewania

Polska 50,000-70,000 kWh/rok

Słowacja 44,400 kWh/rok, 24,2 kWh/ton, 1,34 kWh/kWh wytworzonej energii elektrycznej

Belgia Nadwyżka ciepła z CHP, zaleznie od sezonu, niewielkie ilości zużywane w okresie zimowym

Włochy Nadwyżka ciepła z CHP

Hiszpania Ok. 30% wytworzonego ciepła

Dania Nadwyżka ciepła z CHP lub z boilera

1.9 Nakłady pracy

Nakłady pracy na obsługę biogazowni są często „ukrytą” zmienną w kalkulacji kosztów biogazowni. Niemniej jednak jest to istotny czynniki w gospodarstwach z ograniczonymi zasobami pracy, jeżeli mogą być wykorzystywane w sposób bardziej opłacalny. W tabeli 9 zestawiono informacje o nakładach pracy na obsługę mikrobiogazowni i cenach robocizny. .

Tabela 9. Nakłady pracy w mikrobiogazowniach

Country Hours/year

Holandia 1 godzina dziennie, stawka 30€/godzinę

Wielka Brytania

1 godzina dziennie, stawka 30€/godzinę, €11,000 /rok

Niemcy 8.5 godzin/kW zainstalowany/rok, stawka 15 €/godzinę

Austria Zróżnicowane, min. 30 minut/dzień

Francja 1. 30-56 minut/dzień, stawka 20€/godzinę 2. 15-30 minut/dzień, stawka 20€/godzinę 3. 5 min/dzień, stawka 20€/godzinę (dane dostawcy, prawdopodobnie nakłady zaniżone)

Polska Szacunkowo 1 godzina dziennie, stawka 10€/godzinę

Słowacja 2 godziny dziennie, stawka 7€/godzinę

Belgia 1-2 godziny tygodniowo, system zautomatyzowany

Włochy 1. 1 godzina dziennie 2. 2 godziny dziennie

Hiszpania Brak danych

Dania 1. 40,000€/rok 2. 1 godzina dziennie, stawka 25€/godzinę


| 27

1.10 Dane ekonomiczne dla mikrobiogazowni

Nakłady takie jak zużycie energii elektrycznej, ciepła i pracy , o których mowa w poprzednich trzech tabelach stanowią parametry, które w części pochodzą z wykorzystania zasobów wewnętrznych. Nakłady zewnętrzne muszą być opłacone, często stanowiąc znaczną część kosztów eksploatacji biogazowni. W tabeli 10 zestawiono zakres kosztów inwestycyjnych, kosztów utrzymania i kosztów produkcji biogazu w mikrobiogazowaniach w wybranych krajach.

Tabela 10. Koszty inwestycji i koszty produkcji biogazu w mikrobiogazowniach

Kraj Zakres kosztów inwestycji w tys. EUR

Zakres kosztów eksploatacji w tys. EUR/rok

Zakres kosztów produkcji w tys. EUR/rok

Holandia 55-155 5-15

20-50

Wielka Brytania

55-155 5-15 20-50

Niemcy 1. 350-600 (75 kWel) 2. 150-470 (75 kWel) 3. 300-550 (75 kWel) 4. 240-400 (75 kWel)

Około 20.1(75 kWel), bez kosztów eksploatacji ciągnika I ładowacza czołowego

Koszty produkcji energii elektrycznej od 0,23 do 0,31 €/kWhel

Austria 10– 12€/kWel. za < 30 kWel.

Brak danych 0,23-0,31€/kWel 185,000-250,000€/rok

1

Francja 1. 10-13/kWhe 2. 8-10 /kWhe 3. 40-90

1. Brak danych 2. 10 -20 /rok (dane dostawcy) 3. Brak danych

1. Brak danych 2. 27 -29 /rok (dane

dostawcy) 3. Brak danych

Polska 80-100 Brak mikrobiogazowni w Polsce Brak mikrobiogazowni w Polsce

Słowacja 165 5500 €/rok, 0,167/kWh Brak danych

Belgia 95-150 3,5. (koszt całkowity) 3,5 (koszt całkowity)

Włochy 1. 800 2. 1.800

3. 20 (koszt całkowity) 4. 11 (koszt całkowity)

