Biogáz üzemek és a biogáz előállítás technológiája

A biogáz üzemek között megkülönböztetünk energiatermelő, vagy szemét „eltüntető” – újrahasznosító működési céllal épült telepeket. A legtöbb helyen mindkét irányvonal jelen van, ugyanakkor az előzőekben felsorolt szempontok az alapanyag és a technológia különbözősége miatt specifikus optimalizálásra szorulnak. Egyformán fontos törekvés a környezetbarát szemlélet és a kiszámítható, nyereségorientált ágazat működtetése [10,11].

A biogáz üzemek csoportosíthatók működési módjuk alapján a szubsztrátum rátáplálásának időszaka (folyamatos, szakaszos, kombinált), az alapanyagok szárazanyag-tartalma (nedves, félszáraz), az építési mód, azaz elrendezés (függőleges, vízszintes, cső), a fermentáció során biztosított hőmérséklettartomány (mezofil, termofil), a szervesanyag degradációs időtartama (2 nap–25 év), és még további szempontok szerint is [12,8].

Magyarországon zömében folyamatos üzemű, vegyes alapanyag összetételű, függőleges elrendezésű, 25–45 napos tartózkodási idővel működő mezofil fermentorok működnek.

Három biogáz üzemcsoportot különíthetünk el az alapanyagok feldolgozásának szempontjából:

– kommunális hulladék szerves részét, – szennyvíztelepek iszapjait,

– mezőgazdaságból származó alapanyagokat feldolgozó üzemek.

Az első két alapanyag forrása a depóniatelepek és a szennyvíztisztító üzemek által biztosított.

Mezőgazdasági jellegű alapanyagok hazánk fejlett mezőgazdaságának, valamint állattartási hagyományának köszönhetően szintén nagy mennyiségben állnak rendelkezésre.

a., Depóniatelepek

A hulladéklerakók (depóniatelepek) alapanyag összetétele igen különböző. Részarányuk Magyarországon az európai átlaghoz képest is alacsony: 10% körüli [13]. A szeméttelepeken működő biogázt hasznosító üzemek gyakorlatilag a már lezárt depóniába fúrt függőleges állású csőrendszerből és a telep közelében létesített gáz hasznosítóból, általában gázmotor részlegből állnak (5. ábra) [10].

5. ábra Gázkutak gyűjtőcsonkja egy működő depóniagáz telepen (Forrás: Saját kép)

b., Szennyvíztelepek

Az Európai Unió átlagához képest Magyarországon arányaiban több szennyvíziszap alapú biogáz üzem működik. A 2009-es adatok szerint a szennyvíz alapú biogáz termelés az össztermelés 34%-át adja [13]. Magyarországon már az ezredfordulón közel 20 szennyvíztelepen történt biogáz előállítás [14].

6. ábra Függőleges elrendezésű rothasztó torony egy szennyvíztelepen (Forrás: Saját kép)

A szennyvízből nyert biogáz termelésének technológiája a depóniagáz kinyerésének technológiájától jelentősen eltér. A fermentációs körülményeket nem a földön keletkező hulladékkupac belső

„természetes” kialakítása biztosítja, hanem a szennyvíztelepeken működő magas elrendezésű anaerob rothasztó tornyok (6. ábra). Szubsztrátuma főként a telepre érkező szennyvíziszap. A fermentálandó alapanyag két részből tevődik össze: a telepre érkező friss iszapból és a biológiai tisztításon már átesett fölös iszapból. A biogáz hozam növelését a szennyvíziszapra jellemző úgynevezett fonalasodás kialakulását megakadályozó ultrahangos kezeléssel, vagy új mechanikus aprítási technológiákkal igyekeznek biztosítani. Napjainkban a szennyvíztisztító üzemekben a rothasztási hatásfok növelése érdekében egyre több helyen jelennek meg iszapkezelő gépek. A hatékonyságot növelő berendezések a mezőgazdasági alapú üzemek technológiai sorrendjébe is kívánkoznak.

c., Mezőgazdasági alapanyaggal üzemelő biogáz üzemek

Az Európai Unión belül, a mezőgazdasági alapanyagra épülő biogáz üzemek termelése az összes biogáz termelés több mint 60%-át teszik ki [13]. Magyarországon is ezen üzemtípusok terjedtek el leginkább. Előfordul a tisztán növényi és élelmiszeripari melléktermékre (pl.: Kaposvár – Magyar Cukor Zrt., Kecskemét – Pilze–Nagy Kft., 7. ábra) vagy állati eredetű trágya felhasználására (Pl.:

Nyírbátor – Bátortrade Kft., Pusztahencse – Mil–Power Kft.) épülő üzem is. Az üzemek méretét általában a megtermelt gázból nyerhető, gázmotorokban előállított elektromos áram mennyisége

18

jellemzi. Ez alapján gyakori a 0,2–1 MW–os (gázmotor(ok)kal rendelkező) üzemméret. A legnagyobb hazai a 2011–ben átadott szarvasi biogáz üzem, mely 4,2 MW elektromos áramkapacitással és a hozzá kapcsolódó hasonló mértékű hőenergiával bír [15].

