• Nem Talált Eredményt

A biogáz keletkezése [2]

In document Energetika (Pldal 80-84)

hasznosítható potenciálja, napenergia - biomassza - szélenergia - vízenergia - geotermikus energia

4. fejezet - A megújuló energiaforrások

4.2.6. A biogáz termelés, a biogáz felhasználása [4]

4.2.6.2. A biogáz keletkezése [2]

A biogáz a mikroorganizmusok, metanogén baktériumok életműködésének a terméke. A mentán baktériumok természetes életteret lelnek a mocsarakban, tenger mélyén és a bélrendszerben, kiváltképp a kérődzőknél.

Ezeken a természetes életterekben találhatók meg a mentán baktériumok létezésének élőfeltételei.

A mentán baktériumok élete anaerob körülmények nélkül elképzelhetetlen, azaz csak oxigéntől elzártan életképesek. Nedves közegre is szükségük van, létezésükhöz a kirothasztandó anyagok nedvességtartalmának 50

% felett kell lennie.

A megújuló energiaforrások

Életfeltételük fény hatására is csökken, létezésük harmadik feltétele tehát a sötétség.

További körülmények:

• megfelelően nagy telepítési felület.

• elegendő nitrogéntartalom a sejtek felépítéséhez.

• lúgos közeg (ph 7,0-7,6 között).

• 3 oC feletti hőmérséklet.

• Biogázt előállító metanogén baktériumok

A mentán baktériumoknak jelenleg tíz különböző fajtáját tudjuk megkülönböztetni. Ezek az élőlények heterotróf növények, szénszükségletüket szerves anyagból fedezik.

Tápanyagszállításuk ozmózissal meg végbe, mivel a sejtnedv általában nagyobb koncentrációjú, mint a környezet. Sejtmembránjaik pórusain át a víz és az oldott tápanyagok a sejtek belsejében jutnak, a disszimiláció végtermékei pedig kiléphetnek. A baktériumok kémiai összetétele hasonló a többi élőlényéhez. A szilárdanyag-tartalom átlagosan 53 %-át a szénszilárdanyag-tartalom adja, míg a vízszilárdanyag-tartalom 73-88 % körül ingadozik.

• Baktériumok szaporodása

A baktériumsejt élete során a következő fejlődési szakaszon megy keresztül:

• megduzzadás vízfelvétel révén,

• fejlődés és növekedés,

• kifejlődött sejtek osztódása.

A baktériumok tehát a sejtosztódással szaporodnak, melynek mértéke a rendelkezésre álló táptalajtól függ.

• A biogáz termelés kémiája, mikrobiológiája

Az anyagcsere fogalma a baktériumok létezéséhez szükséges biokémiai folyamatok összességét foglalja magába.

A számításba jöhető szerves anyagok többnyire nagy molekulájú vegyületekből épülnek fel. A metánbaktériumok azonban nem képesek ilyen nagy molekulájú anyagokat felvenni. Ezért a metánná és szén-dioxiddá való anaerob rothasztáskor ezek az anyagok egy többlépcsős bontási folyamaton mennek keresztül, melynek során a nagy molekulájú vegyületek kismolekulájú zsírsavakká és alkoholokká alakulnak, amit a metánbaktériumok már közvetlenül fel tudnak venni.

A biogáz-előállítás szempontjából a legfontosabb három fő vegyületcsoport: szénhidrátok, fehérjék és zsírok.

Az említett vegyületek teljes anaerob erjedési folyamatának biokémiája és mikrobiológiája még nem teljesen tisztázott.

Ezek a baktériumok exoenzimek segítségével a bonyolultabb molekulaláncot bontják.

A második szakaszban további baktériumcsoportok endoenzimek segítségével intracellulárisan az egyszerűbb molekulákat építik le. Így ezek a baktériumok a szerves anyagokat oldható zsírsavakra, alkoholra, szén-dioxidra,

hidrogénre, hidrogén-szulfidra, stb. bontják. A folyamat végeredménye a főleg metánból és szén-dioxidból álló, energetikai célokra hasznosítható metángáz.

A szerves anyagok anaerob lebomlásának egyszerűsített folyamatát a 4.11. ábra mutatja.

• A fermentációs befolyásoló tényezők

Az anaerob és nedves körülmények valamint a sötétség mellett a következő tényezőknek van döntő szerepe az anyagcsere folyamatokban:

• Hőmérséklet

• Nedvességtartalom

• Tápanyagtartalom

4.11. ábra - a biogáz képződés szakaszai és fázisai [3]

• A hőmérséklet

A biogáz előállítás mikrobiológiai folyamatainak és technológiáinak legfontosabb tényezője a hőmérséklet.

A kémiai reakció sebessége, a termelhető gáz mennyisége a különböző hőmérsékleti tartományokban eltérő.

Mezofil eljárás

A mezofil folyamatok 33-40 oC között zajlanak le. A dán technológiák többnyire ezt az eljárást alkalmazzák.

Termofil eljárás

A megújuló energiaforrások

A termofil erjesztés 40-66 oC között megy végbe. A folyamat kevesebb időt vesz igénybe, mivel a mikrobiológiai reakció sebessége nagyobb. A fejlődő gáz mennyisége akár 30-40 %-al több ugyanolyan szerves anyag lebontása esetén. Ezzel szemben a hőmérséklet optimum fenntartása nagyobb szabályozottságot igényel.