Hiszpania 150-500 Brak danych 10-35

Dania 1. 1000-2200 2. 300-1000

1. 25 2. 8-15

1. 30-602

2. Brak danych

1)Kirchmayr 2010

2) Bez kosztów amortyzacji

Manure,

28 |

2. Przegląd dostępnych technologii do wykorzystania biogazu z małych biogazowni.

2.1 Możliwe sposoby wykorzystania gazu z małych biogazowni

Przegląd technologii zagospodarowania biogazu z małych biogazowni przedstawiono w poniżej tabeli. Tabela 11. Technologie używane do zagospodarowania biogazu

Kraj Liczba dostępnych technologii

Charakterystyka wykorzystywanych technologii Liczba zainstalowanych urządzeń

NL 2 1. CHP - kogeneracja 2. Uszlachetnianie (w fazie rozwoju)

25 w małych biogazowniach kilka

UK 2 1. CHP - kogeneracja 2. Uszlachetnianie

65 w małych biogazowniach kilka

D 1 CHP - kogeneracja

Łącznie około 660 75 kWel

AUT 1 CHP Brak danych

F 2 1. CHP - kogeneracja 2. Podgrzewanie wody

1. < 10 2. < 3

PL 1 CHP - kogeneracja Brak danych

SK 1 CHP - kogeneracja

B 1 CHP - kogeneracja Brak danych

I 1 CHP - kogeneracja

ESP1)

2 1. CHP - kogeneracja 2. Podgrzewanie wody

6 mniej niż 100

DK 2 1. CHP - kogeneracja 2. Podgrzewanie wody

Brak danych Brak danych

1) W większych biogazowniach również turbiny gazowe i ORC (Organic Rankine Cycle ) w większych biogazowniach

2.1.1 Omówienie technologii wykorzystania biogazu

Zastosowane technologie do wykorzystania biogazu zalezą od zapotrzebowania na rodzaj energii, która ma być pozyskana z biogazu. Większość systemów subsydiowania promuje produkcje energii elektrycznej. Powstała energia elektryczna jest sprzedawana do sieci albo zużywana na miejscu w gospodarstwie. Bardzo często w małych biogazowniach występuje problem wykorzystania ciepła z kogeneracji. Jakkolwiek, w przypadku małych biogazowni w znaczne ilości wyprodukowanego ciepła wykorzystywane są do zapewnienia pracy biogazowni (podgrzewania substratu).

We Francji obowiązujące uwarunkowania preferują wykorzystanie biogazu do produkcji energii cieplnej.

Trzecią dostępną opcją jest uszlachetnianie biogazu i użycie go jako paliwa do napędu pojazdów, co ma miejsce w Szwecji. Uszlachetniony gaz (biometan) może być również wtłaczany do sieci gazowej. Ta technologia występuje w Niemczech oraz jest rozwijana w Danii, jakkolwiek głównie w dużych biogazowniach. Poniżej przedstawiono opis wykorzystania technologii uszlachetniania biogazu w Niemczech. Przykład ten wydaje się być reprezentatywny dla większości krajów europejskich.

Liczba instalacji do uszlachetniania biogazu do biomentanu w celu zasilenia nim sieci gazowej powoli rosła w ciągu ostatnich kilku lat. W połowie 2014 roku zaobserwowano 150 takich instalacji. Produkcja biometanu była wspierana ze środków publicznych (np. w oparciu o ustawę EEG – niemiecki odpowiednik ustawy o


| 29

OZE) w celu zrekompensowania wysokich kosztów produkcji i zwiększenia opłacalności przedsięwzięć mających na celu uszlachetnianie biogazu. Ze względu na wysoką kosztochłonność urządzeń do procesu uszlachetniania biogazu, wynikającą z restrykcyjnych wymagań operatorów sieci gazowej, instalowanie urządzeń jest ekonomicznie uzasadnione w biogazowniach o wielkości zapewniającej osiagniecie 900 kWe. Od 2014 roku, w związku ze zmianą ustawy EEG uszlachetnianie gazu nie jest przedmiotem szczególnego wsparcia, co powoduje, że użycie biometanu do kogeneracji jest trudne z ekonomicznego punktu widzenia. Dotyczy to szczególnie małych biogazowni. Tylko w warunkach szczególnego wsparcia jak „EEG dla biometanu” (stałe ceny sprzedaży), spadku cen urządzeń i kosztów operacyjnych, zmiany wymagań w zakresie jakości gazu dostarczanego do sieci gazowej w małych ilościach itp. Biometan mógłby zwiększyć wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w podaży ciepła. Spadające ceny ropy i gazu stanowią również poważne utrudnienie.

Najważniejsze uwarunkowania uszlachetniania biogazu w Niemczech:

Uszlachetnianie metanu misi być zgodne z normami DVGW G260 i G262 (regulacje jakości gazu) Podłączenie do sieci gazowej nie zawsze jest wykonalne ze względu na różnice w ciśnieniu gazu

(koszty sprężania). Uszlachetnianie jest kosztochłonne (dla 400 mn³ 1.8 – 2.2 Euro centa/kWhHs) Inwestycja w uszlachetnianie może być opłacalna w biogazowniach o skali produkcji pozwalającej

na uzyskanie mocy energii elektrycznej na poziomie 0,9 MWel. Membranowe oczyszczanie biogazu może w przyszłości spowodować ograniczenie kosztów

oczyszczania w małych biogazowniach (niski koszt inwestycji) Prosta konstrukcja i niemal bezobsługowe utrzymanie są dużą zaletą.

2.1.1.1 HOLANDIA

Cirmac, Host, DMT and CCS (firmy konsultingowe) stworzyły instalacje do produkcji biometanu (zielony gaz), i dostarczają gaz do sieci gazowej. W Holandii biogaz musi być uszlachetniony do zawartości 89% metanu, jest to zawartość niższa niż np. w rosyjskim gazie ziemnym. Koszty uszlachetniania zależą od użytej technologii. Wykorzystywane są absorpcja wodna i aminowa, VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) oraz filtracja membranowa.

2.1.1.2 NIEMCY

Sprawność urządzeń do kogeneracji jest zróżnicowana w zależności od mocy i typu użytego silnika. Przykładowo agregaty kogeneracyjne o mocy 50 kWe z silnikiem o zapłonie iskrowym posiadają przeciętną sprawność 33 % (e. elektryczna.) i 55.5% (e.cieplna), natomiast agregaty o mocy 75 kWel odpowiednio 35 % (e. elektryczna.) i 48.6% (e.cieplna). Agregaty z silnikami wysokoprężnymi zasilanymi biogazem z dodatkiem oleju napędowego o mocy na poziomie 40 kWe mają przeciętną sprawność na poziomie 37 % (e. elektryczna.) i 37 % (e.cieplna), w przypadku jednostek o mocy 75 kWe sprawność wynosi odpowiednio 40 % (e. elektryczna.) i 37% (e.cieplna) .

Trwałość agregatu kogeneracyjnego oceniana jest na 60.000 godzin.

Do działania agregatów z silnikiem o zapłonie samoczynnym wymagane jest użycie oleju napędowego (w Niemczech musi pochodzić on ze źródeł odnawialnych np. biodiesel). Udział energii dostarczanej wraz z ON wynosi 2-5%.

Agregaty kogeneracyjne budowane są jako jednostki stacjonarne i ulokowane są w budynku niedaleko biogazowni lub w kontenerze zawierającym całe potrzebne wyposażenie.

Manure,

30 |

Głównymi elementami modułu kogeracyjnego są silnik spalinowy wraz z dopasowanym generatorem prądu, wymiennik ciepła z układu spalin, obieg chłodzący i obieg smarowania, urządzenia do dystrybucji ciepła, urządzenia kontrolne do przesyłu prądu oraz jednostka sterująca pracą agregatu.

2.1.1.3 AUSTRIA

Mikr biogazownie w Austrii mają często na celu zapewnienie gospodarstwu rolnemu samowystarczalności energetycznej. Małe agregaty kogeneracyjne są stosowane oddzielnie lub zestawiane z piecem gazowym wytwarzającym ciepło w celu maksymalizacji zużycia ciepła na własne potrzeby. Wyzwaniem jest znalezienie dobrego dostawcy małych agregatów kogeneracyjnych o mocy poniżej 30 kWe, gwarantujących produkcję energii elektrycznej o parametrach pozwalających na podłączenie do sieci energetycznej.

2.1.1.4 HISZPANIA

W Hiszpanii małe agregaty kogeneracyjne ( około 100 kW) maja sprawność 38% (e.elektryczna) i 45%(e.cieplna). Stosowane są również mikroturbiny gazowe o mocy 30-60 kW, które mają niższą sprawność w zakresie produkcji energii elektrycznej (35-30%).

