Demonštračné zariadenie využitia bioplynu v Nitre

Abstract

The article emphasizes the growing importance and need for wider use of renewable sources of energy. It is vitally important in the field of agriculture which is one of the biggest producers of biological waste. One of the ways how to use biomass is its usage for the production of biogas and then for the following production of electricity and thermal energy in co-generative units. The paper gives a brief description of the production and use of biogas at the School agricultural enterprize of the Slovak Agricultural University in Koliňany and it presents the current experience with it resulting from an international research project of INCO-COPERNICUS programme and from the later projects of the 5^th frame EU programme EFFECTIVE and AMONCO.

Keywords: renewable sources of energy, biomass, biogas, co-generative units

1. Úvod

Spoľahlivé a ekologicky prijateľné zabezpečenie palivami a energiou sa javí aktuálnym problémom ľudstva, ktorým v súčasnosti krajiny celého sveta venujú mimoriadnu pozornosť. S rovnakými problémami sa musí vysporiadať aj Slovensko, kde je energetická spotreba zabezpečená v prevažnej miere importom primárnych zdrojov energie a vlastné disponibilné primárne energetické zdroje kryjú v súčasnosti len cca 10 % jej celkovej potreby. Jednou z možností úspor palív je systematickejšie využívanie obnoviteľných zdrojov energie (OZE), medzi ktoré radíme slnečnú, veternú, geotermálnu energiu, energiu vodných tokov a tiež využitie biomasy ako zdroja energie.

Európsky parlament už viac rokov intenzívne podporuje projekty zamerané na širšie využívanie obnoviteľných zdrojov energie. Komisia EU vytýčila ako stratégický cieľ do roku 2010 zdvojnásobenie využívania podielu obnoviteľných zdrojov v porovnaní s rokom 1995 (5,3%), čo znamená, že takýmto spôsobom by sa malo získavať až 12 % energie. Hlavnú časť energie potrebnej k zvýšeniu podielu OZE by mali poskytovať práve biomasy, čo predstavuje strojnásobenie ich súčasného využívania.

2. Energetické využitie biomasy v SR

Na území Slovenska, najmä vďaka jej geografickým a klimatickým podmienkam, predstavuje biomasa z lesa a poľnohospodárskej výroby významný energetický potenciál. Napriek tomu je jej súčasné využívanie na úrovni pod 1 % z ročnej spotreby primárnych energetických zdrojov, teda hlboko pod úrovňou, ktorá sa dosahuje v krajinách s podobnými prírodnými podmienkami (napr. v Rakúsku je vyše 10 %). Hlavným zdrojom biomasy v súčasných bilanciách je tradičné palivové drevo. Je to zároveň jediný zdroj, u ktorého je obchod určovaný trhom. Postupne narastá význam obchodovania s drevnými briketami. Ostatné zdroje biomasy sú zväčša energeticky využívané len pre samozásobovanie teplom u producentov drevného odpadu (lesné podniky, píly, drevospracujúce závody) a momentálne sa plošne nevyužívajú. V iných krajinách sa využívajú aj zvyšky z poľnohospodárskej výroby (najmä slama) a bioplyn zo skládok komunálneho odpadu, čističiek odpadových vôd alebo hnojovice zo živočíšnej výroby. V poľnohospodárstve sa biomasa na energetické účely vo väčšej miere zatiaľ nevyužíva.

3. Možnosti výroby bioplynu v poľnohospodárstve

Jedným z najväčších zdrojov kontaminácie prostredia organickými odpadmi je moderné poľnohospodárstvo SR, ktoré najmä vo veľkochovoch ošípaných a nosníc produkuje veľké množstvá hnojovice. Tento materiál na rozdiel od plne recyklovateľného maštaľného hnoja prináša celý rad ekologických a ekonomických problémov, keďže nemá vhodné hnojivé účinky a ohrozuje vodné zdroje. Vhodnou alternatívou využitia je splyňovanie hnojovice metódou anaeróbnej fermentácie (metanogenézy) a následne energetické zhodnotenie vyprodukovaného bioplynu v kogeneračných jednotkách, čím je možné dosiahnuť aj zníženie celkových výdavkov za energie samotného poľnohospodárskeho podniku. V prípade využitia celého odhadovaného potenciálu hnojovice hospodárskych zvierat na Slovensku by produkcia bioplynu predstavovala 85,2 mil. m³ ročne. Pri priemernej koncentrácii metánu 62,5 % je energetický ekvivalent uvedeného množstva 1 900 TJ ročne. Zloženie bioplynu závisí od zloženia východzieho substrátu a priebehu procesu. Podľa rôznych prameňov je pomer metánu a kysličníka uhličitého v rozmedzí (52 až 70): (47 až 27). Priemerná výhrevnosť bioplynu je 22 MJ.m_-3 a závisí len od podielu metánu.

