Co je hlavní složkou bioplynu?

V důsledku anaerobního rozkladu organické frakce odpadu vzniká bioplyn. Z celkového množství metanu, které se ročně dostane do atmosféry, vzniká 40–70 % v důsledku antropogenní činnosti, z toho více než 20 % pochází ze skládek pevných odpadů.

Odhaduje se, že z jedné tuny tuhého odpadu vznikne asi 200 m 3 bioplynu. Navíc během prvních 15-20 let se při rozkladu jedné tuny pevného odpadu uvolní až 7,5 m 3 bioplynu ročně. Následně intenzita uvolňování bioplynu prudce klesá.

Hlavní složky bioplynu, (%): metan 40-75 (obvykle 50-60), oxid uhličitý – 30-40, dusík – 5-15, kyslík – 0-2, sirovodík a další toxické sloučeniny – v malých množstvích .

Bioplyn má v závislosti na obsahu metanu výhřevnost 15 až 25 MJ/m 3 (3600-4800 kcal/m 3 ), což odpovídá 50 % výhřevnosti zemního plynu. V průměru je výhřevnost bioplynu 4200 kcal/m3.

Bioplyn je jedním z plynů, který vytváří „skleníkový efekt“ a ovlivňuje změnu klimatu na Zemi jako celku. „Úmluva o prevenci globální změny klimatu“ (ratifikovaná Ruskem v roce 1992) zavazuje zúčastněné země k minimalizaci emisí skleníkových plynů, jako je metan a oxid uhličitý do atmosféry (emise 1 m 3 metanu do atmosféry je ekvivalent emisí asi 25 m3 oxidu uhličitého do atmosféry). V tomto ohledu snížení emisí bioplynu do atmosféry nejen zlepšuje ekologickou situaci v okolí skládek pevného odpadu, ale také přispívá k plnění mezinárodních závazků Ruska.

Bioplyn je jednou z příčin požárů tuhého odpadu na skládkách a skládkách. Když vzduch obsahuje od 5 do 15 % metanu a 12 % kyslíku, vzniká výbušná směs.

Bioplyn má také negativní dopad na vegetační kryt, potlačuje vegetaci v oblastech sousedících se skládkami pevného odpadu (mechanismus vlivu je spojen s nasycením pórového prostoru půdy bioplynem a vytěsňováním kyslíku z něj).

Negativní vliv bioplynu na životní prostředí vedl k tomu, že ve většině vyspělých zemí jsou majitelé skládek ze zákona nuceni bránit jeho samovolnému šíření.

V tomto ohledu se v posledním desetiletí v zahraničí rozšířily technologie na výrobu a využití bioplynu. Například v Německu na začátku nového tisíciletí činila produkce bioplynu na skládkách pevného odpadu asi 35 milionů m 3 /rok, což umožňuje získat 140 milionů kWh elektřiny ročně a ušetřit 14 tisíc tun ropy za rok. rok.

Na ruských skládkách a skládkách se bioplyn prakticky nesbírá. První kroky tímto směrem podnikla společnost Geopolis, která společně s firmou Grontmay (Nizozemsko) vybudovala zařízení pro sběr bioplynu na dvou skládkách pevného odpadu u Moskvy (v Mytišči a Serpuchově). Na každé z těchto skládek, které jsou pro moskevskou oblast zcela typické (plocha – 5-7 ha, průměrná tloušťka odpadu – 10-12 m), vzniká 600-800 m 3 bioplynu za hodinu.

Ke sběru bioplynu slouží vertikální vrty, plynovody a kompresorové stanice pro dodávku plynu do motorgenerátorů (při využití bioplynu k výrobě elektřiny). Kompresor vytváří potřebný podtlak pro sběr bioplynu a jeho dopravu plynovodem.

Na Obr. Obrázek 3.9 ukazuje blokové schéma výroby a využití bioplynu realizované v moskevské oblasti.

Rýže. 3.9. Blokové schéma výroby a využití bioplynu

Rýže. 3.10. Celkový pohled na studnu na výrobu bioplynu

V ruských podmínkách je, jak ukázala praxe, nejvhodnější vrtné vrtání vrtů o průměru 250-300 mm (pro srovnání ve Švédsku se praktikuje vrtání vrtů o průměru 150-200 mm).

Podle evropských údajů je výtěžnost bioplynu z vrtané studny hluboké 10 m obvykle 10-20 m 3 /hod. Stabilní provoz studny je zajištěn, pokud její průtok nepřekročí objem nově vzniklého bioplynu. Odhaduje se, že k zajištění el

MW vyžaduje 15-20 vrtaných plynových vrtů v tělese skládky. Regulace výstupu bioplynu ze skládky se provádí úpravou otáček kompresoru.

Vzdálenost mezi plynovými vrty v místě sběru bioplynu je obvykle 50-60 m Při optimálním počtu plynových vrtů na skládce a zhutnění svahů skládky je těžba bioplynu až 80 % jejího vyrobeného objemu. Pokud je bioplyn shromažďován na tzv. biomapách s homogenním odpadem (evropské podmínky), výtěžnost bioplynu se zvyšuje na 90 %. Na Obr. Evil ukazuje celkový pohled na vrt na výrobu bioplynu na skládkách poblíž Moskvy.

Technika studny zahrnuje několik fází. V první fázi je do vrtu spuštěna perforovaná ocelová nebo plastová trubka, která se zespodu uhasí a v části ústí vrtu je opatřena přírubovým spojem. Poté se do mezikruží nasype porézní materiál (například štěrk) s hutněním vrstva po vrstvě do hloubky 3-4 m od ústí vrtu. V další fázi je postaven hliněný hrad, aby se zabránilo vnikání atmosférického vzduchu do studny. Poté začnou instalovat hlavu studny. Hlava je kovový válec vybavený uzávěry plynu pro nastavení průtoku vrtu a sledování složení bioplynu a také potrubí pro připojení vrtu k plynovodu.

Ve švédské praxi se k zajištění vrtů používají pažnicové trubky (obr. 3.11), které se po instalaci perforovaného plastového filtru částečně vyjmou z tělesa skládky. Spodní část pažnicové trubky o délce 3 m zůstává v úrovni 1,5-4,5 m pod úrovní terénu a nad horní částí filtru ve studni je vytvořen izolační povlak o výšce 4,5 m, který umožňuje vytvořit relativně velký podtlak kolem vrtu a zvýšení účinnosti sběru bioplynu . Podle švédské praxe vznikají při shromažďování bioplynu na stávajících skládkách provozní potíže a během prvních deseti let musí být některé plynové vrty a filtry obnoveny (destrukce potrubí v důsledku sedání přiváděného odpadu, ucpání filtračního potrubí). Uspořádání plynových vrtů v místě s vysokým zatížením ve Švédsku je znázorněno na Obr. 3.12.

Teplota vznikajícího bioplynu odpovídá tělesné teplotě skládky, která při anaerobním rozkladu organické frakce tuhého odpadu stoupá na 25-40°C. Vzhledem k tomu, že odpad se vyznačuje vysokou vlhkostí, je bioplyn nasycen vodní párou. Při poklesu teploty bioplynu na 10°C vzniká v plynovodním systému až 20 g/m 3 kondenzátu. Při instalaci 1 MW se denně vytvoří 100 litrů kondenzátu Tento kondenzát musí být odstraněn ze systému sběru bioplynu a odeslán k neutralizaci, protože jeho chemické složení je v mnoha ohledech podobné filtrátu. Sklon plynovodů v rámci skládky musí zajistit jímání kondenzátu (v souladu s evropskou praxí je sklon potrubí minimálně 20 %). Pro odstranění vlhkosti ze systému jsou instalovány odvody kondenzátu (ocelové nádrže s vodními uzávěry).

Rýže. 3.11. Výstavba plynových vrtů (evropská praxe)

Rýže. 3.12. Uspořádání plynových vrtů na místě s vysokým zatížením

Bioplyn vyrobený ze skládek se nejčastěji využívá k výrobě elektřiny. V ruských podmínkách lze z 1 m 3 bioplynu získat 1,5 kWh elektřiny. Bohužel velký energetický potenciál skládek není v současnosti využíván. Přitom ve většině vyspělých zemí je výroba elektřiny na bázi bioplynu stimulována státem prostřednictvím speciálních zákonů.

V USA a zemích EU tak existují zákony, které ukládají energetickým společnostem povinnost využívat netradiční zdroje energie a spotřebitelům nakupovat alternativní energii. Zároveň jsou normativně stanoveny náklady na alternativní energie, které jsou zpravidla 2-2,5krát vyšší než náklady na energii vyrobenou tradičními nosiči energie (zemní plyn, ropné produkty). V některých případech je elektřina vyrobená z bioplynu částečně nebo plně využívána pro potřeby podniku provozujícího skládku pevného odpadu.

Na rozdíl od mnoha evropských zemí je ve Švédsku tradiční formou využití bioplynu jeho spalování v plynových kotlích k výrobě tepelné energie. Plynové kotle jsou nejčastěji napojeny na místní systém dálkového vytápění. Švédsko má také zkušenosti s recyklací bioplynu pro kombinovanou výrobu elektrické a tepelné energie pomocí stacionárních plynových motorů.

V případech, kdy se vyskytnou potíže s využíváním bioplynu (např. z důvodu velké vzdálenosti od spotřebitele), je sebraný bioplyn spalován ve speciálních plynových hořácích. Spalování bioplynu by mělo být považováno za vynucené a přechodné opatření, které pomáhá snížit uvolňování bioplynu do atmosféry a pravděpodobnost vznícení pevného odpadu na skládkách.

V souladu s požadavky na monitorování skládky musí být prováděna systematická pozorování podzemních a povrchových vod, dnových sedimentů, vegetace a atmosférického vzduchu.

