Technologia utylizacji odpadów poubojowych w instalacjach biogazowych

Ograniczona liczba zakładów utylizujących, wpływająca na niską konkurencyjność na rynku oraz brak alternatywnych rozwiązań redukujących ilość odpadów poubojowych, powodują utrzymywanie się ceny utylizacji odpadów poubojowych na poziomie, który nie pozostaje obojętny dla rentowności całej gałęzi.

 

Modelowe rozwiązania tego problemu można znaleźć w Holandii, gdzie problem odpadów poubojowych w znaczącym zakresie zlikwidowano przez instalacje biogazowe o charakterze przemysłowo-utylizacyjnym, których głównym substratem i źródłem biogazu są uciążliwe odpady poubojowe, padłe zwierzęta, przeterminowana żywność, odpady gastronomiczne i tłuszcze posmażalnicze. Jako sztandarowe przykłady, unikalne w skali europejskiej, można wskazać trzy instalacje biogazowe działające na bazie technologii holenderskiej firmy HoSt B.V. Ich zasadniczą zaletą jest oparcie procesu fermentacji beztlenowej wyłącznie na odpadach poubojowych i braku konieczności używania tradycyjnych dla biogazowni substratów (na przykład wartościowej paszowo kiszonki z kukurydzy).

Pierwsza z instalacji mieści się przy zakładach mięsnych BIR w Lichtenvoorde. W wyniku fermentacji beztlenowej odpadów z uboju brojlerów możliwa jest praca bioelektrowni o łącznej mocy zainstalowanej 680 kWe. Rozruch pierwszej części instalacji (340 kWe) miał miejsce w 2004 r. Natomiast trzy lata później ze względu na coraz większą masę odpadów oddano do użytku nowe komory i kolejny silnik gazowy o mocy zainstalowanej 340 kWe.

Następna instalacja utylizująca odpady poubojowe z trzody chlewnej z całej Holandii jest inwestycją firmy Rendac Son B.V. w Son k. Eindhoven. Oddana do użytku w 2007 r. pracowała w oparciu o układ kogeneracyjny o mocy zainstalowanej 1250 kWe. Po dwóch latach działania, dzięki nabytemu doświadczeniu i skróceniu początkowego czasu fermentacji substratów z ok. 25-30 dni do 14 dni, możliwe stało się rozszerzenie układu kogeneracyjnego o kolejny silnik gazowy. W efekcie obiekt w 2009 r. dysponuje mocą zainstalowaną 2500 kWe. Oprócz instalacji biogazowej, która generuje energię elektryczną i cieplną z odpadów poubojowych kategorii 2. i 3., firma Rendac Son utylizuje również odpady kategorii 1. we własnej spalarni oraz przetwarza tłuszcze posmażalnicze na biodiesel. Działanie biogazowni przy spalarni odpadów poubojowych jest ewidentnym dowodem na zasadność istnienia tego typu instalacji przy zakładach utylizacyjnych lub mięsnych i ubojniach.

W 2009 r. przy oczyszczalni ścieków (Warterschap Veluwe) dla miasta Apeldoorn oddano do użytku instalację biogazową opartą o kolejne dwa uciążliwe substraty: krew odbieraną z zakładów ubojowych oraz osad ściekowy, który jest do dyspozycji na miejscu. W efekcie możliwa stała się praca układu kogeneracyjnego o mocy zainstalowanej 1432 kWe.

 

Wszystkie instalacje mające na celu utylizację odpadów poubojowych powinny spełniać kryteria narzucone przez szereg regulacji krajowych, których podstawą jest Rozporządzenie (Wspólnot Europejskich) 1774/2002 z 3 października 2002 r. ustanawiające przepisy sanitarne dotyczące produktów ubocznych pochodzenia zwierzęcego, nieprzeznaczonych do spożycia przez ludzi. Rozporządzenie dzieli odpady pochodzenia zwierzęcego na trzy kategorie o różnym stopniu zagrożenia. Kategoria 1. wymaga bezwarunkowej utylizacji odpadów w spalarni, natomiast odpady poubojowe kategorii 2. i 3. mogą zostać przetworzone w metan i masę poferemntacyjną w procesie fermentacji beztlenowej, po uprzedniej obróbce termicznej z zachowaniem dodatkowych warunków.

W przypadku odpadów kategorii 2. cząstki rozdrobnione do średnicy poniżej 50 mm powinny być poddane procesowi sterylizacji, czyli obróbce termicznej poprzez działanie nasyconej pary wodnej o ciśnieniu 3 bar i temperaturze 133°C przez co najmniej 20 minut.

W przypadku odpadów kategorii 3. cząstki rozdrobnione do średnicy poniżej 12 mm poddaje się procesowi pasteryzacji, który polega na higienizacji odpadów w temperaturze 70°C przez co najmniej 60 minut.

Pomimo że do odpadów kategorii 2. zaliczamy gnojowicę i treści przewodów pokarmowych zwierząt, te dwa substraty typowe dla biogazowni zostały zwolnione z konieczności obróbki termicznej i mogą być dostarczane do instalacji bezpośrednio.

 

Pierwszym elementem typowej przemysłowo-utylizacyjnej instalacji biogazowej jest odbiór i wstępne przygotowanie substratów. W przypadku odpadów poubojowych dostarczonych do biogazowni w postaci pompowalnej oraz innych pozostałości o konsystencji płynnej pompuje się je bezpośrednio do zbiorników wstępnego magazynowania. Ze względu na racjonalizację obiegu substratów nie jest wskazane mieszanie skategoryzowanych odpadów poubojowych z innymi odpadami niewymagającymi obróbki termicznej w procesie sterylizacji lub pasteryzacji. Natomiast substraty o charakterze stałym (większe cząstki odpadów poubojowych) zostają rozdrobnione w układach rozdrabniających oraz uwodnione płynną częścią substratów. Na tym etapie możliwa jest również utylizacja piór, które przy zachowaniu właściwych proporcji i zastosowaniu odpowiednich układów mieszane są z frakcjami płynnymi i przesyłane do kolejnych zbiorników instalacji.

Substraty kategorii 2. i 3., które nie mogą być dostarczone bezpośrednio do komór fermentacyjnych, poddawane są w instalacjach BIR i Rendac Son procesowi sterylizacji (133°C). Natomiast krew utylizowana w instalacji Waterschap Weluve jako odpad kategorii 3. poddawana jest tylko procesowi pasteryzacji w temperaturze 70°C. Po obróbce termicznej substraty przesyłane są do zbiornika przygotowawczego, gdzie łączą się i mieszają z pozostałymi substratami, niewymagającymi sterylizacji lub pasteryzacji.

Połączone i dokładnie zmieszane substraty przesyłane są bezpośrednio do komory fermentacyjnej, w której zachodzi właściwy proces fermentacji beztlenowej i wytwarzanie biogazu. Jest to izolowany zbiornik stalowy, o średnicy zbliżonej do wysokości, wyposażony w pionowe mieszadło centralne. Odpowiednia konstrukcja mieszadła i ciągły proces mieszania pozwala na uniknięcie procesu powstawania warstw flotacyjnych i sedymentacji osadów oraz na utrzymanie jednorodności i homogeniczności masy fermentowanej. Komora fermentacyjna w zastosowanej technologii nie jest przykryta membraną służącą do magazynowania biogazu.

Funkcję magazynującą dla biogazu pełni komora pofermentacyjna, która w odróżnieniu od komory fermentacyjnej zbudowana jest z betonu. Ponieważ część procesu fermentacji beztlenowej zachodzi również w tej komorze, wyposażono ją w dodatkowe mieszadła boczne. Przykryta jest przez dwie membrany: wewnętrzna przechowuje biogaz, natomiast zewnętrzna (podtrzymywana przez skompresowane powietrze) pełni funkcję ochronną dla membrany wewnętrznej.

Uzyskany biogaz zostaje przekształcony w energię elektryczną oraz cieplną w układach kogeneracyjnych zbudowanych w oparciu o silniki gazowe.

Każda z instalacji biogazowych utylizujących odpady poubojowe została zoptymalizowana w celu minimalizacji pojemności komór, w których zachodzi proces fermentacji, minimalizacji zużycia energii elektrycznej przez poszczególne układy instalacji i racjonalnego wykorzystania energii cieplnej wykorzystywanej w procesach pasteryzacji i sterylizacji oraz podgrzewania substratów dla podtrzymania procesu metanogenezy.

 

Technologia holenderskiej firmy HoSt B.V., zastosowana we wszystkich trzech instalacjach, oparta jest na wspólnej koncepcji, która pozwala generować energię elektryczną i cieplną wyłącznie w oparciu o problematyczne odpady poubojowe. Nie jest konieczne dodawanie jakichkolwiek innych substratów, które ciągle są cennymi paszami (np. kiszonki z kukurydzy lub wysłodki z buraków cukrowych). Natomiast uniwersalność tych instalacji polega na możliwości używania każdego odpadu lub pozostałości pochodzenia organicznego przy nieznacznych modyfikacjach układów dostarczających substraty do komór fermentacyjnych. Każda z tych instalacji jest częściowo zasilana odpadami kuchennymi i przeterminowaną żywnością (w przypadku obu tych odpadów po stwierdzeniu obecności mięsa nadajemy im kategorię 3.).

Oczywiście z uwagi na indywidualne uwarunkowania (rodzaj, kategoria, ilości odpadów) każda z koncepcji różni się zastosowanymi układami wstępnego przygotowania odpadów, zastosowaniem układów pasteryzacji lub sterylizacji, objętością komór magazynowania wstępnego oraz komór fermentacyjnych i pofermentacyjnych oraz zainstalowaną mocą elektryczną.

Przykład rozwiązań funkcjonujących na rynku holenderskim może być wskazówką dla naszej branży mięsnej oraz utylizacyjnej, gdyż technologia pozyskiwania biogazu z odpadów poubojowych stała się ważnym elementem gospodarki odpadami przetwórstwa mięsnego. Natomiast ze względu na ekonomikę przedsięwzięcia wskazana jest konsolidacja branży poprzez zaangażowanie w realizację projektów kilku podmiotów dysponujących odpowiednią ilością odpadów, odpowiednią lokalizacją bądź wstępną infrastrukturą. Efektem utylizacji odpadów poubojowych w instalacjach biogazowych będzie zmniejszenie kosztu redukcji tych odpadów i poprawa rentowności branży mięsnej.

 

Przemysław Zakrzewski,

Ferox Energy Systems, Katowice