Na základe informácii uverejnených Ministerstvom pôdohospodárstva SR sú v rezorte v súčasnosti vybudované tri bioplynové stanice:

• Agros, s.r.o. Bátka - projektovaná kapacita spracovania hnojovice od 13 200 ks ošípaných a hydinového trusu od 220 000 ks nosníc. Skúšobná prevádzka 12. 1994 až 05.1995. Dotácie MP SR v rokoch 1991 - 1993 boli 26,6 milióna Sk.
• PPD Brezov - projektovaná kapcita na spraqcovanie maštalného hnoja od 300 ks VDJ . Skúšobná prevádzka 10. 2000 až 04.2001. Úver poskytol ŠPFPP vo výške 5 miliónov Sk - celkové náklady predstavovali 18 miliónov Sk.
• SPU v Nitre, VPP Kolíňany - Demonštračná bioplynová stanica. 4 Demonštračná bioplynová stanica VPP Kolíňany

Katedra mechaniky a strojníctva Mechanizačnej fakulty SPU v Nitre sa už v roku 1995 v rámci EU programu INCO-COPERNICUS zapojila do prípravy medzinárodného výskumného projektu Bioplynové technológie pre regeneratívnu dodávku energie vo východnej Európe, (EU Joint Research Projekt - Inco-Copernicus No. PL 962023 Regenerate, Title: Biogas-Technology for Regenerative Energy Supply in Eastern Europe (Bulgaria, Slovakia, Ukraine). Hlavným koordinátorom uvedeného projektu bol Forschungszentrum Seidersdorf, GmbH., v Rakúsku a ďalší partneri boli z Nemecka, Švédska, Bulharska a Ukrajiny. Po schválení komisiou EU sa projekt začal riešiť v roku 1996.

Realizačným výstupom tohoto projektu je demonštračné bioplynové zariadenie postavené na Vysokoškolskom poľnohospodárskom podniku (VPP) SPU v Kolíňanoch pri Nitre, ktoré bolo uvedené do prevádzky v roku 2000. Je naprojektované na využitie exkrementov od 80 tzv. veľkých dobytčích jednotiek (VDJ) k produkcii bioplynu a následne na kogeneračnú výrobu elektrickej (24 kWe) a tepelnej energie (45 kWt). Hlavné časti bioplynového zariadenia je vidieť na schéme (obr. 2) a celkové usporiadanie na fotografii (obr. 3).

Hlavným prvkom celého zariadenia je bioreaktor - fermentor (5) horizontálneho prietokového typu s objemom 100 m³, v ktorom prebieha proces tvorby bioplynu. Vo fermentore vyprodukovaný bioplyn sa sústreďuje v plynovom dóme (7) a odtiaľ sa odvádza potrubím do nízkotlakového suchého plynojemu (11), tvoreného špeciálnou gumovou plachtou plynotesne upevnenou na dohnívacej nádrži (10). Tu sa zachytáva aj zvyškový bioplyn uvoľňovaný zo substrátu, ktorý už opustil fermentor. Bioplyn je následne využívaný na spaľovanie v kogeneračnej jednotke (motor (14), generátor (15)) a v upravenom plynovom kotly (17). Odpadové teplo sa odovzdáva vo výmenníku (16) na ďalšie využitie.

5. Záver

Poznatok, že v rezorte poľnohospodárstva SR je takmer zanedbateľný podiel využívania biomasy na produkciu energie, viedol SPU v Nitre k tomu, aby sa už v roku 1996 zapojila v rámci programu INCO-COPERNICUS do riešenia medzinárodného výskumného projektu z oblasti obnoviteľných zdrojov energie . Na základe tejto medzinárodnej spolupráce bola v októbri 2000 uvedená do skúšobnej prevádzky demonštračná bioplynová stanica, ktorá je umiestnená na VPP SPU v Kolíňanoch. Zariadenie slúži hlavne na prevádzkové overovanie laboratórne získaných poznatkov z oblasti produkovania energie z biomasy pri riešení ďalších medzinárodných vedeckých projektov v rámci 5. rámcového programu EÚ a to: EFFECTIVE - Celková integrácia MCFC technológie na najefektívnejšie zložené systémy používajúce bioplyn ako obnoviteľný zdroj energie (N°. NNE5-1999-00224) a AMONCO - Vyspelá predikcia, monitorovanie a riadenie správania sa anaerobných vyhnívacích procesov so zameraním na využitie bioplynu v palivových článkoch (No. NNE5-2001-00067).

6. Literatúra

1. Braun, R.: Biogas - Methangärung organischer Abfallstoffe. Springer-Verlag, Wien 1982. ISBN 3-211-81705-0
2. Jonáš, J., Petříková, V.: Využití exkrementů hospodářských zvířat. Polygrafia, Praha 1988
3. Pastorek, Z., Wolf, J.: Výroba a využití bioplynu v zemědělství. Ústav zemědělských a potravinařských informací, Praha 1993. ISSN 0231-947
4. Sklenka, P.: Bioplyn pre Slovensko. Jamis, Nitra 1998

Příspěvek byl přednesen na semináři Technologie pro využívání biomasy.

Obr. 2: Schéma základných častí bioplynovej stanice VPP Kolíňany
Obr. 3: Celkový pohľad na bioplynovú stanicu (jún 2002)

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu