Metoda BCM® - výroba bioplynu z odpadu

1. Úvod

Zařízení na výrobu bioplynu představují v současné době významný zdroj energie a produkt této technologie - bioplyn - pak má další využití při následném zpracování na výrobu elektřiny, tepla a zemního plynu. Metoda BCM^® je progresivní metodou zpracování odpadu a odpovídá všem novelizacím Zákona o obnovitelných zdrojích energie platném v EU i v ČR.

V evropské unii se celkový výkon zařízení na výrobu bioplynu od roku 2000 ztrojnásobil, a i přesto je stávající potenciál využit pouze ze 4 - 5%. V České republice je využití těchto zdrojů ještě nižší.

Velkou výhodou technologie na výrobu bioplynu a jeho následným zpracováním několika možnými směry je flexibilita procesu, která umožňuje nadimenzovat a nakonfigurovat jednotlivá zařízení na míru všem podmínkám, které tento proces ovlivňují.

2. Ekonomika procesu

Zařízení na výrobu bioplynu jsou výhodně používána v sektorech zemědělství, potravinářství a při likvidaci komunálního odpadu. Z hlediska maximálního využití této technologie je nejhospodárnější variantou výroba zemního plynu. Energetické využití je bezproblémové a celý systém nedoprovází žádné odpadní teplo.

Bioplyn se vyrábí standardní a vyzkoušenou metodou mezofilního kvašení. Tato metoda je buď jednostupňová, dvoustupňová či třístupňová. Vyrobený bioplyn je používán na výrobu elektrické energie.

Jednostupňová metoda je vhodná pro střední a malé zemědělské podniky, kdy je k dispozici stálý zdroj chlévské mrvy. Vyrobený bioplyn je zároveň přeměňován na elektrickou energii a doprovodné teplo. Teplo i elektřina jsou částečně spotřebovány vlastní technologií, zbylou část tepla je možné využít na vytápění budov a přebytek elektrické energie dodat do sítě. Výroba bioplynu dvoustupňovou fermentací je vhodná pro kombinaci chlévské mrvy a přírodních materiálů, poměr může být až 1 : 1. Třístupňová metoda je universální a je kombinací prvních dvou metod. Touto metodou je možné prakticky zpracovat vstupní suroviny v libovolném poměru.

Nevýhodou těchto metod je, že výroba bioplynu je spřažena z výrobou elektrické energie. Přeměnu bioplynu na elektřinu doprovází značné množství tzv. odpadního tepla. Využití tohoto tepla je v zimě bezproblémové, používá se k vytápění budov, ohřevu vody atd. V létě ovšem využití této suroviny klesá k nule a takto vyrobená tepelná energie není využita. Tento fakt značně snižuje efektivitu celého procesu.

Řešením je metoda BCM^®. Tato metoda nabízí jiné varianty zpracování vyrobeného bioplynu. Konečným produktem může být v tomto případě zemní plyn (methan) a to z vysokou čistotou až 99% a další doprovodné produkty podle použité metody. Doprovodnými produkty jsou vesměs sloučeniny, s jejichž prodejem nejsou žádné problémy. Může to být např. soda (uhličitan sodný) nebo oxid uhličitý v potravinářské či technické kvalitě. Vyrobený zemní plyn pak má opět několikeré možnosti zpracování - jedním z nich je výroba elektřiny a tepla, pokud je pro tyto produkty smysluplný odbyt, či např. methanol, jehož potřeba na trhu má stále stoupající tendenci. Zemní plyn je samozřejmě možné dodávat do sítě.

3. Výroba bioplynu podle metody BCM^®

Nejobvyklejší zhodnocení bioplynu je v současné době výroba elektrické energie. Zde je však energetická účinnost poměrně nízká a to z důvodu relativně vyššího obsahu CO₂ v bioplynu a také zde působí rušivě ostatní komponenty, jako např. amoniak a sirovodík.

Cílem metody BCM^® je výrazně zvýšit hospodárnost zhodnocování bioplynu. Při výrobě elektrické energie z bioplynu vzniká odpadní teplo. V letních měsících je využití této složky výroby velmi nízké. Proto je cílem metody BCM^® dosáhnout takového způsobu zpracování bioplynu, aby jeho energetická využitelnost byla co nejvyšší. Konečným produktem metody BCM^® je zemní plyn v požadované kvalitě a zároveň je získáván i čistý oxid uhličitý, který je během procesu odlučován a jako výsledný produkt dosahuje až potravinářské kvality.

