Studiu Privind Valorificarea Deseurilor Organice Prin Fermentare Anaeroba Si A Obtinerii Biogazului

Studiu privind valorificarea deșeurilor organice prin fermentare anaerobă și a obținerii biogazului

Cuprins

INTRODUCERE

1. COMPONENTELE UNEI INSTALAȚII DE BIOBAZ

1.1. Unitatea de recepție a materiei prime

1.2. Stocarea și condiționarea materiilor prime

1.2.1. Stocarea materiilor prime

1.2.2. Condiționarea materiilor prime

1.3. Sistemul de alimentare

1.3.1. Transportul materiilor prime fluide

1.3.2. Transportul materiilor prime solide

1.4. Conducte și armături

1.5. Sistemul de încălzire – încălzirea digestorului

1.6. Digestoare

1.6.1. Digestoare cu funcționare discontinuă

1.6.2. Digestoare cu funcționare continuă

1.6.3. Întreținerea digestoarelor

1.7. Tehnologii de amestecare

1.7.1. Amestecarea mecanică

1.7.2. Amestecarea pneumatică

1.7.3. Amestecarea hidraulică

1.8. Stocarea biogazului

1.8.1. Tancuri de joasă presiune

1.8.2. Stocarea biogazului la presiune medie și înaltă

1.8.3. Arzătoare de biogaz

1.9. Purificarea biogazului

1.9.1. Condiționarea biogazului

1.9.2. Desulfurarea

1.9.3. Uscarea

1.10. Stocarea digestatului

1.11. Unitatea de control

1.11.1 Determinarea cantității de materie primă fluidă introdusă în digestor

1 .11.2 Determinarea cantității de materie primă solidă introdusă în digestor

1.11.3 Nivelul de umplere al digestorului

1.11.4 Nivelul de umplere al rezervoarelor de gaz

1.11.5 Temperatura de procesare

1.11.6 Valoarea pHului

1.11.7 Determinarea conținutului în acizi grași

5. CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

La nivel global, în perspectiva posibilității epuizării combustibililor fosili într-un viitor nu prea îndepărtat și nesoluționării depozitării deșeurilor radioactive, atenția oamenilor de știință s-a îndreptat asupra unor resurse energetice neconvenționale, cunoscute într-o accepție mai largă ca „resurse regenerabile”, dintre care menționăm:

hidroenergia (energia hidraulică, energia termică a mărilor și a oceanelor și energia din hidrogen),

energia eoliană,

energia solară,

energia geotermală

energia din biomasă.

Și în România, în dezbaterea temei legată de energie apar doi termeni aparent interșanjabili – securitate și independență energetică.

Independența energetică presupune asigurarea necesarului de energie din surse proprii – potențial autarhic.

Însă, conceptul de securitate energetică, așa cum reiese din studiile lui Daniel Yergin, un reputat expert în domeniu, implică respectarea a patru principii fundamentale:

diversificarea surselor de aprovizionare;

menținerea unei marje de siguranță – însemnând capacități de producție suplimentare și rezerve care pot fi accesate în situații de urgență;

interconectarea rețelelor energetice – autarhia nefiind o soluție viabilă

necesitatea informației de calitate despre modul de funcționare a piețelor de energie, care să prevină apariția panicii în situații de criză.

Protejarea sistemului energetic nu poate fi lăsată exclusiv în seama statelor sau doar a mediului privat. Este nevoie de conlucrarea dintre acestea pentru a asigura stabilitatea sistemului, în beneficiul tuturor participanților pe piața energiei.

În prezent, Uniunea Europeană importă peste jumătate din cantitatea de energie pe care o consumă, o parte importantă din aceasta din Rusia la prețuri considerate ridicate. Liderii europeni sunt conștienți de faptul că Europa riscă să rămână singurul continent masiv dependent de importuri energetice, fapt ce împovărează atât consumatorii casnici, cât și pe cei industriali, afectând competitivitatea economică a statelor membre.

La Consiliul European din mai 2013, șefii de stat și de guverne au trasat patru obiective fundamentale ale politicilor energetice comunitare:

definitivarea pieței interne europene de energie;

îmbunătățirea eficienței energetice;

investițiile în dezvoltarea infrastructurii energetice

diversificarea surselor de aprovizionare cu energie, inclusiv prin folosirea resurselor autohtone.

