Biogáz technológia

Előkeverő/előtároló tartály

A folyékony fázisú alapanyagok fogadása csővezetéken vagy tartálykocsikból általában földbe süllyesztett, előtároló/előkeverő funkciójú, vasbeton tartályban történik. Ebből az előtároló/előkeverő tartályból rendszeres időközökben, egyenletesen elosztva szivattyúzzák be az anyagot a fermentorba. Ebben a tartályban történhet a szilárd alapanyagok elkeverése a folyékony fázissal. Az előkeverő tartály technológiai előnye az alapanyag keverék homogenizálásán túlmenően abban van, hogy már ebben a tartályban megkezdődhetnek a lebontó mikrobiológiai folyamatok.

A nagy teljesítményű biogáz üzemekben túl nagy méretű előkeverő tartályra lenne szükség, ezért általában nem kerülnek alkalmazásra.

Az előkeverő/előtároló tartály esetében fokozott figyelmet kell fordítani a kellemetlen szaghatás elkerülésére ill. csökkentésére, ami például biofilterek használatával oldható meg.

Abban az esetben, ha a folyékony fázis (pl.: hígtrágya, csurgaléklé) nem a biogáz üzem közelében képződik, és azt szállítani kell az üzem területére, a rendszeres alapanyag betáplálás érdekében célszerű egy előtároló tartályt létesíteni.

lap tetejére

Szilárd halmazállapotú anyagok betáplálása

A hulladék alapanyag jellegétől függően első lépcsőben szükség lehet szétválasztásra és/vagy aprításra és/vagy hőkezelésre.

A szilárd halmazállapotú anyagok beadagolása rendszeres időközönként történik, erre különféle megoldások léteznek:

  • bemosóakna - a szilárd halmazállapotú anyagokat egy aknán keresztül a lebontási maradékkal mossák be a fermentorba,
  • hidraulikus betáplálás zárt csővezetéken keresztül,
  • speciális szállító csigarendszer,
  • szilárd szubsztrátum bunker.

Abban az esetben, ha a szilárd alapanyagok mérete erősen változó (heterogén szubsztrátum nagyság), szükséges az alapanyag aprítása. Ezzel elérjük, hogy a fermentorba homogén, közel azonos részecskenagyságú alapanyag kerül be. Ennek előnye, hogy a lebontó baktériumok nagyobb felületen tudnak a szubsztrátumokhoz hozzáférni, ami a gáztermelés mértékét pozitív irányban befolyásolhatja. Az adagoló csigákkal ellátott berendezések a többféle alapanyagot hasznosító üzemekben segítik a szubsztrátumok elkeverését. A berendezések kialakítása lehetővé teszi az adagolás automatikus szabályzását. Ennek segítségével az üzemeltetőnek csak a nap folyamán egyszer vagy kétszer kell az előre meghatározott anyagmennyiséget a tartályba behelyeznie, a naponta többszöri anyagbevitelt a számítógép irányítja.

lap tetejére

Higienizálás (pasztőrözés)

Bizonyos állati eredetű hulladékok (emberi fogyasztásra alkalmatlan vágóhídi hulladék, állatok vére, lejárt szavatosságú élelmiszer, éttermi maradék/hulladék, stb.) feldolgozása esetén kötelező a higienizálás (pasztőrözés). A pasztőrözés hőmérsékletét és időtartamát a vonatkozó jogszabályok írják elő. Az 1774/2002 sz. EU rendelet és ennek megfelelően a 71/2003. (VI.27.) FVM rendelet min. 70 C° hőmérsékleten legalább 1 óra folyamatos időtartamú hőkezelést ír elő 12 mm maximális részecskenagyság mellett.

A biogáz üzembe belépő állati hulladékokat kezelő higienizáló (pasztőröző) egység egy szakaszosan üzemelő, szigetelt, acéltartályból kiképzett főzőedény keverő-berendezéssel és az előírt mérőműszerekkel ellátva. A higienizáláshoz szükséges energiát a biogáz üzem blokkfűtőerőműjében termelt hőenergiából lehet fedezni. A pasztőröző egység méretezését úgy kell megoldani, hogy az egy tételben feldolgozandó anyagmennyiséget gond nélkül képes legyen fogadni. Fontos követelmény a hőkezelés pontos dokumentálása.

