Biogazownie oraz produkcja biopaliw silnikowych w Europie
Rok 2006 był w krajach europejskich znaczącym na przestrzeni minionych lat zarówno w kwestii wzrostu produkcji biogazu w biogazowniach rolniczych, jak i w produkcji biopaliw silnikowych.
Z przytoczonych danych (rys. 1-2) wynika, jak znaczące pozycje w obu tych segmentach odnawialnych nośników energii zajmują Niemcy i Wielka Brytania. Jednocześnie trzeba sobie uzmysłowić ogrom naszych rezerw w energetycznym przetwórstwie biomasy, choćby w porównaniu z Austrią1. W 2006 r. wytworzyliśmy tylko 93 800 ton biogazu, a niewielka Austria aż 118 100 ton.
W krajach Unii Europejskiej wśród odnawialnych nośników energii najwyższą dynamikę rozwojową obserwuje się obecnie w przetwarzaniu biomasy, przy czym wiodącą pozycję zajmuje produkcja biogazu. Według raportu Paryskiej Grupy Badawczej EUROBSERVER w 2006 r. kraje Unii Europejskiej wytworzyły biogaz w ilościach równoważnych 5,35 mln ton ekwiwalentu ropy. Produkcja ta jest o 13,6% wyższa od uzyskanej w roku poprzednim. Z tej masy na RFN przypadają prawie 2 mln ton, a na Wielką Brytanię niemal 1,7 mln ton. W rolnictwie dla tej wytwórczości wykorzystano gnojowicę bydła oraz trzody chlewnej, a wśród upraw głównie kukurydzę, buraki pastewne, zboże i trawy.
W niemieckim rolnictwie eksploatowano pod koniec 2006 r. prawie 3 500 biogazowni. W tym też kraju wytwórczość energii elektrycznej z biogazu wzrosła w 2006 r. o 56% w porównaniu z poprzednim i osiągnęła wielkość 7,3 TWh. Jest to o 2,6 TWh więcej niż w 2005 r.
Skoro w naszym kraju są niemniejsze – przy podobnych warunkach glebowych i klimatycznych – możliwości przetwarzania biomasy z rolnictwa na biogaz do ciepła użytkowego oraz energii elektrycznej, to wydaje się celowym podanie poniżej kilku szczegółów technologiczno-technicznych z tego obszaru energii odnawialnej, które mogą być pomocne polskim rolnikom.
Spośród analizowanych biogazowni rolniczych w Niemczech aż 93% przetwarza wspólnie gnojowicę z roślinami, przy czym ok. 75% wykorzystuje gnojowicę bydła, a tylko 39% gnojowicę trzody chlewnej. 82% tych instalacji przetwarza dodatkowo kukurydzę2, 3. Stosowanie tak znacznych ilości kukurydzy w niemieckich biogazowniach wynika nie tylko z jej wysokiej produktywności biogazu, ale również z tego, że relatywnie proste są żniwa i magazynowanie tej rośliny na przestrzeni roku. Równie nieskomplikowaną techniką zbiera się i magazynuje zboże dla wytwórczości biogazu.
Natomiast w przypadku stosowania buraków pastewnych, które wśród innych plonów agrarnych wyróżniają się najwyższą wydajnością biogazu z jednostki suchej masy, trzeba po żniwach rozdrobnić je do breji, gdyż tylko w takiej postaci dają się magazynować w silosach przez dłuższy czas4. Produktywność biogazu z buraków pastewnych, kukurydzy i zboża w mieszaninie z gnojowicą bydła i oddzielnie trzody chlewnej ilustrują rys. 3-4. Na ich podstawie widać, że im wyższe jest stężenie suchej biomasy organicznej w gnojowicy, tym większa jest produkcja biogazu. Ważnym kryterium w doborze roślin dla wytwórczości biogazu jest jego uzysk w przeliczeniu na 1 ha danej uprawy. Według tego parametru najefektywniejszą uprawą jest kukurydza, potem buraki pastewne, a w dalszej kolejności zboże5.
