Biogaz

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Vedere de sus a unei fabrici de biogaz din Germania

Biogazul este un amestec de diferite tipuri de gaze , în principal metan și dioxid de carbon, produse prin fermentarea bacteriană în anaerob (absența oxigenului) a reziduurilor organice de plante sau animale.

Reziduurile utile pot avea multiple origini: deșeuri din industria agroalimentară (porumb tocat, sorg sau alte culturi), industria alimentară (deșeuri de produse sau produse expirate), industria animalelor (deșeuri de animale sau carcase); culturile cultivate special pentru a fi recoltate și tocate pentru a produce „biomasă” pot fi de asemenea utilizate, cum ar fi porumbul, sorgul zaharat, grâul, trestia obișnuită, sfecla; în prezent se desfășoară cercetări pentru utilizarea algelor.

Întregul proces vede descompunerea materialului organic de către unele tipuri de bacterii , producând dioxid de carbon , hidrogen și metan (metanizarea compușilor organici ).

Tehnologii de producție

Biogazul se formează spontan din fermentarea materiei organice. Depozitele de deșeuri municipale pot deveni producători majori, deoarece în mod normal 30-40% din deșeuri sunt tocmai materiale organice, alte surse principale ar putea fi industria agricolă sau zootehnică; pentru a fi utilizabil și pentru a obține o valoare economică, acest gaz trebuie mai întâi captat și acumulat în structuri speciale, evitând dispersarea acestuia în mediu, pentru a fi ulterior ars pentru a produce căldură și electricitate.

De exemplu, aproape 5,5 milioane de metri cubi de biogaz pe an (peste 600 m³ pe oră) pot fi extrase dintr-un depozit de deșeuri de aproximativ 1 000 000 de metri cubi care crește cu 60 000 m³ pe an [1] .

S-au dezvoltat tehnologii și instalații specifice care, prin utilizarea bacteriilor în „fermentatoare” speciale închise (care nu trebuie confundate cu gazificatoare care produc în schimb gaz prin combustie), sunt capabile să extragă cantități mari de biogaz din deșeurile organice urbane (de preferință din colecții separate) și de gunoi de grajd produs prin agricultură intensivă , sau chiar din nămoluri de epurare și reziduuri din industria agroalimentară.

Plantele de biogaz adecvate pentru tratarea matricilor în principal solide se numesc „uscate”, deoarece nu au nevoie de canalizare pentru funcționarea lor. În acest caz, apa necesară procesului este legată de umiditatea materialului utilizat pentru alimentarea centralei. Gazul produs în acest proces (biogaz) poate fi utilizat pentru arderea cazanelor de încălzire sau pentru a produce electricitate și / sau căldură; biogazul este alcătuit în principal din metan, prin urmare, cu un proces necesar de purificare și separare a altor componente (de exemplu, dioxid de carbon și sulf), poate fi utilizat ca biometan pentru automobile (mașini și vehicule care funcționează pe metan). Această ultimă aplicație a găsit un succes bun în țările Europei Centrale și de Nord, cum ar fi Elveția , Germania , Suedia etc., și, de asemenea, experimental în Italia [2] , constituind una dintre cele mai concrete promisiuni în domeniul mobilității eco-durabile .

Există diferite tipuri de instalații de producere a biogazului care vizează tratarea diferitelor matrice organice, lichide sau solide. Principalele caracteristici ale unei instalații sunt sistemul de amestecare a matricii din interiorul fermentatorului / digestorului, încărcătorului cu matrice solidă, precum și sistemul de filtrare a biogazului produs.

Faze de producție

Producția de biogaz este împărțită în următoarele faze:

  • Faza aerobă tranzitorie , care apare datorită prezenței oxigenului: implică o creștere a mineralizării substanțelor organice, cu producerea de dioxid de carbon și apă. Acesta constă într-o degradare rapidă a deșeurilor care are loc într-o perioadă variabilă de la câteva ore până la câteva zile, în funcție de adâncimea straturilor și gradul lor de compactare;
  • Faza anaerobă : împărțită într-o primă fază acidă și un al doilea metan care preia odată ce oxigenul prezent este epuizat, este o transformare mai lentă și incompletă, care produce dioxid de carbon și metan.