Piece gazowe do podgrzewania wody mają zazwyczaj wysoka sprawność (powyżej 90%). Jednostki dostępne komercyjnie są zazwyczaj zabudowane w kontenerach przystosowanych do zastosowania na zasadzie „plug and play”.


| 31

2.2 Dostawcy urządzeń do wykorzystywania biogazu

Istnieje rozwinięty rynek urządzeń do wykorzystania biogazu do kogeneracji (CHP). Urządzenia tego typu są łatwe w standaryzacji i mogą być oferowane w wielu krajach. Producenci agregatów mają często przedstawicieli handlowych w kilku krajach. Tabela 12 przedstawia kluczowych dostawców w analizowanych krajach.

Tabela 12. Dostawcy urządzeń wykorzystujących biogaz

Kraj Dostawca urządzeń do wykorzystywania biogazu Liczba zainstalowanych urządzeń

Wielkość urządzeń

NL 1. MAN, Jenbacher,Tedom, Gascon 2. Cirmac, Host, CCS (technologia w opracowaniu)

25 kilka

15-250 kW 12-50 Nm3/h

D E.g. 2G Energietechnik GmbH, A-tronBlockheizkraftwerke GmbH, AvsAggregatebau GmbH, Bayern BHKW GmbH, Bosch KWK Systeme GmbH, Comuna-metall GmbH, Dreyer &BosseKraftwerke GmbH, Energie Management Consulting, Energieanlagenbau GmbH Westenfeld, EnertecKraftwerke GmbH, EtwEnergietechnik GmbH, f.u.n.k.e. Senergie GmbH, H.G.S. Henkelhausen G.A.S. Service GmbH & Co. KG, Elektro Hagl, IetEnergy GmbH, Johann Hochreiter GmbH, KW Energie GmbH & Co. KG, Liebherr-Components AG, Oet Kälte & Wärme GmbH, Pro 2 Anlagentechnik GmbH, Schnell Zündstrahlmotoren AG & Co. KG, Senergie GmbH, Ses Energiesysteme GmbH, Seva Energie AG, Sokratherm GmbH, Spornraft Elektroanlagen Aggregatebau, Viessmann Deutschland GmbH

Około 600 szt. po 75 kWe

5-75 kW

AUT E.g. Tedom, T&S Ruhland Brak danych 7-30 kW

F RPM/CES, Cogenco, energolux

NENUFAR SAS

Chauffage industriel SAS (Ogrzewacze wody: Thermigas)

5

80-200 50kW+ ciepło

PL Różne modele i komponenty, często pochodzące z Chin. Brak danych 20-40 kW

SK Brak dostawców

B Bioelectric (producent komponentów nieustalony)

I 2G ENERGY, AVS Brak danych 102-150 kW

ESP 2G, Rank, Viessmann, Capstone, MTU Brak danych

DK Jenbacher, Caterpillar, Deutz 1

Manure,

32 |

2.3 Ekonomiczne aspekty technologii do wykorzystania biogazu

Aspekty ekonomiczne poszczególnych technologii do wykorzystania biogazu zostały przedstawione w tabeli 13.

Tabela 13. Ekonomika technologii do wykorzystania biogazu

Kraj Koszt zakupu urządzeń [tys. EURO] Koszty operacyjne [tys. EUR/rok] Możliwości produkcyjne instalacji

NL 1. 35-250 2. 250-500

1. 2-2,5 EURO/godzinę 2. 3,75 % of kosztów inwestycji

15-250 kW 12-50 Nm3/h

D 75,5-85,9 0,9 - 12 75 kW

AUT Brak danych 2-3ct/kWh 7-30 kW

F 1. Brak danych 2. Brak danych 3. 30-70

1. Brak danych 2. 0,18 €/kWh (biogaz i kogeneracja) (tylko jedno źródło) 3. 1

1. Brak danych 2. 11kWe do 100 kWe

(tylko jedno źródło) 3. 20-200kw e. cieplnej

PL 25-40 0,024 €/kWh 20-40 kW

SK Bez znaczenia

B Wliczone w całość inwestycji

ESP Około 22-25% kosztów inwestycji Brak informacji

DK 500-1.000 0,025-0,05 EURO/kWh


| 33

wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w podaży ciepła. Spadające ceny ropy i gazu stanowią również poważne utrudnienie.