La nivel comunitar, mai ales în contextul geopolitic actual, se pune accent pe diversificarea surselor de aprovizionare cu energie, atât prin realizarea de gazoducte transnaționale și terminale pentru importul de gaz natural lichefiat, cât și prin valorificarea potențialului propriu de rezerve neconvenționale și a dezvoltării energiei regenerabile.

În prezent România își asigură în proporție de 76% necesarul de energie din producția internă, mult peste media europeană. Însă rezervele cunoscute de hidrocarburi se estimează că se vor epuiza în următorii 10-15 ani, luând în calcul actualul ritm de exploatare.

Înlocuirea acestor rezerve presupune investiții în explorarea de noi zăcămintelor convenționale și neconvenționale.

În același timp, una dintre principalele probleme de mediu ale societății de astăzi este creșterea continuă a cantității de deșeuri organice. În multe țări, managementul durabil al deșeurilor, precum și prevenirea acumulării și reducerea cantității acestora au devenit priorități politice majore, aceasta reprezentând o contribuție importantă la eforturile comune de reducere a poluării, a emisiilor de gaze cu efect de seră și diminuării schimbărilor climatice la nivel global.

Practicile din trecut ale evacuării necontrolate a deșeurilor nu mai sunt astăzi acceptabile datorită atât problematicilor legate protejarea mediului dar și a posibilităților de valorificare și/sau cogenerare energetică Chiar și depozitarea pe platforme de gunoi sau incinerarea deșeurilor organice nu reprezintă cele mai bune practici, deoarece standardele de protejare a mediului au devenit mult mai stricte în prezent, iar recuperarea energiei și reciclarea nutrienților și a materiei organice un lucru necesar.

Procesul de producere a biogazului prin fermentare anaerobă este considerat a fi tratamentul optim în cazul valorificării deșeurilor organice pretabile acestui scop, prin faptul că respectivele substraturi sunt transformate în energie recuperabilă dar și în îngrășământ organic pentru agricultură. În același timp, eliminarea fracției organice din cantitatea totală de deșeuri crește atât eficiența conversiei energetice prin incinerarea deșeurilor rămase, cât și stabilitatea haldelor.

În lumina celor arătate mai sus, mi-am ales, pentru cercetare științifică, tema: „Studii și cercetări privind valorificarea deșeurilor organice prin fermentare anaerobă și a obținerii biogazului”, considerând a fi o temă de actualitate și de un real interes la nivelul comunităților locale și unor ramuri din industria alimentară, prin posibilitatea valorificării reziduurilor de natură organică din stațiile de epurare împreună cu deșeurile organice; în mod deosebit pentru fermele agricole în vederea procesării substraturilor provenite din activitățile agricole (gunoi de grajd, reziduurile vegetale, culturile energetice etc.) dar și pentru microferme și micii fermieri.

COMPONENTELE UNEI INSTALAȚII DE BIOBAZ

O instalație de biogaz constă într-o varietate de elemente caracteristice. Planul unei astfel de instalații depinde, de tipurile și cantitățile de materie primă utilizată.

Deoarece există tipuri diferite de materii prime, de origini diverse, care se pot folosi în procesele de fermentare în instalațiile de biogaz, există, în mod corespunzător, și variate tehnici de tratare a acestor tipuri de materii prime, precum și numeroase modalități de construcție a instalațiilor de fermentare și sisteme de operare. Mai mult, în funcție de tipul, mărimea și condițiile de operare ale fiecărei instalații de biogaz, există variate tehnologii pentru condiționarea, stocarea și utilizarea biogazului, posibil de a fi implementate. În ceea ce privește stocarea și utilizarea fermentului, acestea sunt, în principal, orientate către folosirea sa ca îngrășământ, și, de asemenea, către măsurile necesare pentru protecția mediului legate de această activitate.

Principalele etape de procesare care au loc într-o fabrică de biogaz sunt prezentate schematizat în Figura 1..

Fig. 1. Etapele de procesare în tehnologia de producere a biogazului

Diferențierea în procese de digestie umede și uscate este numai una teoretică, de vreme ce toate procesele microbiologice au loc, întotdeauna, în medii fluide. Delimitarea dintre procesele de digestie umedă și uscată este determinată de gradul de fluiditate al materiei prime. Un conținut de substanță uscată (DM) de peste 15% desemnează faptul că materialul este prea puțin fluid și nu poate fi pompat, în acest caz, procesul digestie anaerobă fiind definit drept digestie uscată. Alimentarea directă a digestorului cu materie primă relativ uscată (cum este porumbul însilozat) conduce la creșterea conținutului de substanță uscată a mixturii folosite ca materie primă

Componenta principală a unei fabrici de biogaz este digestorul (tancul de reacție digestie anaerobă), care este acompaniat de un număr de alte componente (Figura 2.).