A higienizálás másik megoldása a biogáz üzemből kikerülő folyékony végtermék (lebontási maradék) előzőekben közölt módon történő hőkezelése.

A 71/2003. (VI.27.) FVM rendelet 3 osztályba sorolja az egyes állati hulladékokat. A biogáz termelés egyik klasszikus értelemben vett legfontosabb alapanyaga, a szerves trágya és hígtrágya e rendelet értelmében 2. osztályú hulladéknak számít. A trágyát a jogszabály további rendelkezéseinek értelmében azonban nem kell pasztörizálás alá vetni.

A 23/2003. (XII. 29.) KvVM rendelet mellékletében felsorolt anyagok biogáz üzemben történő hasznosítása esetén a pasztörizálás kötelező. Ez azokat az üzemeket érinti, ahol szerves hulladékok kerülnek alkalmazásra.

lap tetejére

Fermentorok (biogáz-reaktorok)

A folyékony fázisú anyagokat szivattyú, a szilárd fázisúakat megfelelő adagoló berendezés továbbítja rendszeres időközönként a fermentorként üzemelő, általában átfolyó rendszerű, függőleges vagy vízszintes elrendezésű, hengeres vagy téglatest alakú, hőszigetelt vasbeton (vagy acél) tartályba.

A fermentorok (erjesztő tartályok) kialakításával szembeni legfontosabb követelmények:

  • levegő kizárása,
  • folyadék- és gáztömör konstrukció,
  • szabályozható fűtés,
  • kéreg- és zónaképződés, kiülepedés megakadályozása (keveréssel),
  • szubsztrátumok biztonságos be- és kitárolása ill. áthaladása,
  • szükséges tartózkodási idő biztosítása.

A fermentorban levegő kizárásával, lassú, szakaszos vagy folyamatos keverés mellett, általában 37 - 38 C° (u.n. "mezofil") hőmérsékleten elkezdődik ill., megvalósul a szerves anyagok lebomlása. Vannak magasabb, 54 - 55 C° hőmérséklet-tartományban (u.n. "termofil") üzemelő biogáz fermentorok is. A termofil biogázüzemek gázkihozatala lényegesen  magasabb a mezofil tartományban üzemelőkhöz viszonyítva, és a szubsztrátumok lebontási ideje rövidebb. A termofil tartományban működő mikrobiológiai rendszer azonban igen érzékeny a hőmérséklet változásokra, ezért a termofil üzemvitel megbízható hőmérséklet szabályzást és nagy tapasztalatot igényel. Az alapanyag összetétel arányát és minőségét csak fokozatosan és körültekintően szabad változtatni. A mezofil rendszerek ezzel szemben nagyobb ingadozásokat is képesek elviselni az üzemvitelben, kevésbé érzékenyek az alapanyag összetételére, biztonságosabb az üzemeltetésük.

A fermentorok fűtése a tartály falára (vagy alaplapjára) erősített acél- vagy műanyag csövek segítségével oldható meg. A műanyag kivitelezés olcsóbb, hővezető képessége azonban rosszabb a drágább acél csövezéshez viszonyítva. Egyes rendszerekben külső hőcserélőn keresztül valósítják meg az üzemhőmérséklet fenntartásához szükséges hőközlést. A fermentorok hőenergia fogyasztása a betáplált alapanyagok hőmérsékletétől, a fermentor konstrukciójától és a hőszigetelés hatékonyságától függ.

Vannak egylépcsős és kétlépcsős biogáz technológiák. Az egylépcsős változatban általában álló hengeres fermentorokat alkalmaznak, ezekben a lebontási folyamat egyes szakaszai azonos térben valósulnak meg. A kétlépcsős technológiai megoldások esetében első lépcsőként gyakran fekvő elrendezésű fermentorok szolgálnak.