Najważniejsze uwarunkowania uszlachetniania biogazu w Niemczech:

Uszlachetnianie metanu misi być zgodne z normami DVGW G260 i G262 (regulacje ws. jakości gazu)

Podłączenie do sieci gazowej nie zawsze jest wykonalne ze względu na różnice w ciśnieniu gazu (koszty sprężania).

Uszlachetnianie biogazu jest kosztochłonne (dla 400 mn³ 1.8 – 2.2 Euro centa/kWhHs) Inwestycja w uszlachetnianie może być opłacalna w biogazowniach o skali produkcji pozwalającej

na uzyskanie mocy energii elektrycznej na poziomie 0,9 MWe. Membranowe oczyszczanie biogazu może w przyszłości spowodować ograniczenie kosztów

oczyszczania w małych biogazowniach (niski koszt inwestycji) Prosta konstrukcja i niemal bezobsługowe utrzymanie są dużą zaletą.

Szacowany koszt inwestycji w Niemczech to około 75,500 Euro (silnik 75 kWe z zapłonem samoczynnym) lub 85,900 (silnik 75 kWe z zapłonem iskrowym).

Powyższe szacunki obejmują zakup silnika, generator, wymiennika ciepła, rozdzielnie ciepła, chłodnice awaryjną, systemy regulacyjne, przewody gazowe, instrumenty pomiarowe, systemy kontroli I bezpieczeństwa, liczniki ciepła i energii elektrycznej, czujniki, separatory kondensatu, system sprężonego powietrza, dodatkowy system gazu (w razie potrzeby), system oczyszczania biogazu i gazów odpadowych, zbiornik oleju oraz kontener (bez stacji transformatorowej, robót ziemnych i kabli przyłączeniowych).

Koszty bieżące oraz koszty napraw (bez wynagrodzeń, które zawarto, jako nakłady pracy w biogazowni) wynoszą 13,400 EUR/rok. Koszty te zawarto powyżej w kosztach operacyjnych w powyższej tabeli. Pozostałe koszty operacyjne, bez wydatków na utrzymanie wynoszą około 900 EUR dla silników z zapłonem iskrowym (np. olej silnikowy). Silniki z zapłonem samoczynnym wymagają zakupu oleju napędowego i dlatego pozostałe koszty operacyjne wynoszą 12.000 EUR/rok.

Manure,

34 |

3. Przegląd rynku technologii przetwarzania pofermentu dla mikrobiogazowni w Europie 3.1 Podstawowa charakterystyka technologii fermentacji

W niektórych krajach europejskich, zwłaszcza w Holandii , Belgii, francuskim regionie Bretanii lub północno-zachodnich Niemczech produkcja zwierzęca jest tak intensywna , że nadmiar nawozów naturalnych powoduje istotne problemy. Rolnicy poszukują więc technologii ich przetwarzania, które umożliwią ich racjonalne zagospodarowanie bądź odzysk zawartych w nich składników z przeznaczeniem na sprzedaż. Jednym z takich sposobów jest fermentacja beztlenowa. Szczególne zainteresowanie wywołuje połączenie produkcji biogazu w w mikrobiogazowniach z przetwarzaniem powstającego w nich pofermentu. Główne technologie przetwarzania pofermentu przedstawiono w tabeli 14 .

Tabela 14. Podstawowa charakterystyka technologii przetwarzania pofermentu

Kraj Liczba typów Główne cechy technologii Liczba instalacji

Holandia 2 Kompostowanie pofermentu

Suszarnia taśmowa

5 Brak danych

Niemcy Wiele metod Separacja na prasie śrubowej uznana za najbardziej przydatną technologię dla mikrobiogazowni

Brak danych

Francja Brak danych Rozrzucanie na polach po kompostowaniu

Bezpośredni wywóz na pola

Wiązanie amoniaku

Brak danych

Włochy 1 Spalanie Brak danych

Hiszpania 1 Mechaniczna separacja Większość biogazowni nie przetwarza pofermentu

Dania 1 Prasa śrubowa W niektórych biogazowniach


| 35

3.1.1 Szczegółowe informacje o technologiach przetwarzania pofermentu

3.1.1.1 HOLANDIA

W Holandii istnieje wiele gospodarstw z chowem przeżuwaczy. Ze względu na rygorystyczne przepisy dotyczące emisji i nawożenia gnojowicą, rolnicy nie mogą powiększać stad zwierząt jeśli nie dokupią więcej ziemi. Jako że nawóz składa się głównie z wody, transport gnojowicy do regionów, w których nie produkuje się nawozów naturalnych jest bardzo drogi. Aby pozbyć się nadwyżek gnojowicy, wykorzystywane są różne technologie służące koncentrowaniu składników pokarmowych z nawozów naturalnych. W gospodarstwach z dużą powierzchnią użytków rolnych część tych nawozów może być bezpośrednio wywieziona na pola, a problemem jest tylko zagospodarowanie nadwyżek.

