Ilość odpadów zbieranych selektywnie w Polsce rośnie. Wśród nich najwięcej jest odpadów biodegradowalnych (2,3 mln Mg/a), a w szczególności frakcji kuchennej zbieranej łącznie bądź oddzielnie z zieloną, co może powodować zakusy inwestorów na budowę kolejnych instalacji do ich przetwarzania.

Które technologie przyniosą im najlepsze rezultaty w długim okresie? Nie jest to oczywiste, jednak w przypadku większych zakładów przetwarzania odpadów często mówi się, że fermentacja metanowa jest rozwiązaniem korzystniejszym niż kompostowanie. Taka instalacja, podobnie jak instalacje do tlenowego przetwarzania odpadów, pozwala na produkcję środków poprawiających właściwości gleby, a dodatkowo wytwarzać biogaz – ten można wykorzystać jako paliwo albo przetwarzać na energię elektryczną i cieplną.

Między suchą a mokrą

Inwestor musi też zdecydować się na wybór samej technologii fermentacji metanowej. W praktyce funkcjonują dwie główne koncepcje, które różnią się przede wszystkim zawartością suchej masy w reaktorze. Technologia sucha przetwarza zwykle 25–40% suchej masy, podczas gdy w technologii mokrej jest to do ok. 15%.

Choć na pierwszy rzut oka ta różnica może wydawać się niewielka, w rzeczywistości przekłada się na zupełnie odmienne podejście, zarówno konstrukcyjne, jak i procesowe. W technologii mokrej dominują układy wyposażone w centralne mieszadło, które zapewnia ciągłą homogenizację całej objętości wsadu. Z kolei w większości stosowanych technologii suchych materiał przemieszcza się przez reaktor w sposób bardziej uporządkowany, niemal tłokowy, przechodząc od strefy załadunku aż do strefy odbioru.

Fermentacja mokra jest często uznawana za bardziej stabilną i łatwiejszą do kontrolowania. Ma jednak swoją cenę – zazwyczaj wymaga budowy większych komór fermentacyjnych, wiąże się z wyższym zapotrzebowaniem na energię cieplną, a także prowadzi do powstawania znacznych ilości pofermentu, który trzeba dalej zagospodarować.

Z kolei fermentacja sucha może upraszczać etap przygotowania wsadu, zmniejszać wymaganą objętość reaktora i ograniczać ilość powstającego pofermentu. Nie jest jednak rozwiązaniem pozbawionym wyzwań. Wymaga bardziej zaawansowanych systemów transportu i mieszania materiału, a także odpowiedniego dozowania inokulum (zaszczepu mikroorganizmów niezbędnych do rozpoczęcia i ustabilizowania procesu fermentacji metanowej), aby zapewnić sprawny i efektywny przebieg całego procesu.

Od czego to zależy?

Każda z technologii ma swoich zagorzałych zwolenników, ale wybór powinien być podyktowany warunkami procesowymi. Kluczowym czynnikiem wpływającym na wybór technologii przetwarzania pozostają właściwości materiału wsadowego (tabela). W przypadku selektywnie zbieranych odpadów kuchennych zawartość suchej masy wynosi zwykle 20–25%, natomiast dla mieszaniny odpadów kuchennych i zielonych wzrasta do 35–45%, zależnie od proporcji frakcji oraz sezonowości.

Czy ten parametr ma decydujące znaczenie? Nie jest to jednoznaczne. Istotniejszy może być stopień odfermentowania, czyli udział materii organicznej podatnej na rozkład beztlenowy. Dla odpadów kuchennych sięga on około 80%, natomiast dla frakcji kuchennych z dodatkiem zielonych wynosi zazwyczaj 40–70%.

 

Właściwości materiału

Materiał Sucha masa (%) Wydajność biogazowa (m3/Mg) Stopień odfermentowania (%)
Odpady kuchenne 20–25 110–130 75–85
Odpady kuchenne + zielone 35–45 70–110 50–70

 

Studium przypadku

Studium przypadku, oparte na badaniach nad omawianymi materiałami, pokazuje, że przyjmując typowe wartości dla odpadów kuchennych (czyli suchą masę na poziomie 21% oraz zawartość masy organicznej na poziomie około 80%), można stwierdzić, że w procesie fermentacji dochodzi do redukcji masy tej frakcji o mniej więcej 80%. Oznacza to spadek z poziomu 168 g/kg do około 34 g/kg. Frakcja mineralna, która nie ulega rozkładowi biologicznemu, pozostaje natomiast na stałym poziomie około 42 g/kg. Przy założeniu stałej zawartości wody całkowita sucha masa materiału zmniejsza się z 21% do około 7,5%, co powinno skłaniać do zastosowania technologii mokrej.

W przypadku mieszaniny odpadów kuchennych i zielonych sytuacja wygląda inaczej – i to wyraźnie. Początkowo zawartość suchej masy wynosi około 38,5%, by w trakcie procesu spaść do mniej więcej 26,5%. Wynika to z niższego, choć nadal znaczącego, stopnia redukcji suchej masy organicznej, szacowanego na około 43%, co bezpośrednio przekłada się na końcowy bilans materiałowy i rekomendację, by zastosować suchą technologię fermentacji.

Poziom odfermentowania

Kluczem jest sposób zbiórki

Przedstawione studium przypadku sugeruje, że sposób zbiórki powinien odgrywać kluczową rolę w doborze technologii fermentacji metanowej. W przypadku łącznej zbiórki odpadów kuchennych i zielonych zastosowanie fermentacji mokrej (ze względu na wysoką zawartość suchej masy oraz niższy stopień odfermentowania) wymagałoby znacznego rozcieńczenia wsadu. Prowadziłoby to do konieczności stosowania komór fermentacyjnych o dużych objętościach i miało konsekwencje inwestycyjne, operacyjne i energetyczne.

Z kolei zastosowanie technologii suchej do przetwarzania odpadów kuchennych może budzić wątpliwości, ponieważ podważa zasadność wykorzystania układów o przepływie tłokowym. W praktyce masa może tracić odpowiednie właściwości przepływu i mieszania, a dodatkowo dochodzi do opadania frakcji stałych, co utrudnia stabilne prowadzenie procesu.

W tym kontekście dobór odpowiedniej technologii wydaje się oczywisty. Zależy on bowiem silnie od charakterystyki przetwarzanego strumienia odpadów: jego składu, wilgotności, podatności na rozkład oraz uwarunkowań lokalnych (takich jak gospodarka pofermentem).

dr inż. Jakub Pulka

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu