Agroenergetyka.pl

Energetyka, OZE w sieci: Agroenergetyka na FB
OZE grupa na FB / GL / Blog energetyczno - paliwowy
 
 
strona główna  Zarejestruj się  Ogłoszenia  Forum  Kontakt z Redakcją 


Artykuły
BIOGAZ
 

Pozyskiwanie biogazu z odpadów komunalnych

Data: 2010-01-03
Każdego roku w Polsce produkowanych jest ok. 10 mln. t niesegregowanych odpadów komunalnych, przy czym w grupie odpadów zmieszanych dominuje frakcja biodegradowalna (ponad 50%). Ponadto znacząca ilość odpadów zielonych z ogrodów i parków (liście, trawa), a także odpady z targowisk również deponowane są na składowiskach. Biodegradacja, a więc rozkład tych odpadów odbywa się na składowiskach, a jednym z produktów tego rozkładu jest metan – gaz o właściwościach palnych, który można wykorzystać do produkcji energii. Zakładając wydajność biogazu na poziomie 200 m3/t możemy obliczyć, że produkcja biogazu z biodegradowalnych odpadów w Polsce mogłaby wynieść miliard m3. Przyjmując 50% metanu w uzyskanym biogazie obliczymy, że teoretyczna ilość metanu to 500 mln. m3. Wartość energetyczna biometanu wynosi 36 MJ/m3, a więc zaniechanie odzysku biogazu z odpadów biodegradowalnych oznacza utratę 18 tys. TJ w skali kraju.

Bezproduktywne uwalnianie biometanu do atmosfery na składowiskach odpadów to nie tylko strata energii, ale też negatywny wpływ na środowisko, gdyż metan ma 21-krotnie większy wpływ na powstanie efektu cieplarnianego niż CO2, ponadto stwarza określone zagrożenia: wybuchowe, samozapłonu składowisk, zanieczyszczenia wód gruntowych, emisji odorów. Jednak pozyskanie biometanu z odpadów obarczone jest wieloma ograniczeniami organizacyjnymi i technologicznymi. Wyróżnić można dwa podejścia do problemu biodegradacji odpadów: odbiór biogazu uwalniającego się podczas ich rozkładu na wysypisku lub fermentacja odpadów w kontrolowanych warunkach przed zdeponowaniem pozostałości pofermentacyjnych.

Odzysk biogazu ze składowiska odpadów
W beztlenowych warunkach panujących na składowisku odpadów organiczna ich frakcja ulega rozkładowi, przy czym na większości krajowych wysypisk gaz ulatnia się do atmosfery. W optymalnych warunkach z jednej tony odpadów komunalnych może powstać około 400-500 m3 gazu składowiskowego. Jednak w rzeczywistości nie wszystkie odpady organiczne ulegają pełnemu rozkładowi, a przebieg procesu fermentacji metanowej zależy od wilgotności, składu, gęstości (ubicia) odpadów, wysokości ich składowania, temperatury i innych czynników. Przyjmuje się, że z jednej tony odpadów można pozyskać 200-250 m3 gazu składowiskowego o dużych wahaniach zawartości metanu (średnio ok. 45-65%). Ponadto w biogazie mogą występować w niewielkich ilościach azot, wodór, tlen, siarkowodór, tlenek węgla i amoniak. Gaz składowiskowy różni się od innych biogazów zawartością znacznej liczby śladowych substancji organicznych, których do tej pory wykryto około 300.
Odgazowanie składowiska odpadów może odbywać się w sposób pasywny lub aktywny. Odgazowanie pasywne polega na wykonaniu odwiertów (tzw. studni) w składowisku, przez całą jego głębokość i zainstalowaniu pochodni spalających gaz wydobywający się pod własnym ciśnieniem, lub tylko kominów wentylacyjnych (rys. 1). W odgazowaniu aktywnym studnie poboru gazu połączone są ze sobą kolektorami poziomym, a całość podłączona jest do odpowiednich urządzeń wytwarzających w układzie podciśnienie o stałej wartości. Metoda ta daje większą efektywność odgazowania i pozwala wykorzystać pozyskany gaz do celów energetycznych. W wyniku trwania procesów mikrobiologicznych z upływem czasu zmniejsza się ilość substancji organicznych w odpadach i tym samym następuje spadek ilości pozyskiwanego metanu oraz opłacalności jego pozyskiwaniu i wykorzystania energetycznego. Okres eksploatacji składowiska odpadów komunalnych w kierunku pozyskania biogazu ocenia się na ok. 20 lat. Istnieje możliwość odgazowania już istniejących składowisk, jak też instalacji systemów odgazowujących na nowo tworzonych składowiskach odpadów. Liczba składowisk wyposażonych w instalacje odgazowywania stale rośnie i w 2007 r. wyniosła 304 (tab. 1). Część instalacji wyposażona jest w urządzenia do produkcji energii cieplnej i/lub elektrycznej.