3.1. Technologický popis metody BCM^®

Vyrobený bioplyn je běžně čištěn aby se zbavil nežádoucích příměsí, jako jsou amoniak, sirovodík. Tento stupeň je hlavním předpokladem k tomu, aby se hospodárně využily hlavní složky bioplynu - tedy methan (CH₄) a oxid uhličitý (CO₂). Metoda BCM^® umožňuje čtyři odlišné způsoby čištění a úprav bioplynu.

3.1.1 Metoda BCM® - 0 (dělení bioplynu na methan a oxid uhličitý) Tento stupeň představuje základní dělení bioplynu na dvě složky, tedy zemní plyn (metan) a oxid uhličitý. Pomocí této metody se bioplyn spolehlivě upravuje a takto vyrobený zemní plyn je možné se značnou efektivitou použít na výrobu elektrické energie, neboť neobsahuje již téměř žádný oxid uhličitý. Přesto ale ještě nedosahuje kvality zemního plynu, aby mohl být odveden do sítě.		Schéma 2: Metoda BCM® - 0
3.1.2 Metoda BCM® - 1 ( výroba sody a zemního plynu) Bioplyn se postupně zbaví amoniaku a sirovodíku - vždy v samostatné pračce pro každou sloučeninu a takto upravený bioplyn odchází do další pračky, ve které je odstraněn oxid uhličitý. Při praní za přítomnosti hydroxidu sodného vzniká soda (Na2CO3). Takto vyčištěný bioplyn se stlačí na požadovaný tlak a suší. Dosažená kvalita zemního plynu touto metodou čištění se pohybuje kolem 98% obj. methanu a 2% obj. oxidu uhličitého. Tato metoda je rentabilní od množství bioplynu 300 m3/h a více. Rentabilita je závislá i na prodejní ceně sody.		Schéma 3: Metoda BCM® - 1
3.1.3 Metoda BCM® - 2 (tlaková kondenzace k výrobě dělených směsí CO2 / CH4) Bioplyn se zbavuje amoniaku a sirovodíku stejným způsobem jako u metody BCM® - 1. V následné kondenzační fázi se vytváří plyn bohatý na methan, který má kvalitu zemního plynu a získává se oxid uhličitý ve směsi s methanem. Tyto dvě složky se dělí a zemní plyn je po vysušení kvalitativně schopný pro dodávku do sítě. Methanem nasycený oxid uhličitý je možné použít dále na výrobu methanolu, vodíku, nebo jiných organických uhlovodíků metodou Fischer-Tropschovy syntézy. Obvykle se ale tento plyn používá na výrobu elektrické energie a tepla v blokových elektrárnách na bioplyn.		Schéma 4: Metoda BCM® - 2
3.1.4 Metoda BCM® - 3 ( tlakové praní ) Bioplyn se jako u metody BCM® - 1 zbaví sirovodíku a amoniaku. Upravený bioplyn se odvádí do kompresoru. Podle druhu pracího media je stlačení kombinováno s praním v prvním nebo druhé stupni stlačení a tímto postupem se bioplyn zbaví oxidu uhličitého tak, že objemový obsah tohoto plynu je pod jedním procentem. Oxid uhličitý odstraněný touto metodou je velmi čistý a může se v dalším kroku zkapalnit. Oxid uhličitý lze bez problémů upravit do kvality pro potravinářské účely. Tento plyn má však i mnohá technická využití (od suchého ledu, přes hasicí a chladicí náplně až po využití ve zkušebnictví materiálů) a s odbytem by neměly být žádné velké problémy. Hlavním produktem je ovšem čistý zemní plyn s obsahem přes 99% obj. methanu. Technicky lze obsah oxidu uhličitého v zemním plynu omezit až k hranici 10 ppm.		Schéma 5: Metoda BCM® - 3
3.1.5 Metoda BCM® - 4 ( adsorpce změnou tlaku ) Předčištěný bioplyn je stlačen na požadovaný tlak zemního plynu (12 - 20 bar) a následně je po vysušení přiváděn k adsorpci změnou tlaku. Proces adsorpce se sestává ze čtyř adsorbérů, z nichž dva jsou vždy zapojeny pro adsorpci, jeden je pro zpětné vedení plynu a zbylý pro odloučení CO2. Toto zařízení zajišťuje kvalitativní stabilitu obou produktů na výstupu - zemního plynu a oxidu uhličitého. Pro adsorpci jsou použita speciální molekulární síta. Tento proces je rentabilní i pro malé provozy s množství bioplynu 100 m3/h. Výhodou tohoto procesu je, že do něj není potřeba přidávat žádné další chemické látky.		Schéma 6: Metoda BCM® - 4

(BCM^® je registrovaná známka společnosti DGE Dr. Günther Engineering, Wittenberg )

 

Překlad: Petr Obadal

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