Structura plantei

În prim-plan, o cutie de alimentare cu șuruburi de transport ale produsului.

Din punct de vedere al ingineriei instalațiilor, un sistem pentru producerea de biogaz, în cazul purificării la fața locului a apelor uzate, constă din:

  • Rezervor în care se depune biomasa și se adaugă periodic cea proaspătă; pentru a crește procentul de umiditate al substanței organice inițiale, se adaugă de obicei un minim de apă;
  • Dispozitiv de reglare a debitului, care permite apelor uzate să pătrundă în sistem prin gravitație;
  • Mixer, necesar pentru a asigura o anumită omogenitate a canalizării și pentru a evita formarea de sedimente.
  • Digestor anaerob, închis ermetic și izolat, în care canalizarea precipită în partea inferioară, în timp ce biogazul gurgulează spre partea superioară a digestorului;
  • Recipient extern în care este transportată canalizarea digerată;
  • Rezervor final de stocare.

În cazul depozitului, grămezile de deșeuri pot fi hidroizolate, transformând practic depozitul de deșeuri într-un container de stocare a biogazului, în interiorul căruia are loc descompunerea fracției organice conținute în deșeuri.

Uzină de deșeuri în energie

Instalația de valorificare a energiei (combustie pentru a obține energie) a depozitului de biogaz este alcătuită din următoarele secțiuni:

  • Secțiunea de extracție. Primele elemente sunt puțurile de colectare a biogazului. O fântână este alcătuită din elemente verticale de colectare, adică sonde PEHD micro-fisurate introduse în masa deșeurilor și din conducte de oțel închise, numite „capete de sondă”. Au un diametru și adâncime care variază în funcție de caracteristicile depozitului de deșeuri. Biogazul extras din puțuri este apoi transportat la stațiile de reglare și colectare. Fiecare stație este conectată, prin conductă, la secțiunea de aspirație și control.
  • Secțiunea de aspirație și control. Scopul aspirației este de a face ca întreaga rețea de colectare a biogazului să funcționeze în depresiune și, în același timp, să furnizeze presiunea necesară pentru ca biogazul să alimenteze generatoarele și / sau torțele. În această secțiune există un sistem de analiză și control al biogazului, care permite analizarea continuă a conținutului de metan și oxigen de-a lungul puțurilor și de-a lungul liniilor de transport.
  • Secțiunea de producere a energiei. Instalația de producere a energiei electrice constă din grupuri electrogene (motoare cu ardere internă) și transformatoare BT / MT. Gazul aspirat este trimis, sub ușoară presiune, către motoare. Motoarele sunt cuplate la generatoare sincrone trifazate. Electricitatea produsă în joasă tensiune are o medie tensiune ridicată prin intermediul echipamentelor de transformare-ridicare și transportată către rețeaua de distribuție.
  • Lanterna cu temperatura ridicata. Lanterna de temperatură ridicată este un dispozitiv cu care fiecare depozit de deșeuri trebuie să fie echipat pentru a arde biogazul produs. În special, este activat în cazul în care fluxul de biogaz extras din depozitul de deșeuri depășește necesarul maxim de energie al grupurilor electrogene sau în cazul unei defecțiuni a grupurilor electrice.

Beneficii

Un autobuz de biogaz în Linköping

Un avantaj ecologic în utilizarea biogazului este acela de a preveni difuzia în troposferă a metanului emis în mod natural în timpul descompunerii carcaselor și plantelor: metanul este de fapt unul dintre cele mai puternice gaze cu efect de seră și, prin urmare, degradarea acestuia în CO 2 și apă pentru combustie. Emisia de 1 kg de CH 4 , pe o perioadă de timp de 100 de ani, este echivalentă cu emiterea a 25 kg de CO 2 (IPCC 2007).