A fekvő elrendezés révén az u.n. "plug flow" vagy "Propfenstrom", "dugóáramlás" jön létre, amelynek lényege az, hogy a frissen beadagolt szubsztrátum úgy halad át a fermentoron, mint egy dugó egy csövön. A friss szubsztrátum így kevésbé keveredik a már részben erjesztett anyaggal, a higienizáló hatás is jobban érvényesül. A "plug-flow" fermentorban a lebontási folyamat egyes szakaszai jobban elkülönülnek egymástól, hatékonyabb működést eredményezve. Ezekben a viszonylag kis térfogatú fekvő elrendezésű fermentorokban hatásosabb lebontást lehet megvalósítani, így az alapanyagok átlagos szárazanyag tartalma 18-19%-ig növelhető.

A keletkező biogáz általában a folyadék fázis feletti gázgyűjtő térben gyűlik össze, ahonnan folyamatosan elvezetik azt.

A kétlépcsős technológiákban a fermentációs massza az első fermentorból általában az utófermentorként funkcionáló, átfolyó rendszerű, függőleges elrendezésű, hengeres, hőszigetelt, fűtőcsövekkel ellátott, mezofil (vagy termofil) hőmérsékleten üzemelő betontartály(ok)ba kerül át. Az utófermentorokban folytatódik ill., befejeződik a szubsztrátumok szerves anyagának lebomlása és a biogáz képződés.

Az Első Magyar Biogáz Kft. a megbízó rendelkezésére álló alapanyagok összetétele és egyéb kapcsolódó szempontok alapján ajánlja az adottságoknak leginkább megfelelő fermentor konstrukciókat és méreteket.

lap tetejére

Biogáz tárolás

A biogáz üzemekben általában 2 - 12 órai termelésnek megfelelő térfogatú biogáz tárolókat alakítanak ki. Nagyobb mennyiségű biogáz tárolása általában nem gazdaságos, a kapcsolt áram- és hőtermelő berendezések folyamatosan működnek. Legalább 2 órányi mennyiség tárolására elegendő kapacitás létrehozása azonban mindenképpen szükséges, hiszen a biogáz képződés nem egyenletes.

A biogáz tárolására a gyakorlatban négy megoldást alkalmaznak:

  • gáztároló fóliazsák a fermentor(ok) fölötti tetőtérben elhelyezve,
  • gáztároló fóliazsák külön könnyű szerkezetes fémtoronyban vagy épületben elhelyezve,
  • fermentorok légterét hermetikusan lezáró kettős fóliakupola,
  • kettős, felfújható fólia tároló.

Az Első Magyar Biogáz Kft. a biogáz tárolás valamennyi változatának megvalósításában partnerei rendelkezésére áll.

lap tetejére

Biogáz tisztítás, víztelenítés

A keletkező biogázt leggyakrabban a fermentorok folyadék fázisa felett kialakított gázkupolában gyűjtik össze.

A fermentorokból kikerülő meleg biogáz vízgőzzel telített. A biogázban lévő vízgőz a hideg biogáz vezetékben kicsapódik. Ennek érdekében a talajban futó biogáz vezeték hossza legyen legalább 50 méter, esése pedig legalább 1%. A biogáz vezeték legmélyebb pontján fagymentes kondenzvíz leválasztót kell beépíteni. Föld felett húzódó nedves biogáz vezetékek esetében - a vízleválasztás érdekében - szükség van külön hűtésre. Ebben az esetben a gázt egy berendezésben lehűtik, aminek következtében a nedvességtartalom kicsapódik.

Gyakori megoldás a biogáz biológiai kéntelenítése az álló hengeres fermentorok felett elhelyezett gázkupolákban, ahová a kénhidrogént lebontó aerob baktériumok életfeltételeinek megteremtése érdekében kis mennyiségű levegőt adagolnak. A biológiai kéntelenítés megvalósítható külön kéntelenítő toronyban is. A biogáz kéntelenítésére kémiai módszerek is alkalmazhatók.