Figura 2. Principalele componente ale unei fabrici de biogaz

Fabricile de biogaz operează, în general, în patru mari etape de procesare (Figura 3.):

Transportul, livrarea, stocarea și pre-tratamentul materiei prime.

Producerea biogazului (digestie anaerobă).

Stocarea digestatului, eventual condiționarea și utilizarea acestuia.

Stocarea biogazului, condiționarea și utilizarea sa.

Etapele de procesare prezentate în Figura 3. sunt, mai departe, ilustrate în Figura 4., în care se reprezintă, simplificat, schema unei fabrici agricole de biogaz prin co-digestie.

Prima etapă de procesare (stocarea, condiționarea, transportul și alimentarea cu materie primă) necesită un tanc de stocare pentru gunoiul de grajd (2), recipiente de colectare (3), tancul de sanitație (4), tancuri de stocare cu încărcare directă din mijloacele de transport (5) și sistemul de alimentare cu materie primă solidă (6).

A doua etapă de procesare constă în producerea de biogaz în reactorul de biogaz (7), de asemenea denumit și digestor.

A treia etapă a procesării este reprezentată de stocarea digestatului în tancul de stocare (10) și de utilizarea acestuia ca îngrășământ pe terenurile de cultură (11).

A patra etapă de procesare (stocarea biogazului, condiționarea și utilizarea acestuia) are loc la nivelul tancului de stocare a biogazului (8) și a unității de co-generare a energiei (CHP) (9).

Cele patru etape de mai sus ale procesării sunt strâns legate între ele. În particular, între etapa a doua și cea de a patra există o legătură strânsă, întrucât etapa a patra asigură, în mod obișnuit, căldura necesară procesării în cadrul etapei a doua.

Figura 3. Etapele de procesare în fabricile de biogaz.

Figura 4. Fabrică de biogaz prin co-digestie

1 Grajduri

2 Tancuri pentru gunoiul lichid

3 Recipiente de colectare pentru reziduuri biologice

4 Tanc de sanitație

5 Tancuri de stocare cu încărcare directă din mijloacele de transport

6 Sistem de alimentare cu materii prime solide

7 Digestor (reactor de biogaz)

8 Tanc de stocare a biogazului

9 Uzina energetică în co-generare

10 Tanc de stocare a digestatului

11 Terenuri agricole

12 Transformator/Energie în rețea

13 Utilizarea căldurii

Alegerea tipului și a planului general al unei fabrici de biogaz depinde, în principal, de natura materiei prime avute la dispoziție. Cantitatea materiei prime determină dimensionarea digestorului, a capacităților de stocare, precum și a unității energetice. Calitatea materiei prime (conținutul în substanță uscată, structura și originea acesteia etc.) determină alegerea tehnologiei de procesare.

În funcție de compoziția materiei prime, poate fi necesar un proces de separare a materialelor nedorite, înmuierea și zdrobirea materiei prime sau adăugarea de apă, astfel încât amestecul să devină fluid și să poată fi pompat. În cazul în care materia primă este susceptibilă la contaminare, devine necesară includerea unei etape de sanitație în schema generală de funcționare a viitoarei fabrici de biogaz.

În cazul folosirii tehnologiei umede, proiectarea fabricii se realizează, în mod normal, pentru o procesare cile de biogaz.

Figura 4. Fabrică de biogaz prin co-digestie

1 Grajduri

2 Tancuri pentru gunoiul lichid

3 Recipiente de colectare pentru reziduuri biologice

4 Tanc de sanitație

5 Tancuri de stocare cu încărcare directă din mijloacele de transport

6 Sistem de alimentare cu materii prime solide

7 Digestor (reactor de biogaz)

8 Tanc de stocare a biogazului

9 Uzina energetică în co-generare

10 Tanc de stocare a digestatului

11 Terenuri agricole

12 Transformator/Energie în rețea

13 Utilizarea căldurii

Alegerea tipului și a planului general al unei fabrici de biogaz depinde, în principal, de natura materiei prime avute la dispoziție. Cantitatea materiei prime determină dimensionarea digestorului, a capacităților de stocare, precum și a unității energetice. Calitatea materiei prime (conținutul în substanță uscată, structura și originea acesteia etc.) determină alegerea tehnologiei de procesare.

