Bioplin je v splošnem zelo podoben CNGju
Opis
Bioplin nastaja pri predelavi organskih snov, ki jo vršijo mikroorganizmi ob odsotnosti kisika. Ti procesi se vršijo v fermentatorjih, kjer so organske snovi, organski odpadki in biomasa podvrženi mikrobiološki obdelavi in ob tem nastaja bioplin ter kompost, ki ga je mogoče uporabljati tudi kot gnojilo.
V fermentatorjih nastali bioplin se lahko uporablja kot
• gorivo za vozila
• gorivo za motorje, ki ženejo generatorje
• za pridobivanje toplotne energije
• za dodajanje v sistem oskrbe z zemeljskim plinom
Bioplin, ustrezno predelan, da se ga lahko uporablja kot gorivo, je v osnovi po kemijski sestavi enak kot zemeljskemu plinu. Že v svojem surovem stanju vsebuje 80% metana in nato po ustrezni predelavi se ta odstotek povzpne na raven kakšno ima prečiščen zemeljski plin. Vozila, ki uporabljajo zemeljski plin uporabljajo povsem enako tehnologijo, saj je tudi sestava bioplina povsem enaka sestavi zemeljskega plina. Opazna razlika je le pri obdavčitvah, saj zemeljski plin ni obnovljivi vir energije, medtem ko bioplin spada med obnovljive vire energije. Strogo tehnično gledano lahko majhen del bioplina nastane tudi iz neobnovljivih organskih snovi, vendar je ta odstotek zanemarljiv.
Ob bioplinu se lahko kot gorivo delno uporablja tudi deponijski plin, vendar so postopki čiščenja toliko zahtevni, da se večina držav raje odloča za koriščenje bioplina v namene pridobivanja elektrike in toplote. V tem primeru ni potrebno iz deponijskega plina izločati tolikšnih količin primesi. V nasprotnem primeru, ko se deponijski plin kljub vsemu uporablja kot gorivo, se za njegovo pripravo uporabljajo enaki postopki kot pri bioplinu [18,19].
Mnogo lažje kot čiščenje deponijskega plina pa je že v osnovi preprečevanje njegovega nastajanja in sicer z uporabo organskih snovi v fermentatorjih v nasprotju z njihovim odlaganjem. Tako pridobimo že v osnovi bioplin in se izognemo nastajanju deponijskega plina.
Poskusi na tem področju so se vršili že konec 90tih let prejšnjega stoletja in sedaj ni več velikih raziskovalnih izzivov na tem področju [13]. Tehnologija je razvita, sedaj je samo vprašanje njene promocije in njenega uvajanja. V Skandinaviji so že storili prve korake na tej poti in že nadomeščajo zemeljski plin v javnih transportnih vozilih z bioplinom. Največji takšen projekt je uvajanje tega goriva v Stockholmu [18]. Bioplin je obnovljivi vir energije in kot tak ekološko mnogo bolj sprejemljiv kot fosilna goriva.
Priprava goriva
Bioplin lahko pridobimo iz organske biomase (koruza, travniške trave, detelja, krmna pesa, listi sladkorne pese, sončnice, ogrščico), hlevskega gnoja in gnojevke, klavniških odpadkov in organskih komulanih odpadkov. Zaradi zelo velike občutljivosti mikroorganizmov, ki predelujejo organske snovi v anaerobnem okolju in izločajo ob tem metan, na toksične snovi, je potrebno vedno zagotoviti njihovo odsotnost v vstopajoči materiji. Tipičen primer ustavitve delovanja mikroorganizmov je prisotnost antibiotikov v gnoju živali, ki ga te zaužijejo z hrano.
V bioplinskih postrojih je mogoče energetsko izrabiti vse vrste biomase, od čiste gnojevke do povsem rastlinskega substrata. Organsko biomaso je mogoče dovajati v fermenter skozi celo leto bodisi svežo ali kot silažo. Izplen bioplina znaša pri travi okoli 400 litrov na kilogram suhe snovi, kar je dvakrat toliko, kot ga je mogoče proizvesti zgolj z gnojevko in s hlevskim gnojem. Razgradnja vrelne mase in s tem izplen fermentacije je odvisna od substrata in njegovih sestavin. Dobro se razgrajujejo maščobe, ogljikovi hidrati in proteini, manj pa vlaknine, kot npr. oleseneli ali starejši deli rastlin.
Sproščanje bioplina poteka v procesu anaerobne digestacije (fermentacije), pridobljeni plin pa ima podobne lastnosti kot zemeljski plin in ga lahko uporabimo za
proizvodnjo toplote in električne energije ter kot pogonsko gorivo za vozila.