A termofil mikroorganizmusok ugyanis érzékenyebbek a külső körülményekkel szemben. Ez bonyolultabb erjesztő berendezés telepítését vonja maga után. A termofil eljárás olyan esetben célszerű, ha valamilyen termelési folyamatból kikerülő meleg szerves hulladékot közvetlenül a fermentálóba lehet adagolni. Az erjesztési folyamat megindításánál a hőmérsékletet csak lassan szabad emelni, maximálisan napi 2 oC-kal. Az optimum elérése után az egyenletes hőmérséklet fenntartása a folyamat hatékonysága szempontjából elengedhetetlen. Az optimum tartományon belül bekövetkező hőingadozás is a metán képződés csökkenéséhez vezet, a gyakori hőmérsékletingadozás pedig a biokémiai egyensúly felbomlását eredményezheti. A hőmérséklet 4 illetve 15 oC-ig történő csökkenése – a metán termelés leállása esetén – nem okozza a mezofil, vagy a termofil mikroorganizmusok pusztulását, csak tevékenységük csökken erősen, latens állapotba kerülnek. Ebből következik, hogy a folyamat hosszabb szünet esetén is újra beindítható külön oldóanyag adagolása nélkül.

• Nedvességtartalom

A mikroszervezetek szempontjából is fontos tényező, ha kihat a telepítendő technológiára is. Az élő szervezetek működéséhez szükséges nedvesség megítélésében ma már elég tág határok vannak: 0,1 % szárazanyagtól egészen 40-50 %-ig előfordulnak lehetőségek.

• Tápanyagtartalom

A tápanyagtartalom a mikroorganizmusok életfunkcióinak energiaszükségletét, sejtjeik felépítését szolgálja. A tápanyagtartalom szempontjából fontos tényező a nitrogén-szén arány. A szervezetek sejtjeinek felépítésének ugyanis nitrogénre van szükség.

A N/C arány szabályozásának, kívánt értékre állításának legegyszerűbb módja a különböző hulladékok keverése. A 4.18. táblázat egyes biomassza fajták N/C arányát szemlélteti.

4.18. táblázat - biomassza fajták N/C aránya [2]

Szerves anyag N/C arány

A biogáz szerves anyagok anaerob baktériumos erjedésekor keletkezik. Összetétele a kiinduló nyersanyagtól független az alábbiak szerint változik:

A közölt adatok szélső értékek. Átlagosan 64 % metán- és 36 % szén-dioxiddal számolhatunk. Az egyéb elemek előfordulása elhanyagolható. A nitrogén és a kén akkor dúsul fel a biogázban, ha a kiinduló nyersanyagban nagy a fehérjetartalmú anyagok aránya. Fűtőértéke 20-24 MJ/m3-nek vehető. A metán/széndioxid arány mentán javára

történő eltolásával a fűtőérték növelhető lenne, de ehhez a széndioxid metánná redukálását (biológiai úton) fokozni kellene.

Biogázt hőfejlesztési célra régóta állítanak elő egyszerű rendszerek segítségével különböző ázsiai országokban, főként állati trágyából. A trágyán kívül sokféle szerves anyagból (pl.: növényi maradványok, fűnyiradék, élelmiszeripari és vágóhíd hulladékok) lehet biogázt előállítani. Kedvezőek a tapasztalatok a hígtrágya-szerves hulladék keverékekkel (kofermentáció) is. A fő kérdés természetesen az, hogy egységnyi szerves anyagból mennyi biogáz nyerhető. Mivel a biogáz fejlődés sok tényezőtől függ, ez csak bizonyos határok között lehet megadni.

Néhány szerves anyagból nyerhető biogáz mennyiségét a 4.19. táblázat tartalmazza.

4.19. táblázat - néhány szerves anyagból nyerhető biogáz mennyisége [2]

Szerves anyag Biogáz m3/t

Műtrágya 90-310 további folyékony kezelési technológiákat kutattak és fejlesztettek ki.

A ma ismert és alkalmazott biogáz-termelő technológiák száma igen nagy. A legmegfelelőbben alkalmazható eljárást a helyi lehetőségek és adottságok összessége határozza meg.

A hulladékok (hígtrágyák, trágyák és szennyvizek) kezelésénél a kiindulási pont a keletkező hulladékok és szennyvizek mennyiségi, kémiai, fizikai tulajdonsága. Ettől függően választható meg a legcélszerűbb kezelési és hasznosítási technológia.

A túlnyomórészt mezőgazdasági eredetű biogáz telepek termelését számosállatra szokás vetíteni. Általában elfogadható, hogy egy számosállat (500 kg testtömegnyi állat) napi trágyamennyiségétől termelhető energia 0,8 kg tüzelőolajjal egyenlő.

A gyakorlatban elérhető szélső értékek: napi 0,2 – 1,0 kg tüzelőolajnak megfelelő energiatermelés. A számítások során:

• egy szarvasmarha napi trágyamennyiségét 6,40 kg szerves anyagnak

• egy sertés napi trágyamennyiségét 0,51 kg szerves anyagnak vehetjük figyelembe.

Szokásos a biogáz termelés hozamát még az erjesztő, a fermentor térfogatára kifejezni.

Általában 1 m3 erjesztő térfogatra 1 m3 biogáz termelést szokás figyelembe venni.

A biogáz-termelési technológiák nagyon sokféle építészeti és gépészeti megoldással valósíthatók meg, de valamennyi a következő egységet tartalmazza:

• alapanyag tárolás, összeállítás, beadagolása

• erjesztés (fermentálás)

• gázgyűjtés és gázkezelés

• maradékanyag kezelés

In document Energetika (Pldal 80-84)