A jelentős beruházási költségek miatt a nagyobb kapacitású 1–4 MW teljesítményű üzemek térülnek meg gyorsabban. Ugyanakkor kb. 2 MW felett a szükséges alapanyag mennyisége helyben nehezen biztosítható. Kellő mennyiségű alapanyag hiányában pedig az üzem nem tud teljes kihasználtsággal működni.

7. ábra Mezőgazdasági alapanyaggal üzemelő, lapos elrendezésű biogáz üzem Kecskemét – Pilze-Nagy Kft. (Forrás: Saját kép)

A mezőgazdasági szubsztrátummal működő biogáz üzemek a fermentáció beindításához szennyvíz iszapot használnak oltóiszapként (pl.: dömsödi biogáz üzem – ELMIB Zrt.). Az üzemeltetők egybehangzó véleménye, hogy a megfelelően kifejlődött baktériumkultúra állandóságához javasolt az állandó receptúra. A szubsztrátum összetevőjét a helyben adódó lehetőségek és a beadagolásra váró anyagok szervesanyag-összetétele befolyásolja. Ez abból adódik, hogy a fejlődő biogáz mennyisége nagyban függ például a szén–nitrogén (C/N) aránytól, melynek optimális értéke 18–28 között van.

[16] Egyre kevésbé jellemző a tisztán egy alapanyagra épülő fermentáció, helyette a több féle alapanyagú kofermentáció terjed rohamosan, mellyel kiválóan növelhető a gázkihozatal mértéke [8].

A stabil, kiszámítható szubsztrátum, hígtrágya vagy szennyvíziszap mennyiséghez a saját állattartótelep és az üzemhez tartozó földterület nyújthat kellő biztonságot. Ennek hiányában a biogáz üzem kiszolgáltatott az időszakosan beszerezhető alapanyagok kínálatának, rákényszerül az időről-időre változó összetételű szubsztrátum fermentálására.

A 8. ábra ismerteti egy mezőgazdasági alapanyagú biogáz telep sematikus technológiai folyamatát, főbb állomásait és berendezéseit. Az állattenyésztésből és a növénytermesztésből keletkező szerves

„hulladékok” tárolása külön – külön történik. Keveréssel, darálással végzett homogenizálásukat követően kerülnek az alapanyagok a rothasztóba. Az alapanyag előkezelése történhet a rothasztó előtti nyersanyag és/vagy a két rothasztó közötti fermentlé esetében is. A fermentorok száma a lehetőségeknek megfelelően növelhető és sorba kötve különböző hőfokra állítva alkalmazható

(termofil és/vagy mezofil) a hatásfok növelése érdekében. A fermentorban képződött gáz többféleképpen hasznosítható. A gépházba érve gázmotor segítségével hő- és villamosenergiává alakul. A hőenergiát hasznosíthatják az üzem berendezései (fermentorok fűtése), a gazdálkodó telep egységei, esetleg egy közeli lakótelep révén. A villamosenergia a törvényben előírt módon, kötelező átvételi áron, előzetesen kötött szerződés alapján az országos rendszerbe kerül.

8. ábra Biogáz-telep sematikus vázlata [17]

Másik hasznosítási mód a biogáz kazánban történő elégetése. A gázkazán által előállított hőenergia további felhasználásra kerül. Lehetőség adódik a biogáz vezetékes földgázrendszerbe történő táplálására is. A vezetékes földgáz 98–99%-os metántartalommal rendelkezik. A nyers biogázban a metán kb. 55–70% tartalommal van jelen. A gáz többi, jelentős részét a széndioxid képezi. [8] Ennek tisztítására napjainkban már többfajta korszerű, versenyképes áron kivitelezhető és hatékonyan alkalmazható eljárás létezik. A tisztítást követően palackozva a gépjárművek üzemanyagaként is hasznosítható.

A fermentorból elvezetésre kerülő végtermék a fermentlé, ami kitűnő minőségű biotrágya is lehet.

Ez egy gyűjtő tározóból kerül értékesítésre, vagy a trágyázási időszaknak megfelelően visszakerülhet a gazdálkodó mezőgazdasági területeire, mint értékes mezőgazdasági tápanyag.