Bioplinski sistem je sestavljen iz več komponent. V zbirni jami se zbira substrat (gnoj, gnojevka in drugi biološki odpadki). Potopni rezalnik celotno maso zmelje in premeša. Dobljena masa s sistemom prečrpavanja (črpalna postaja) preide do
osrednjega dela naprave – fermenterja (digestor), ki je toplotno izoliran, plinotesen ter opremljen s stenskim ogrevanjem. Polnjenje fermenterja izvajamo praviloma dvakrat dnevno. Pri temperaturi od 35 do 55 ° C poteka proces fermentacije. Čas fermentacije je različen in je odvisen od sestave substrata. Sveže dodan substrat nato potiska maso iz prvega v drugi fermentor (postfermentor), iz njega pa se skozi drug črpalni jašek prečrpava v končni zbiralnik za ostanek. Ostanek po fermentaciji ne vsebuje nitratov, zato je dragoceno biološko gnojilo, ki ne povzroča ožigov zelenih listov in je skoraj brez vonja. Postfermenter je najpogosteje enako velik kot fermentor, plinotesen ter opremljen z mešalno napravo. Praviloma ga ni potrebno ne ogrevati ne toplotno izolirati.
Bioplin se iz fermentatorja in postfermenterja skladišči v zbiralniku plina (plinohram), ki je namenjen njegovemu skladiščenju, saj proizvodnja in raba bioplina ne potekata sočasno. Približno 20 odstotkov količine pridobljene energije je potrebno za lastno ogrevanje fermenterja, ostanek pa se lahko porabi kot gorivo v vozilih.
Bioplin in deponijski plin imata naslednjo kemijsko sestavo, ki pa se po njuni obdelavi ne sme bistveno razlikovati od sestave zemeljskega plina:
Bioplin in deponijski plin je smiselno pripraviti do zahtevane kvalitete zaradi sledečih razlogov:
• Doseganje višje kurilne vrednosti
• Doseganje daljšega dosega vozil, ki uporabljajo to gorivo
• Doseganje enakomerne kvalitete goriva
• Preprečevanje korozivnega delovanja kislin v motorjih
• Preprečevanje abrazij s trdimi delci v motorju
Pri obdelavi bioplina je potrebno doseči temeljne cilje, ki pogojujejo njegovo uporabo v motorjih z notranjim zgorevanje. V kolikor ti cilji niso doseženi se pojavijo težave pri delovanju vozil:
• Odstranitev vlage: nevarnost zamrzovanja med hrambo in v cevovodih, korozivno delovanje
• Odstranitev CO2: lažje doseganje nižjih emisij NOx, večji potovalni doseg vozila, enake zgorevalne lastnosti ostalim gorivom
• Odstranitev H2S: zmanjšanje korozivnega delovanja, zmanjšanje emisij SOx
• Komprimiranje do ustreznega tlaka (v 3 stopnjah do 250 bar – tlak surovega bioplina 0.05÷0.5 mbar/folijski plinohram, 20÷50 mbar/gasometer)
• Odstranitev siloxanov, halogeniranih CH ter kisika v primeru deponijskega plina (6÷12 vol.% O2, 60%CH4 – meje eksplozivne zmesi)
Kljub jasnim ciljem, ki jih ima obdelava bioplina, si posamezne države zalo različno predstavljajo zahteve, ki jih mora obdelan bioplin izpolnjevat. Do odstopanj prihaja predvsem zaradi različnih zakonodaj, ki jih imajo posamezne države za opredeljevanje področja izrabe zemeljskega plina ter zaradi različnih tehnologij, izkušenj ter možnosti, ki jih imajo na voljo.
Tehnologije za odstranjevanje CO2:
• Fizikalna absorbcija (Water srubbing)
• Kemična absorbcija (Polyethylene glycol scrubbing)
• Adsorbcija na ogljikovih molekularnih sitih (PSA =Pressure swing adsorption)
• Membranska separacija (visokotlačna plinska in nizkotlačna plinsko – kapljevinska absorbcijska)
• Kriogena frakcijska destilacija
Tehnologije za odstranjevanje H2S:
• Mikrobiološka desulfurikacija (2÷6% zraka v bioplin v digestorju, redukcija H2S do 95%)
• Biološki filtri ( v večjih napravah, protitok kapljevitega substrata in bioplina z dod. zrakom po filtrirni plasti)
• FeCl3 (dodajanje v substrat, drago obratovanje, groba redukcija, kot obvezna predfaza odstranjevanja CO2)
• FeOx (kasneje regeneracija z zrakom, običajno dva izmenična filtra, tudi v obliki iveri ali pelet)
• Adsorbcija na aktivnem oglju
• Fizikalna absorbcija (z vodo)
• Kemična absorbcija (polietilen-glikol, NaoH)
Obdelano gorivo je pred uporabo potrebno še komprimirati, nato pa je enako uporabno kot zemeljski plin in se lahko z njim tudi še meša.