Ważne stężenie suchej masy
Szczegółowe badania procesu przetwarzania wyżej wymienionych surowców do biogazu wykazują, że ze wzrostem stężenia suchej masy organicznej (s.m.o.) w roztworze gnojowicy, podczas beztlenowej fermentacji rośnie uzysk tegoż gazu w przeliczeniu na jednostkę objętości bioreaktora w ciągu doby. Natomiast ze wzrostem szybkości przestrzennej substratów (jako s.m.o.) w omawianych warunkach procesowych maleje produkcja biogazu, co dokumentuje dla różnych stężeń kukurydzy w gnojowicy bydła rys. 5.
Wpływ rosnącego stężenia suchej masy organicznej na zwiększający się uzysk biogazu potęguje się ze wzrostem temperatury, przy czym obniża się w powyższym procentowa zawartość metanu. Wynika to z faktu, że w wyższej temperaturze, przykładowo w 55C (proces termofilowy), szybciej rozwijają się mikroorganizmy niż w niższej (w omawianych badaniach było 37C; proces mezofilowy).
Ze wzrostem temperatury procesu zwiększa się stężenie substancji hamujących wytwórczość metanu. Wśród nich są lotne kwasy oraz amoniak zwiększający ph roztworu, a ujemne efekty ich oddziaływania uwidaczniają szczegółowe dane w tabeli 1. Gnojowica trzody chlewnej wytwarza więcej składników hamujących tworzenie się biogazu niż gnojowica bydła.
Tabele i rysunki (PDF)
EUROBSERVER informuje również o zużyciu biopaliw na obszarze Unii Europejskiej w 2006 r. Tu jednoznacznie niezagrożoną, czołową pozycję zajmują Niemcy, które wykorzystały aż 3 343 692 ton tych proekologicznych paliw motorowych przy globalnym ich zużyciu w całej Unii Europejskiej w ilości 5 376 296 ton. Podobnie jak w odniesieniu do produkcji biogazu, również w zastosowaniu biopaliw ich zużywaną ilością – w wysokości 94 766 ton – ustępujemy znacznie Austrii, gdzie wykorzystano aż 275 200 ton. Biorąc pod uwagę skalę zaludnienia, trzeba tu wyróżnić Szwecję z przepałem 233 573 ton tych paliw silnikowych. W całej Unii Europejskiej w 2006 r. ilość zużytych biopaliw stanowi ekwiwalent 5,38 megaton ropy, co stanowi nie tylko wzrost o prawie 80% do roku poprzedniego, ale zachęcający prognostyk ich stosowania w kolejnych latach.
Optymistyczną prognozę opiera się tu na tym, że w najbliższych latach wdrożone zostaną do eksploatacji technologie drugiej generacji przetwarzania biomasy do paliw silnikowych – wg firmy Choren z Freibergu oraz przedsiębiorstwa Lurgi z Frankfurtu nad Menem w RFN.
Pierwsza bazuje na pirolizie i zgazowaniu drewna, w kolejnej operacji procesowej przewiduje się przetwarzanie uzyskanego gazu syntezowego (CO+H2) metodą Fischera-Tropscha do syntetycznej ropy, którą przerabia się identycznie jak w Polskim Koncernie Naftowym „ORLEN” w naturalną ropę.
Druga obejmuje pirolizę słomy i siana do oleju z koksikiem, który następnie ulega tlenowo-parowemu zgazowaniu. Wytworzona mieszanina tlenku węgla z wodorem zostanie poddana katalitycznej syntezie metanolu, a ten w końcowej fazie przetwarza się na paliwa odrzutowe, olej napędowy, benzynę oraz gaz płynny.
Do tych procesów dojdzie również (m. in.) technologia przetwarzania glonów z gatunku ulva lactuca z przybrzeżnych akwenów morskich na bioetanolu.
Źródła
prof. dr hab. Włodzimierz Kotowski
Eduard Konopka
Politechnika Opolska
Z przytoczonych danych (rys. 1-2) wynika, jak znaczące pozycje w obu tych segmentach odnawialnych nośników energii zajmują Niemcy i Wielka Brytania. Jednocześnie trzeba sobie uzmysłowić ogrom naszych rezerw w energetycznym przetwórstwie biomasy, choćby w porównaniu z Austrią1. W 2006 r. wytworzyliśmy tylko 93 800 ton biogazu, a niewielka Austria aż 118 100 ton.