Tabela 1. Odgazowanie składowisk odpadów komunalnych w Polsce w 2007 r.


Źródło: Ochrona środowiska 2008, GUS Warszawa.

Ważnym elementem decydującym o podjęciu decyzji w sprawie utylizacji gazu i wyborze jej sposobu, jest określenie zasobów gazu oraz opracowanie prognozy jego produkcji. Prognozy te są opracowywane przy wykorzystaniu modeli matematycznych, a do obliczeń modelowych niezbędna jest baza danych o odpadach i wysypisku, takich jak: skład odpadów oraz sposób ich składowania, czas rozkładu, temperatura, pH, wilgotność i typ uszczelnienia wysypiska itp. W obliczeniach wykorzystuje się różne modele kinetyczne rozkładu substancji organicznych, a algorytmy, ze względu na trudności uzyskania odpowiednich informacji, zawierają zwykle znaczną ilość założeń upraszczających. Przygotowanie prognoz o wysokim stopniu wiarygodności przy braku systematycznie gromadzonych danych o składowanych odpadach i wysypisku, wymaga wykonania szeregu badań i pomiarów zmierzających do uzyskania możliwie pełnej charakterystyki danego składowiska. Z reguły prognozy te wymagają weryfikacji poprzez eksploatację próbną. W przypadku nowych składowisk można uzyskać znacznie większą trafność prognozy.


Rysunek 1. Schemat wykorzystania gazu składowiskowego
Źróło: Grzesik, 2005

W celu opracowania koncepcji odgazowania wysypiska pod kątem energetycznego wykorzystania gazu wysypiskowego należy przeprowadzić szereg badań i analiz:

* zebrać dane o wysypisku, głównie o ilości i jakości składowanych odpadów;
* oszacować aktualną produktywność gazową wysypiska oraz sporządzić prognozę zmian ilości i jakości gazu w czasie;
* dokonać analizy rozwiązań technologicznych możliwych do wprowadzenia w danych warunkach;
* oszacować negatywny wpływ wysypiska na środowisko i efekty ekologiczne wdrożenia rozważanych wariantów technologicznych;
* dokonać oceny ekonomicznej wariantów;
* wybrać optymalny z punktu widzenia ekologii i ekonomii wariant zagospodarowania.

W praktyce stosowane są trzy najważniejsze kierunki utylizacji gazu składowiskowego:

* wytwarzanie w kotłach gazowych gorącej wody lub pary,
* wytwarzanie energii elektrycznej przez spalenie gazu w silnikach lub turbinach,
* oddanie gazu do sieci dystrybucji lub przesyłowej po doprowadzeniu gazu do odpowiedniej jakości.