Skládka, která byla vyřazena z provozu, podléhá rekultivaci skládky.

Rekultivace se provádí po dokončení stabilizace uzavřených skládek, kdy zemina skládky dosáhne stabilního stavu. Po urovnání povrchu, položení plodné vrstvy a jejím urovnání se vysazují vytrvalé trávy, keře a stromy.

1 1 1 1 1 Hodnocení 0.00 [0 hlas(y)]

• Komentáře k článku
• VKontakte

Růst cen a systematické snižování vyčerpatelných přírodních zásob uhlovodíků nás nutí stále více přemýšlet o výrobě a využívání alternativních palivových metod. Jedním z nejoblíbenějších je dnes tzv. bioplyn získávaný z organického odpadu.

Co je bioplyn a jaké jsou jeho výhody?

Bioplyn je směs 55–75 % metanu, 25–45 % oxidu uhličitého a malého množství vodíku, sirovodíku a dalších plynů, získávaná v důsledku činnosti bakterií při rozkladu biomasy. Hlavní užitečnou složkou tohoto biopaliva je metan, při jehož spalování se uvolňuje 20–25 MJ energie, přibližně stejně jako při spalování 1,5 kg uhlí.

Hlavní výhodou bioplynu je, že se získává z organického odpadu. Tím jsou vyřešeny dva problémy najednou: recyklace potravinového odpadu a získávání relativně levného a energeticky náročného paliva. Odpad vznikající při výrobě bioplynu se využívá také jako hnojivo. Další výhodou tohoto přístupu je úspora přírodních zdrojů a snížení vypouštění škodlivých skládkových plynů do atmosféry.

Technologie bioplynu

Dnes je známo více než 60 různých technologií výroby bioplynu, lišících se druhy a poměry použitých složek, ale i schématem zpracování a konstrukcí zařízení. Tak či onak je založen na procesu, jehož podstatou je sekvenční rozklad biomasy třemi skupinami bakterií – hydrolytické, kyselinotvorné a metanotvorné.

Hlavním prvkem každé bioplynové stanice je reaktor – uzavřená nádoba, ve které probíhá výše popsaný proces. V tomto případě v důsledku reakce v horní části nádrže vzniká bioplyn, ze kterého se následně uvolňuje metan a ve spodní části se hromadí odpadní hmota vhodná k použití jako hnojivo.

Aby proces tvorby bioplynu proběhl úspěšně a efektivně, jsou nutné určité podmínky. Zejména je nutné udržovat teplotu v nádobě minimálně 30 C. Hmota v ní musí být neustále promíchávána a odstraněná odpadní část musí být neprodleně nahrazena novým odpadem. Důležité je také složení biomasy dodávané ke zpracování.

Jaký odpad se používá k výrobě bioplynu

Poměr látek ve složení biomasy přímo ovlivňuje množství a rychlost produkovaného bioplynu a také obsah metanu v něm. Nejlepšího efektu se dosáhne kombinací fekálních kalů, potravinového a rostlinného odpadu ze zemědělského a dřevozpracujícího průmyslu. Nejjednodušší zařízení na výrobu bioplynu však lze vyrobit a použít v soukromém domě nebo venkovském domě. Takzvané rodinné bioplynové stanice se aktivně využívají v Indii, Nepálu, Vietnamu a dalších zemích. Jde vlastně o modernější verzi kompostovacích jímek, do kterých se ukládá odpad vzniklý v domácnosti v důsledku činnosti hospodářských zvířat a lidí.

V Evropě se bioplyn vyrábí v průmyslovém měřítku. Tato možnost je zajištěna vytvořením vhodné infrastruktury v zemědělských podnicích a čistírnách odpadních vod. Lídrem v této oblasti je Dánsko, kde biopaliva zajišťují 18 % veškeré spotřeby energie. Bioplyn pohání více než polovinu evropských drůbežích farem, kde se vyrábí, a ve Švýcarsku se používá jako palivo pro více než 10 % veřejné dopravy.

V Rusku se bioplynové stanice zatím aktivně nevyužívají, přestože zdrojů na výrobu biopaliva je dostatek: v zemi se ročně vyprodukuje až 300 milionů tun organického odpadu. Jejich zpracování potenciálně umožňuje vyrobit asi 90 miliard metrů krychlových bioplynu.

Přitom na některých místech u nás se tato myšlenka již ujala. V čistírnách Kuryanovsky tak veškerý kal uvolňovaný z odpadních vod fermentuje v metanových nádržích při teplotě 53 C, což umožňuje získat bioplyn s obsahem metanu až 65 %. Toto palivo se používá v místních mini-CHP. Aby tak pomohli zvýšit množství biopaliva vyrobeného v Ruské federaci, nemusejí Moskvané montovat vlastní zařízení – stačí zlikvidovat co nejvíce organického odpadu kanalizací instalací drtiče potravinového odpadu na adrese Domov.