În funcție de compoziția materiei prime, poate fi necesar un proces de separare a materialelor nedorite, înmuierea și zdrobirea materiei prime sau adăugarea de apă, astfel încât amestecul să devină fluid și să poată fi pompat. În cazul în care materia primă este susceptibilă la contaminare, devine necesară includerea unei etape de sanitație în schema generală de funcționare a viitoarei fabrici de biogaz.

În cazul folosirii tehnologiei umede, proiectarea fabricii se realizează, în mod normal, pentru o procesare prin digestie anaerobă într-o singură etapă, în flux, a materiei prime. Atunci când procesarea include două etape, înaintea digestorului principal se adaugă un predigestor. Predigestorul creează condițiile optime pentru reacțiile care au loc în cadrul primelor două faze ale procesului de digestie (hidroliza și formarea mediului acid). După ieșirea din predigestor, materia primă este introdusă în digestorul principal, unde au loc fazele următoare ale procesului de digestie anaerobă.

Substratul digestat (digestatul) este evacuat din digestor prin pompare și încărcat în tancurile de stocare. Acestea trebuie acoperite cu copertine impermeabile pentru gaze, deoarece producerea și colectarea biogazului poate continua și la temperatura ambientală (postdigestie). Ca o alternativă la aceasta, digestatul poate fi stocat și în containere deschise, având la suprafața sa un strat de flotație, natural sau artificial, în scopul minimizării emisiilor de suprafață. Utilizarea standard a digestatului este aceea de îngrășământ lichid pe terenurile agricole.

Biogazul produs este stocat, condiționat și folosit pentru producerea energiei. Utilizarea standard a acestuia este pentru producerea de energie prin co-generare, în centrale termice de tip bloc, unde are loc generarea simultană atât a electricității, cât și a căldurii.

Unitatea de recepție a materiei prime

Furnizarea și transportul materiei prime joacă un rol important în cadrul operării unei fabrici de biogaz. Este importantă asigurarea unei alimentări stabile și continue cu materie primă, într-o cantitate și de o calitate corespunzătoare. În cazul în care operatorul fabricii de biogaz este, în același timp, și producătorul materiei prime, calitatea superioară a acesteia poate fi garantată cu ușurință. În numeroase situații, fabricile de biogaz folosesc materii prime suplimentare, provenite de la fermele din vecinătate, din industrie sau din gospodării. În aceste cazuri, managementul calității materiilor prime este, în mod inevitabil, necesar, în scopul verificării și analizării atente a materialului furnizat. Într-o primă etapă, este absolut necesar un control vizual al fiecărui lot de materie primă. Apoi, trebuie înregistrată masa de material, precum și toate celelalte date privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul materiei prime, procesul de obținere și calitatea sa).

O atenție sporită trebuie acordată în cazul materiilor prime clasificate drept reziduuri, când poate fi necesară îndeplinirea unor cerințe obligatorii (în funcție de categoria în care acestea se încadrează), precum și a unor condiții de ordin legal și administrativ.

Stocarea și condiționarea materiilor prime

Stocarea materiilor prime

Depozitarea materiilor prime are drept scop, în primul rând, compensarea fluctuațiilor sezoniere survenite în aprovizionare. De asemenea, ea servește și la amestecul diferitelor co-substraturi, pentru o alimentare continuă a digestorului.

Tipul depozitelor depinde de natura materiei prime. Acestea pot fi clasificate, în general, în silozuri de tip buncăr, pentru materii prime solide (de pildă, silozuri pentru porumb), și în tancuri de stocare, în cazul materiilor prime lichide (de exemplu, gunoiul de grajd). În general, silozurile de tip buncăr au capacitatea de a depozita materia primă pe o perioadă de peste un an, în timp ce tancurile de stocare pentru gunoiul de grajd îl pot depozita numai un timp de câteva zile. În unele cazuri, sunt folosite și silozuri verticale, de tip cilindric, pentru depozitarea cerealelor sau chiar a gunoiului de grajd. Dimensionarea acestor facilități se face în funcție de cantitatea ce urmează a fi stocată, de intervalele dintre aprovizionări, precum și de capacitatea digestorului.

Silozuri de tip buncăr pentru materii prime energetice

Silozurile de tip buncăr au fost proiectate inițial pentru depozitarea nutrețurilor, astfel încât să fie compensată variația sezonieră a acestora. În prezent, acest mod de depozitare este folosit din ce în ce mai mult în cazul materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului, adică a materiilor prime energetice.