W krajach Unii Europejskiej wśród odnawialnych nośników energii najwyższą dynamikę rozwojową obserwuje się obecnie w przetwarzaniu biomasy, przy czym wiodącą pozycję zajmuje produkcja biogazu. Według raportu Paryskiej Grupy Badawczej EUROBSERVER w 2006 r. kraje Unii Europejskiej wytworzyły biogaz w ilościach równoważnych 5,35 mln ton ekwiwalentu ropy. Produkcja ta jest o 13,6% wyższa od uzyskanej w roku poprzednim. Z tej masy na RFN przypadają prawie 2 mln ton, a na Wielką Brytanię niemal 1,7 mln ton. W rolnictwie dla tej wytwórczości wykorzystano gnojowicę bydła oraz trzody chlewnej, a wśród upraw głównie kukurydzę, buraki pastewne, zboże i trawy.
W niemieckim rolnictwie eksploatowano pod koniec 2006 r. prawie 3 500 biogazowni. W tym też kraju wytwórczość energii elektrycznej z biogazu wzrosła w 2006 r. o 56% w porównaniu z poprzednim i osiągnęła wielkość 7,3 TWh. Jest to o 2,6 TWh więcej niż w 2005 r.
Skoro w naszym kraju są niemniejsze – przy podobnych warunkach glebowych i klimatycznych – możliwości przetwarzania biomasy z rolnictwa na biogaz do ciepła użytkowego oraz energii elektrycznej, to wydaje się celowym podanie poniżej kilku szczegółów technologiczno-technicznych z tego obszaru energii odnawialnej, które mogą być pomocne polskim rolnikom.
Spośród analizowanych biogazowni rolniczych w Niemczech aż 93% przetwarza wspólnie gnojowicę z roślinami, przy czym ok. 75% wykorzystuje gnojowicę bydła, a tylko 39% gnojowicę trzody chlewnej. 82% tych instalacji przetwarza dodatkowo kukurydzę2, 3. Stosowanie tak znacznych ilości kukurydzy w niemieckich biogazowniach wynika nie tylko z jej wysokiej produktywności biogazu, ale również z tego, że relatywnie proste są żniwa i magazynowanie tej rośliny na przestrzeni roku. Równie nieskomplikowaną techniką zbiera się i magazynuje zboże dla wytwórczości biogazu.
Natomiast w przypadku stosowania buraków pastewnych, które wśród innych plonów agrarnych wyróżniają się najwyższą wydajnością biogazu z jednostki suchej masy, trzeba po żniwach rozdrobnić je do breji, gdyż tylko w takiej postaci dają się magazynować w silosach przez dłuższy czas4. Produktywność biogazu z buraków pastewnych, kukurydzy i zboża w mieszaninie z gnojowicą bydła i oddzielnie trzody chlewnej ilustrują rys. 3-4. Na ich podstawie widać, że im wyższe jest stężenie suchej biomasy organicznej w gnojowicy, tym większa jest produkcja biogazu. Ważnym kryterium w doborze roślin dla wytwórczości biogazu jest jego uzysk w przeliczeniu na 1 ha danej uprawy. Według tego parametru najefektywniejszą uprawą jest kukurydza, potem buraki pastewne, a w dalszej kolejności zboże5.
Ważne stężenie suchej masy
Szczegółowe badania procesu przetwarzania wyżej wymienionych surowców do biogazu wykazują, że ze wzrostem stężenia suchej masy organicznej (s.m.o.) w roztworze gnojowicy, podczas beztlenowej fermentacji rośnie uzysk tegoż gazu w przeliczeniu na jednostkę objętości bioreaktora w ciągu doby. Natomiast ze wzrostem szybkości przestrzennej substratów (jako s.m.o.) w omawianych warunkach procesowych maleje produkcja biogazu, co dokumentuje dla różnych stężeń kukurydzy w gnojowicy bydła rys. 5.