Dezavantaje

La fel ca orice altă tehnologie, biogazul are și unele aspecte problematice. Dacă excludem plantele care exploatează biogazul produs prin descompunerea produselor organice din depozitele de deșeuri, un număr mare de plante de biogaz utilizează canalizare animală combinată cu produse vegetale într-un raport variabil, deoarece randamentul biogazului este optimizat prin amestecarea mai multor tipuri de produse organice. [3] .

În primul rând, deci, pentru acest tip de centrală electrică (cea mai răspândită), există problema materiei prime. De fapt, pentru a alimenta o centrală electrică de 1 MW folosind doar produse special cultivate, sunt necesare aproximativ 300 de hectare de teren disponibil. Prin urmare, dacă acest lucru s-ar desfășura pe scară largă pentru multe mii de hectare pe terenuri agricole valoroase deja utilizate pentru hrana umană sau animală, ar lua terenuri pentru producerea de alimente. Prin urmare, este esențial ca autoritățile să limiteze procentul și tipul de suprafață cultivabilă cu biomasă, pentru a menține un echilibru între culturile dedicate nutriției umane sau animale și culturile dedicate producției de energie. În același timp, ar trebui să se ia în considerare și faptul că ultimii câțiva ani s-au caracterizat printr-o abandonare progresivă a terenurilor din cauza profitabilității reduse a agriculturii și a concurenței din țările străine. Înlocuirea culturilor cu venituri mici cu porumb cu biomasă sau plante similare a permis multor ferme să supraviețuiască în acest moment de criză. Cu toate acestea, acest lucru ridică problema transformării terenurilor agricole în scopuri alimentare în terenuri agricole în scopuri energetice. [4] În aceste cazuri, deoarece plantele necesare fermentației nu sunt destinate consumului uman și întrucât ceea ce contează este randamentul, producătorii sunt mai încurajați să sporească tratamentul îngrășămintelor și pesticidelor, crescând în consecință impactul asupra mediului al culturilor în cauză.

O altă problemă este legată de mirosurile neplăcute emise de fermentarea legumelor și / sau a canalizării asociate. Problema poate fi rezolvată printr-o gestionare corectă a sistemului, de fapt rezervoarele care funcționează trebuie să fie complet sigilate. Multe dintre aceste uzine, în general pentru a exploata surplusul de căldură dintr-o rețea de termoficare, sunt construite departe de zonele de producție a apelor uzate și aproape de case, cu consecințele mari inconveniente pentru populații. [5] [6] Printre altele, aceasta implică deplasarea a mii de camioane exclusiv la nivel local, deoarece centralele sunt alimentate de un lanț scurt de aprovizionare, cu o reducere a poluării care rezultă din transportul pe distanțe lungi.

Notă

  1. ^ Date despre producția de biogaz extrase și prelucrate de pe http://www.energia-alternativa-rinnovabile.it/Biogas-da-discarica_Prodotti.php
  2. ^ amaroma.it: methane compactors Arhivat 21 februarie 2013 la Internet Archive .
  3. ^ Manual de microbiologie pentru instalațiile de biogaz (în limba engleză) Copie arhivată ( PDF ), pe bcfarmbiogas.ca . Adus la 28 ianuarie 2013 (arhivat din original la 11 iunie 2012) .
  4. ^ Energia verde care devoră câmpurile
  5. ^ Mai multe despre instalațiile de biogaz | bondeno.com
  6. ^ Ce miroase în Ponte Guerro! Rezidenți exasperați | Blogul La Carbonara Arhivat 20 februarie 2013 la Internet Archive .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 44412 · LCCN (EN) sh85014141 · GND (DE) 4006796-8 · BNF (FR) cb11972989v (dată) · NDL (EN, JA) 01.135.621
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Biogas&oldid=121860107 ”