Vpliv na okolje
Bioplin zgoreva zelo čisto in z mnogo manjšimi emisijami škodljivih snovi kot bencin ali dizelsko gorivo. Edina nevarnost za okolje je njegovo direktno izhlapevanje v atmosfero, saj je metan eden najnevarnejši toplogrednih plinov.
Ob premisleku je seveda jasno, da bi metan, ki lahko izhlapi v atmosfero med procesom proizvodnje ali obdelave bioplina, v atmosfero vstopil tudi v primeru, če bi neobdelana biomasa razpadala na prostem. Takšen proces je seveda normalen naraven proces. Torej ves metan, ki ga uspemo proizvesti in nato porabiti v energijske namene kot gorivo v vozilih, ne doprinese k neto bilanci toplogrednih plinov ničesar.
Nasploh pa je treba ob vplivih bioplina na okolje upoštevati več faktorjev. Posredni pozitivni doprinosi k okolju niso samo v zmanjšanih emisijah ampak tudi:
• V zmanjševanju količine organskih odpadkov
• Posrednem preprečevanju nastajanja deponijskega plina, če bi bili ti odpadki odloženi na klasične deponije
• Enostavna obdelava nekaterih posebnih odpadkov kot so klavniški odpadki
• Pridelava odličnega gnojila za kmetijske površine
• Zmanjševanje smradu gnojevke
• Energetsko izkoriščanje gnojevke, ki se zaradi nitratnih odredb ne bi smela odlagati na kmetijske površine
Že samo pomislek, da lahko javni avtobusi izkoriščajo energijo pridobljeno iz odpadkov pa pove dovolj o resnični ekološki vlogi bioplina kot goriva.
Ekonomska primerljivost s konvencionalnimi gorivi
Ekonomsko gledano se sama proizvodnja bioplina v namene goriva v vozilih ne obrestuje, a seveda ob tem niso upoštevani vsi faktorji, ki opredeljujejo celoten problem.
Predvsem se ne upoštevajo stroški, ki jih drugače prinese obdelava bioloških odpadkov samih. V primeru, da upoštevamo stroške, ki jih prinese izdelava odplinjevanja deponij, postopki za obdelavo posebnih organskih odpadkov, obdelava odpadkov v mesno pridelovalni industriji, obdelava prekomernih količin gnojnice, ki ne bi smela biti odlagana na kmetijske površine in še kopico ostalih posrednih faktorjev pa se ekonomska opravičljivost bioplina zdi že zelo realna.
Ko ob vsem tem prištejemo še obdavčitve na ekološko manj sprejemljiva goriva in trend naraščanja cen fosilnih goriv pa je pričakovati, da se bo že v bližnji prihodnosti proizvodnja bioplina izkazala za rentabilno [13].
Razširjenost in projekcija prihodnosti
V Evropi sta se pionirsko začela projekta uporabe bioplina v mestih Lille in Stockholm, kjer je trenutno približno 200 avtomobilov, ki skoraj izključno koristijo kot gorivo bioplin. Skoraj izključno vsa vozila v obeh projektih so javnega značaja, torej avtobusi in taksiji. Trenutno obstaja tudi nekaj projektov, ki predvidevajo uporabo bioplina v transportnih vozil širom Evrope, vendar še niso popolnoma zaživeli. Prav tako se v nekaterih državah bioplin meša k zemeljskemu plini in se ga tako del porabi tudi v prometu.V prihodnosti se pričakuje zaradi predpisov, ki so jih sprejele države članice Evropske skupnosti, ki opredeljujejo najmanjši možni delež obnovljivih virov goriv v transportu, da se bo število vozil, ki bodo uporabljala bioplin povečalo. Zavezo bo v vsakem primeru težko izpolniti in med vsemi ostalimi obnovljivimi viri goriv bo svoje mesto sigurno našel tudi bioplin. Bioplin se razen v Evropi uporablja izključno še samo v Združenih državah Amerike [2,13,7].
Zaradi problem pri ravnanju z odpadki in predpisi, ki določajo, da v odloženih odpadkih ne sme delež aktivnega ogljika presegati 5%, je potreba po obdelavi teh odpadkov nujna. Enako velja tudi za obdelavo gnojev in gnojnice, saj neobdelani presegajo omejitve vnašanja nitratov v kmetijske površine. Pot v proizvodnjo bioplina je torej jasno začrtana in logično je pričakovati, da se bo to področje hitro širilo [2,18,19].
Problemi z organskimi odpadki in nuja po uveljavljanju obnovljivih virov energije dajeta zelo trdne temelje za širitev proizvodnje bioplina kot goriva in gotovo bo v Evropi kmalu mnogo več mest, kjer bodo avtobusi porabljali bioplin, kakor ga v Stockholmu.
Nekdanji alfist....kaj pa človek drugega preostane.