Materiile depozitate trebuie să fie de proveniență vegetală, cu un conținut adecvat de umiditate (55-70%, în funcție de modul de depozitare, de gradul de compresie și de conținutul de apă ce va fi pierdut în cursul depozitării).

Materia primă stocată suferă un proces de fermentație, iar bacteriile fermentative utilizează energie pentru a produce acizi grași volatili (VFA), precum: acetat, propionat, lactat și butirat, care ajută la conservarea materialului depozitat. Rezultatul acestor procese este scăderea conținutului energetic față de materia vegetală originală, de vreme ce bacteriile fermentative folosesc o parte din cantitatea de carbohidrați pentru a produce VFA.

În țări precum Germania, materiile prime sunt depozitate în silozuri de tip buncăr, construite din beton armat (Figura .5.), sau în grămezi mari, pe sol.

Figura 5. Siloz de tip buncăr (WIKIPEDIA, 2008)

Materialul este compactat cu ajutorul buldozerelor, pentru a fi obținut un volum minim de depozitare, în acest mod fiind eliminat și aerul conținut. Minimizarea conținutului de oxigen este necesară, cu scopul evitării proceselor aerobe. În acest sens, se procedează și la acoperirea materialului cu folii din material plastic, fixate în loc cu ajutorul anvelopelor de mașină sau al sacilor cu nisip. Ca o alternativă, se poate folosi și acoperirea naturală, de exemplu, prin aplicarea unui strat înierbat, care ajută și la compactarea silozului (Figura 6.). Pe unele silozuri se cultivă chiar și grâu, în timp ce altele sunt lăsate complet descoperite, lucru care conduce la scăderea costurilor pentru acoperire, însă mărește pierderile de energie ale silozului.

În cazul silozurilor de tip buncăr, trebuie întotdeauna luat în considerare faptul că, în urma procesului de fermentație a materiei depozitate, sunt eliberate lichide ce pot contamina cursurile de apă, dacă nu sunt luate măsuri de precauție. Conținutul ridicat de nutrienți poate duce la eutrofizare (dezvoltarea algelor, adică înflorirea apelor). De asemenea, efluentul conține acid azotic, cu efect coroziv.

Tancuri pentru stocarea materiilor prime fluide

Materiile prime fluide sunt, în general, depozitate în tancuri subterane din beton armat, ermetizate împotriva scurgerilor. Aceste tancuri, similare celor utilizate în agricultură pentru stocarea gunoiului de grajd fluid, au o capacitate suficientă pentru depozitarea pe o perioadă de 1-2 zile. În scopul prevenirii emisiilor, toate tancurile de stocare trebuie acoperite. Soluția aleasă pentru acoperire trebuie să asigure o descoperire ușoară și posibilitatea îndepărtării sedimentelor formate. Atunci când tancurile de stocare sunt plasate la un nivel mai ridicat comparativ cu digestorul (topografie în pantă), forța hidraulică determinată de înclinație elimină necesitatea echipamentelor de transport (pompelor), în acest fel economisindu-se energie.

Co-substraturile (fie lichide, fie solide) pot fi amestecate, în tancul de stocare, cu substratul principal, zdrobite, omogenizate și transformate într-o mixtură fluidă. În acest amestec trebuie evitată formarea cocoloașelor, sedimentarea, apariția straturilor de flotație și separările fazelor. Din acest motiv, tancurile de stocare sunt dotate cu mixere, combinate adeseori cu instrumente de tăiere și zdrobire pentru omogenizarea substraturilor. În cazul tancurilor de stocare, amestecarea se efectuează cu aceleași tehnici folosite și în cazul digestoarelor.

Tancurile de stocare necesită operații simple de întreținere, acestea incluzând îndepărtarea straturilor de sedimente, precum și nisipul și pietrișul, care altfel ar reduce capacitatea de depozitare a tancului. Sedimentele sunt îndepărtate folosindu-se platforme de răzuire, dispozitive cu melc rotativ, pompe de vidanjare, tancuri de colectare sau agregate montate în podea.

Materiile prime de proveniență industrială pot necesita măsuri de sanitație și, din acest motiv, trebuie întotdeauna manevrate și depozitate strict separat de locul de recepție al materiilor prime provenite din agricultură, în scopul prevenirii amestecării acestora, înainte de procesarea cu ajutorul echipamentului de sanitație.