Wpływ rosnącego stężenia suchej masy organicznej na zwiększający się uzysk biogazu potęguje się ze wzrostem temperatury, przy czym obniża się w powyższym procentowa zawartość metanu. Wynika to z faktu, że w wyższej temperaturze, przykładowo w 55C (proces termofilowy), szybciej rozwijają się mikroorganizmy niż w niższej (w omawianych badaniach było 37C; proces mezofilowy).
Ze wzrostem temperatury procesu zwiększa się stężenie substancji hamujących wytwórczość metanu. Wśród nich są lotne kwasy oraz amoniak zwiększający ph roztworu, a ujemne efekty ich oddziaływania uwidaczniają szczegółowe dane w tabeli 1. Gnojowica trzody chlewnej wytwarza więcej składników hamujących tworzenie się biogazu niż gnojowica bydła.
Tabele i rysunki (PDF)
EUROBSERVER informuje również o zużyciu biopaliw na obszarze Unii Europejskiej w 2006 r. Tu jednoznacznie niezagrożoną, czołową pozycję zajmują Niemcy, które wykorzystały aż 3 343 692 ton tych proekologicznych paliw motorowych przy globalnym ich zużyciu w całej Unii Europejskiej w ilości 5 376 296 ton. Podobnie jak w odniesieniu do produkcji biogazu, również w zastosowaniu biopaliw ich zużywaną ilością – w wysokości 94 766 ton – ustępujemy znacznie Austrii, gdzie wykorzystano aż 275 200 ton. Biorąc pod uwagę skalę zaludnienia, trzeba tu wyróżnić Szwecję z przepałem 233 573 ton tych paliw silnikowych. W całej Unii Europejskiej w 2006 r. ilość zużytych biopaliw stanowi ekwiwalent 5,38 megaton ropy, co stanowi nie tylko wzrost o prawie 80% do roku poprzedniego, ale zachęcający prognostyk ich stosowania w kolejnych latach.
Optymistyczną prognozę opiera się tu na tym, że w najbliższych latach wdrożone zostaną do eksploatacji technologie drugiej generacji przetwarzania biomasy do paliw silnikowych – wg firmy Choren z Freibergu oraz przedsiębiorstwa Lurgi z Frankfurtu nad Menem w RFN.
Pierwsza bazuje na pirolizie i zgazowaniu drewna, w kolejnej operacji procesowej przewiduje się przetwarzanie uzyskanego gazu syntezowego (CO+H2) metodą Fischera-Tropscha do syntetycznej ropy, którą przerabia się identycznie jak w Polskim Koncernie Naftowym „ORLEN” w naturalną ropę.
Druga obejmuje pirolizę słomy i siana do oleju z koksikiem, który następnie ulega tlenowo-parowemu zgazowaniu. Wytworzona mieszanina tlenku węgla z wodorem zostanie poddana katalitycznej syntezie metanolu, a ten w końcowej fazie przetwarza się na paliwa odrzutowe, olej napędowy, benzynę oraz gaz płynny.
Do tych procesów dojdzie również (m. in.) technologia przetwarzania glonów z gatunku ulva lactuca z przybrzeżnych akwenów morskich na bioetanolu.
Źródła
- Schwarzburger H.: „SONNENENERGIE” 7-8/2007.
- Mähnert P., Linke B., Vollmer G. R.: „ERNEUBARE ENERGIEN” 6/2007.
- Linke B., Vollmer G. R., Mähnert P.: Kinetik der Biogasgewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen bei kontinuierlicher Prozessführung als Grundlage für die Bemessung von landwirtschaftlichen Biogasanlagen Schlussbericht zum FNR-Verbundvorhaben 22011402. Potsdam. S-92. 2006.
- Abdel-Hadi M., Beck J., Jungbulth T.: Methanertrage bei der Kofermentation flüssig silierter Gehaltsrüben. „Landtechnik”. 2/2002.
- Hopfner-Six K., Zollitsch V., Boxbedrger J.: Biogaserzeugung aus agrarischen Rohstoffen- Kennwerte zur stofflichen und energetischen Bewertung. „Landtechnik” 3/2006.
prof. dr hab. Włodzimierz Kotowski
Eduard Konopka
Politechnika Opolska