Jednym z przykładów zagospodarowania energii zawartej w odpadach jest instalacja odgazowania składowiska "Barycz" w Krakowie. Biogaz jest przetwarzany przez bloki energetyczne (1 blok o mocy 375 kWh oraz 2 po 250 kWh) na energię elektryczna i cieplną, wykorzystywane do eksploatacji kompostowni, sortowni, budynków zaplecza technicznego, zaś nadwyżki energii elektrycznej oddawane są do sieci energetycznej.

Fermentacja odpadów w kontrolowanych warunkach
Sterowana fermentacja metanowa odpadów polega na przeprowadzaniu beztlenowego, biochemicznego rozkładu substancji organicznej w bioreaktorze w ściśle kontrolowannych warunkach, a jej produktami są biogaz oraz pozostałość stała o własnościach nawozowych. W Europie wybudowano kilkadziesiąt zakładów, w których przetwarzane są na drodze fermentacji odpady zawierające więcej niż 10% wag. biofrakcji z odpadów komunalnych.
Technologia fermentacji odpadów komunalnych nie odbiega od technologii stosowanych w przypadku osadów ściekowych, wysoko obciążonych ścieków czy też odpadów z produkcji zwierzęcej (biogazowni rolniczych). Jedynie budowa reaktorów i dobór urządzeń peryferyjnych powinny uwzględniać wymagania specyficznego substratu, jakim są zmieszane odpady. Realizowane są zarówno technologie mezofilowe, jak i termofilowe, głównie jednostopniowe. Najwięcej zakładów zostało wybudowanych w Niemczech, przy czym są to głównie instalacje o małej przepustowości, podczas gdy w Belgii, Holandii i Francji dominują jednostki znacznie większe. W Polsce pierwsze instalacje powstały w Zgorzelcu i w Puławach – o przepustowościach odpowiednio: 10 tys. i 22 tys Mg odpadów komunalnych. Trzeci zakład unieszkodliwiania odpadów komunalnych metodą beztlenową budowano w Rzeszowie, jednak problemy finansowe spowodowały zahamowanie inwestycji.
Zakład w Puławach unieszkodliwia biodegradowalną frakcję wydzieloną z odpadów zmieszanych, wspólnie z osadem ściekowym. Technologia jest wysoce efektywna, jednak koszty inwestycji były znaczące, a wsparcie zewnętrzne – niezbędne (oprócz środków własnych budowa zakładu finansowana była przez Ekofundusz, NFOŚiGW, PFOŚiGW).

Kryteria wyboru technologii
Fermentacja, w przeciwieństwie do kompostowania była uważana do połowy lat dziewięćdziesiątych XX w. za technologię niedostatecznie rozpoznaną i kosztowną. Odpady przetwarzane były metodą tlenową, charakteryzującą się niższymi kosztami. Rozwój fermentacji oraz informacje uzyskiwane z eksploatacji różnych instalacji udowodniły, że beztlenowa utylizacja odpadów może stać się konkurencyjna w stosunku do kompostowania, szczególnie w przypadku odzysku energii. Stosowanie technologii beztlenowych jest szczególnie uzasadnione w przypadku dużych obiektów. Rozważając wybór metody utylizacji odpadów (kompostowanie lub fermentacja) należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
- ilość, rodzaj i skład chemiczny odpadów,
- warunki lokalizacyjne,
- akceptacja społeczna,
- możliwość zbytu produktu finalnego (kompost, biogaz),
- uwarunkowania przyłączenia instalacji do sieci energetycznej,
- możliwość pozyskania dofinansowania ze środków zewnętrznych.

Wybór metody zagospodarowania biodegradowalnej frakcji odpadów zależy od szeregu kryteriów, a przede wszystkim od specyficznych uwarunkowań lokalnych, które należy wziąć pod uwagę przy planowaniu rozwiązania problemu odpadów organicznych.
 
strona główna | polityka prywatności | nota prawna | partnerzy | kontakt | mapa serwisu | REKLAMA
Projekty HVAC | turbiny wiatrowe | Forum OZE
Copyright © Agroenergetyka.pl | design: Projekty internetowe