În scopul minimizării mirosurilor neplăcute emanate de fabrica de biogaz, ca și din motive practice, livrarea, stocarea și prepararea materiilor prime trebuie să fie executate în încăperi echipate cu sisteme de ventilație dotate cu biofiltre. Astfel, echipamentul este protejat, și atât operarea, cât și activitățile de monitorizare pot fi conduse indiferent de condițiile meteo.

Condiționarea materiilor prime

Condiționarea materiilor prime influențează eficiența și fluxul procesului AD. Scopul condiționării îl constituie, pe de o parte, îndeplinirea cerințelor de sanitație, iar pe de alta, creșterea digestibilității materiei prime.

Condiționarea materiei prime conferă un potențial important pentru optimizarea procesului AD și conduce la creșterea ratei digestiei și a producției de biogaz. Există câteva posibilități de condiționare și optimizare a materiilor organice folosite în fabrica de biogaz, cum ar fi zdrobirea mecanică, procese de dezintegrare (deja utilizate pentru tratarea reziduurilor menajere) și etapa de hidroliză în contra-curent.

Sortarea și separarea

Necesitatea sortării și separării impurităților și a materialelor nedorite conținute în substraturile materiilor prime depinde de originea și de compoziția acestora. Materialele de siloz sunt printre cele mai curate materii prime, în timp ce, spre exemplu, gunoiul de grajd și cel menajer pot conține pietre și alte impurități mecanice. Acestea sunt îndepărtate, în general, prin sedimentare, în tancurile de stocare (iar, în cazul nisipului, chiar în interiorul digestoarelor), fiind necesară, apoi, îndepărtarea periodică a acestora de pe fundul recipientelor respectivi. În multe cazuri este utilizat și un pre-tanc, dotat cu grătare speciale pentru reținerea pietrelor și a celorlalte corpuri străine, înaintea pompării materiei prime în tancul principal de stocare.

Gunoiul menajer și resturile alimentare provenite din activitatea de catering pot conține diferite impurități (reziduuri din ambalajele din material plastic, metale, lemn, sticlă și alte materiale non-digestibile), care pot să deterioreze pompele și să blocheze conductele și digestoarele (Figura 7. stânga). Aceste impurități pot fi îndepărtate cu ajutorul unui sistem separat de colectare a resturilor menajere, spre exemplu, sau pot fi îndepărtate manual sau prin metode mecanice sau magnetice.

Sanitația

Manipularea, tratarea și reciclarea resturilor organice trebuie făcută fără vătămarea oamenilor, viețuitoarelor și a mediului înconjurător. Legislația europeană și cea națională reglementează practicile de tratare a deșeurilor, pentru prevenirea riscurilor epidemice și de igienă, stabilind tratamentul termic potrivit în cazul materialelor de risc.

În toate cazurile, sanitația materiilor prime trebuie efectuată înainte de pomparea acestora în digestor. Motivul îl constituie evitarea contaminării întregii cantități de material și păstrarea la nivel scăzut a costurilor de sanitație. Sanitația este condusă, de obicei, în tancuri separate, din oțel inoxidabil, încălzite și conectate la sistemul de alimentare al digestorului. Parametrii tipici pentru sanitație sunt: temperatura, presiunea, timpul minim garantat de retenție (MGRT) și volumul. Temperatura materialului, ulterior procesului de sanitație, este mai ridicată decât temperatura din timpul procesului AD. Din acest motiv, înainte de a alimenta digestorul, materialul sanitizat este trecut printr-un schimbător de căldură, unde are loc transferul unei părți din căldură către biomasa cu temperatură mai scăzută, care este pompată în digestor.

Zdrobirea

Zdrobirea materiilor prime pregătește suprafețele particulelor pentru procesul de descompunere biologică, deci pentru producerea subsecventă de metan. Procesul de descompunere decurge mai rapid atunci când mărimea particulelor este mai redusă. Cu toate acestea, mărimea particulelor influențează doar timpul de digestie, însă nu determină, în mod necesar, și creșterea cantității de metan produse. Zdrobirea materiei prime se află în conexiune directă cu sistemul de alimentare. Ambele operații pot fi conduse prin intermediul unui motor electric sau cu ajutorul arborelui de transmisie al unui tractor.