Rozporządzenie UE (EG 1069/2009) zakazuje wywozu i transportu nie pasteryzowanych nawozów naturalnych. Jeżeli jest to konieczne, warunkiem jest przeprowadzenie pasteryzacji, co podnosi cenę nawozu.

Stosowane są następujące technologie:

1. Separacja – z gnojowicy oddzielane są frakcje stałe i płynne. 2. Kompostowanie – partie frakcji stałej są kompostowane. Głównymi elementami technologii są

separator i foliowy worek kompostowy. 3. Suszenie pofermentu. Suszony poferment może być transportowany i ma swoją cenę rynkową.

Głównymi elementami technologii są separator, urządzenie suszące i wentylator. 4. Wiązanie azotu – produkt powstały w wyniku tego procesu uznawany jest za nawóz sztuczny, ma

cenę rynkową) 5. Wytwarzanie struwitu.

3.1.1.1.1 SEPARACJA

Jest to dość popularna technika przetwarzania nawozów naturalnych i pofermentu przy użyciu mechanicznego urządzenia separującego. W wyniku procesu separacji powstaje frakcja gęsta o zawartości 30% suchej masy oraz frakcja ciekła.

Quite popular is the technique to process manure/digestate by the use of a mechanical separation device, which results in a thick (30% dry matter) and a liquid fraction.

Frakcja gęsta może być poddana suszeniu lub przerobiona na kompost lub susz. Frakcję ciekłą można dalej oczyszczać przez usunięcie resztek suchej masy (przez np. ultrafiltrację ). Następnie usuwa się znaczną część składników mineralnych, na przykład przez wiązanie azotu, produkcję struwitu lub odwróconą osmozę. Z otrzymanych produktów końcowych można tworzyć specyficzne kombinacje zamienników nawozów mineralnych. Jednak skomplikowane technologicznie zabiegi, takie jak omówiono powyżej, mogą być bardzo kosztowne i jest mało prawdopodobne, by wdrażano je w mikrobiogazowniach, chyba że konieczne jest skoncentrowanie składników pokarmowych do postaci umożliwiającej opłacalny transport.

3.1.1.1.2 KOMPOSTOWANIE

Kompostowanie to proces biologiczny, w którym w warunkach tlenowych materia organiczna przekształcana jest przez mikroorganizmy w związki humusowe (próchnicę). Podczas tego procesu uwalniane są ciepło, woda, CO2 i przykre zapachy. Ze względu na odparowywanie wody i rozkład materii organicznej zwiększa się zawartość suchej masy, co prowadzi do zmniejszenia objętości (Melse, et al., 2004). Instalacje do kompostowania oferowane są przez wielu dostawców. Po wydzieleniu frakcji gęstej i płynnej, frakcja stała jest kompostowana. Kompostowanie jest procesem zachodzącym w warunkach tlenowych, materiał napowietrza się w związku z tym pęcherzykami powietrza lub przez mechaniczne obracanie. Jeśli nie ma wystarczającej struktury lub obecny jest w materiale węgiel, wprowadza się, aby

Manure,

36 |

rozpocząć proces, dodatkowy materiał, taki jak słoma. Podczas procesu kompostowania uwalniane jest ciepło, a temperatura może osiągnąć wartość ponad 70° C

3.1.1.1.3 NITROGEN STRIPPING

Wiązanie azotu jest powszechnie stosowane w przemyśle. Dostępne są różne techniki są, ale zasady są takie same: W kolumnie wiążącej (stripper) lotny składnik w postaci płynnej (amoniak) jest odprowadzany z pożywki przez optymalizację wartości pH i temperatury do fazy gazowej (powietrze). To powietrze jest następnie przemywane w płuczce wieżowej za pomocą kwasu siarkowego.

mikrobiogazownie w krajach ue · 2020. 11. 3. · manure, ta publikacja powstała w ramach projektu...

Documents