A biogáz megfelelő tisztítás és előkezelés után felhasználható gépjárművek üzemanyagaként vagy betáplálható a földgáz hálózatba, ha abból az előbbieken túl a széndioxidot is eltávolítjuk.

Az Első Magyar Biogáz Kft. a beruházók és üzemeltetők rendelkezésére áll a legmegfelelőbb biogáz tisztítási és víztelenítési módszerek kiválasztásában, ezen belül a földgáz ill. motorhajtóanyag minőség elérésére szolgáló technológiai megoldásokat is tud ajánlani.

lap tetejére

Kapcsolt áram-és hőtermelés

A biogázt, víztelenítést követően, általában a folyamatos üzemű kapcsolt villamos áram- és hőtermelő berendezésben (kogenerációs berendezésben) égetik el. Kisebb biogáz üzemekben előfordul, hogy a biogázt közvetlenül használják fűtőanyagként, villamos áram termelés nélkül.

A biogáz üzemekben alkalmazott kogenerációs berendezések három típusra oszthatók:

 

Típus Benzinmotor Dieselmotor Dieselmotor olaj-
  Otto gázmotor Otto gázmotor befecskendezéssel
       
Árszint alacsony Nagyon magas magas
Hatásfok 20 - 25 % 30 - 35 % 30 - 38%
Élettartam alacsony Közepes közepes
Zajszint közepes zaj Erős zaj erős zaj
Koromképződés nincs Nincs van
Szervízigény magas Csekély magas
Gyújtóolaj felhasználás nincs Nincs kb. 10 %
Tartalék üzemanyag PG gáz PB gáz gázolaj
  (benzin)   (növényolaj)
Teljesítmény tartomány (kW) 5 - 30 > 150 30 - 200

Az összehasonlító táblázatból is kiderül, hogy a legjobb speciális gázmotorokat alkalmazni az alacsony károsanyag kibocsátás és a magasabb hatásfok figyelembe vételével. A növekvő olajárak miatt a gázolaj befecskendezésű motorok üzemeltetési költsége is növekszik. A gázmotorok élettartama igen változó, megfelelő karbantartás mellett akár 60.000 üzemórát is képesek teljesítménycsökkenés nélkül működni. A nem megfelelően karbantartott berendezés viszont hamar veszít elektromos teljesítményéből és ezáltal csökken az üzem árbevétele is. A motorok rendszeres, szakszerű, megelőző karbantartása az üzemeltető elsőrendű érdeke.

A motorok élettartamának növelése érdekében célszerű törekedni a lehető legalacsonyabb kénhidrogén tartalom elérésére a biogázban. A motorgyártók általában max. 150 ppm értéket írnak elő, de érdemes max. 50 ppm H2S koncentrációt biztosítani a gázban.

Az Első Magyar Biogáz Kft. rendelkezik azokkal a piaci ismeretekkel és kapcsolatokkal, amelyek alapján a beruházóknak szakmailag megalapozott tanácsot tud adni az tervezett biogázüzem adottságainak legmegfelelőbb blokkfűtőberendezés kiválasztásához.

lap tetejére

A lebontási maradék tárolása

A folyékony fázis a fermentorból az utótárolóba kerül. A végtermék bio tágyaként (biohumuszként) hasznosítható. A tároló tartály méretezésénél figyelembe kell venni a lebontási maradék tárolására vonatkozó hatósági előírásokat és a növénytermesztés trágyázási igényeit. Az újabb, nagyobb méretű biogáz üzemekben a végtároló tartály(oka)t fix tetővel vagy fóliasapkával látják el a nitrogénveszteség csökkentése és a tárolás során még esetleg keletkező biogáz felfogása érdekében.

A lebontási maradék fázisbontása mellett számos érv szól, ebben az esetben egy szilárd és egy folyékony fázis keletkezik. Vannak megoldások a folyékony fázis tisztítására is, amelynek eredményeképpen természetes vizekbe engedhető vagy technológiai folyamatokban felhasználható vizet lehet előállítani.