Înmuierea și omogenizarea

Înmuierea materiei prime este necesară în scopul obținerii unui conținut relativ ridicat de apă al acesteia, astfel încât să poată fi încărcată în digestor prin pompare. Înmuierea are loc în tancurile de stocare sau în pre-digestoare, înaintea pompării materialului în digestorul principal. Lichidele folosite în procesul de înmuiere sunt alese în funcție de disponibilitatea acestora și sunt constituite, în general, din gunoi de grajd lichid brut, digestat, apă de procesare sau chiar apă proaspătă.

Avantajul utilizării digestatului în procesul de înmuiere este acela al reducerii consumului de apă proaspătă și al inoculării substratului cu microorganismele necesare procesului AD, care are loc la nivelul digestorului. Acest lucru poate prezenta importanță în post-sanitație sau în cadrul procesului de curgere lentă. Cu toate acestea, folosirea digestatului pentru înmuiere poate avea drept consecință creșterea conținutului în săruri și nutrienți al substratului, ceea ce poate conduce la dezechilibrarea procesului sau chiar la inhibiția acestuia. Aceleași precauții trebuie luate și în cazul utilizării apei provenite din procesele de spălare, deoarece substanțele dezinfectante pot avea un impact negativ asupra microorganismelor necesare procesului AD.

Folosirea apei potabile trebuie evitată din cauza costurilor crescute. Omogenitatea substratului este importantă pentru stabilitatea procesului AD. Materiile prime fluide sunt omogenizate prin amestecare în tancul de stocare, în timp ce materiile solide trebuie omogenizate în cursul procesului de alimentare. Fluctuațiile mari ale tipurilor de materii prime livrate, precum și ale compoziției acestora, supun microorganismele AD stresului, acestea fiind obligate să se adapteze continuu noilor substraturi și schimbării permanente a condițiilor de mediu. De obicei, acest fapt conduce la scăderea producției de biogaz. Experiența demonstrează necesitatea existenței unor loturi stabile și constante de materie primă, pe perioade mai lungi de timp, în scopul obținerii unui proces AD stabil și “sănătos” (echilibrat), lucru care va determina o producție mai ridicată de metan.

Sistemul de alimentare

După depozitare și pre-tratament, materia primă ce urmează a fi supusă procesului AD este introdusă în digestor. Tehnica de alimentare a digestorului depinde de tipul materiei prime și de fluiditatea acesteia. Materia primă fluidă este transferată din tancurile de stocare în digestor cu ajutorul pompelor. În această categorie sunt cuprinse gunoiul animal lichid și o serie numeroasă de deșeuri organice fluide (de exemplu, materialele de flotație din apele reziduale menajere, reziduurile din industria lactatelor, uleiul de pește). Tipurile de materiale solide ce nu pot fi pompate (materiale fibroase, fân, porumb însilozat, gunoi de grajd cu conținut ridicat de paie) pot fi răsturnate sau turnate direct în sistemul de alimentare, cu ajutorul dispozitivelor de încărcare, și, de aici, în digestor (de exemplu, printr-un sistem de conducte echipate cu melc rotativ). Ambele tipuri de materii prime (fluide și solide) pot fi încărcate în digestor și simultan. În acest caz, este preferabil ca alimentarea cu materiale solide să se efectueze pe o cale auxiliară.

Din punct de vedere microbiologic, situația ideală pentru obținerea unui proces AD stabil este aceea a unui flux continuu de materie primă prin digestor. În practică, materia primă este adăugată cvasi-continuu, în câteva tranșe, pe parcursul unei zile. Acest fapt conduce la economii de energie, deoarece agregatele de alimentare nu operează permanent. Există diverse sisteme de alimentare, alegerea lor depinzând de calitatea materiilor prime, și în primul rând de fluiditatea acestora, precum și de intervalul dintre alimentări.

O mare atenție trebuie acordată temperaturii materiei prime introduse în digestor. Între temperatura materiilor ce urmează a fi adăugate și temperatura de operare a digestorului pot exista mari diferențe; de exemplu, în cazul în care materia primă a fost supusă procesului de sanitizare (până la 130°C) sau pe timpul iernii (sub 0°C). Diferențele de temperatură perturbă biologia procesului, determinând scăderea producției de biogaz, astfel încât acestea trebuie evitate. Există câteva soluții tehnice pentru combaterea acestei probleme, cum ar fi utilizarea pompelor de căldură sau a schimbătoarelor de căldură pentru preîncălzirea materiilor prime înainte de introducerea acestora în digestor.