Az Első Magyar Biogáz Kft. rendelkezik azokkal az ismeretekkel, amelyek alapján a beruházóknak ill. üzemeltetőknek szakmailag megalapozott tanácsot tud adni a legkedvezőbb fermentációs maradék kezelési és hasznosítási megoldások kiválasztásához.

lap tetejére

Fáklya

A biogáz üzemet a vonatkozó hatósági előírások függvényében fáklyaberendezéssel is el kell látni, amely biztosítja a biogáz biztonságos elégetését esetleges üzemzavar esetén. A biztonsági berendezések közé tartozó gázfáklya rendeltetése, hogy a normális gázfogyasztó (kapcsolt villamos áram és hőtermelő berendezés) kiesése esetén a már nem tárolható biogázt biztonságos módon elégesse.

lap tetejére

Folyamatirányítás, ellenőrzés

A biogáz üzemek működését folyamatosan ellenőrizni kell. A következő paraméterek rendszeres mérésére mindenképpen szükség van:

  • alapanyag mennyisége
  • alapanyag szárazanyag tartalma (változás esetén)
  • hőmérséklet (fermentorokban, fűtőberendezésekben)
  • keletkező biogáz mennyisége
  • biogáz összetétel (metán, szén-dioxid, kénhidrogén, esetleg oxigén)
  • fermentációs massza pH értéke
  • a blokkfűtőerőmű állapota, füstgázok összetétele
  • saját villamos áram fogyasztás

A célszerűen megválasztott mérőberendezések segítségével a biogázüzem legfontosabb működési paramétereit mérni és rögzíteni kell. A bevitt alapanyagok mennyiségének pontos ismerete és nyilvántartása elengedhetetlen, hisz ebből lehet tudni, hogy az üzem hogyan reagál a megváltozott alapanyag összetételre. A fermentorokban uralkodó pH viszonyok és az illékony szerves savak aránya előre jelzik, ha a mikrobiológia folyamatok megváltoznak. Ezek a paraméterek hamarabb megváltoznak, mint a gáz összetétele, ezért még óvintézkedések foganatosíthatók, mielőtt a gáztermelésben zavarok következnek be. A gáz összetételének és mennyiségének mérése szintén nagyon fontos a megfelelő működéshez. A biogázüzemben elhelyezett saját, meghatározott időközökben mérő gázelemző műszer beépítése nem kötelező, de használata jelentősen megkönnyíti és biztonságosabbá teszi az üzemvezetést. Az üzemviteli adatok folyamatos rögzítése és elemzése révén feltárhatók az összefüggések a felhasznált alapanyagok mennyisége, minősége és a megtermelt biogáz mennyisége, összetétele között. A gázösszetétel és a fermentációs köztitermékek analízise általában az erre specializálódott minőségellenőrző laboratóriumok szolgáltató feladata, mivel a mérésekhez szükséges berendezések drágák és szakképzett személyzetet igényelnek.

A folyamatirányítás legfontosabb elemei:

  • szubsztrátumok rendszeres betáplálása
  • fermentorok üzemhőmérsékletének szabályzása
  • keverő-berendezések ki- bekapcsolásának szabályzása
  • gáztisztítás szabályozása
  • blokkfűtőerőmű ki- és bekapcsolása.

A korszerű biogáz üzemekben kiépített automatikus folyamatirányításnak köszönhetően az üzemeltetőre az alapanyag betáplálási feladatokon túlmenően általában már csak megfigyelési feladatok hárulnak.

A biogáz üzemek hatékony működésének kulcskérdése a mikroorganizmusok optimális életfeltételeinek folyamatos fenntartása. Az Első Magyar Biogáz Kft. az alapanyagokból és a fermentorokból rendszeresen vett minták, valamint az üzemviteli adatok elemzése révén folyamatos biotechnológiai tanácsadással segíti megbízóit a legmagasabb biogáz hozam elérése érdekében.

lap tetejére