Transportul materiilor prime fluide

Transferul substraturilor materiilor prime fluide din tancul de stocare în digestor se realizează cu ajutorul pompelor. În mod frecvent, sunt utilizate două mari categorii de pompe:

pompe centrifugale

pompe de dizlocuire.

Pompele centrifugale (rotative) sunt, cel mai adesea, imersate, însă pot fi amplasate și alăturat digestorului, într-un puț sec. Pentru aplicații speciale, sunt disponibile pompe de fragmentare, care sunt folosite în cazul materialelor care conțin fibre lungi (paie, resturi de nutreț, iarbă cosită). Pompele de dizlocuire (pompe cu piston, pompe cu melc rotativ excentric) prezintă o mai mare rezistență la presiune decât pompele rotative. Acestea creează vacuum propriu, funcționează în două direcții și ating presiuni relativ ridicate, având o capacitate de transport diminuată. Totuși, datorită prețului scăzut, pompele rotative sunt mai frecvent alese decât cele de dizlocuire.

Pompe centrifugale

O pompă centrifugală este o pompă roto-dinamică, ce folosește o elice rotativă pentru creșterea vitezei fluidului. Fluidul este condus de-a lungul axului rotativ și accelerat de către elice, fiind împins radial, înspre exterior, într-o cameră de difuzare sau de formă spirală, de unde este evacuat printr-un sistem de conducte. Pompele centrifugale sunt utilizate, în mod obișnuit, pentru a pune în mișcare lichidele printr-un sistem de conducte, și, de aceea, sunt folosite frecvent pentru transportul gunoiului de grajd lichid.

Figura 8. Valve de închidere (stânga) și sistemul de pompare (dreapta) (RUTZ, 2006)

Pompele de dizlocuire prin presiune

Pentru transportul materiilor prime lichide cu viscozitate mai ridicată și cu un conținut mai mare de materii solide, pompele de dizlocuire prin presiune (cu piston rotativ sau cu melc rotativ excentric) sunt utilizate frecvent. Cantitatea de material transportată depinde de viteza de rotație, ceea ce permite un control mai bun asupra pompei, precum și dozarea precisă a materialului pompat. Pompele de dizlocuire crează vacuum propriu și sunt mai stabile în condiții de presiune decât pompele centrifugale. Din acest motiv, performanțele lor de transport prin conductă depind mai puțin de diferențele de înălțime. Din cauza faptului că pompele de dizlocuire sunt relativ susceptibile la probleme determinate de conținutul mare de fibre al materialelor supuse pompării, este necesară echiparea acestora cu dispozitive de tăiere și separare, pentru a le proteja de acțiunea materialelor fibroase și a altor corpuri de dimensiuni mai mari.

Alegerea tipului potrivit de pompe, precum și al tehnologiilor de pompare depinde de caracteristicile materialelor care trebuie transportate (tipul materialului, conținutul de substanță uscată, dimensiunile particulelor și nivelul de prelucrare). Fabricile de biogaz folosesc, de regulă, același tip de pompe cu cel utilizat pentru transportul gunoiului de grajd lichid, pompe care si-au dovedit eficacitatea și pentru alimentarea digestorului și manevrarea digestatului. Experiența demonstrează că formarea blocajelor la gurile de admisie și de evacuare poate fi prevenită prin alegerea unui diametru suficient de mare al conductelor.

Conductele de presiune, folosite pentru umplere și amestecare, trebuie să aibă un diametru de cel puțin 150 mm, în timp ce conductele nesupuse la presiune, precum cele de evacuare sau supraplin, trebuie să aibă un diametru de cel puțin 200 mm, pentru transportul gunoiului lichid, și de 300 mm, în cazul celui cu un conținut ridicat de paie.

Toate piesele aflate în mișcare ale pompelor sunt supuse unei uzuri ridicate și, din acest motiv, trebuie înlocuite periodic. Această operație trebuie să fie fezabilă fără întreruperea producției de biogaz. Din acest motiv, pompele trebuie echipate cu valve de închidere, care să permită atât alimentarea, cât și golirea digestoarelor și a conductelor. Pompele și conductele trebuie să fie ușor accesibile, iar în jurul acestora trebuie să existe suficient spațiu pentru asigurarea condițiilor necesare lucrărilor de întreținere.

Transportul substraturilor fluide este controlat în mod automat, prin intermediul computerelor de proces și a temporizatoarelor. În numeroase cazuri, întregul transport la nivelul unei fabrici de biogaz se realizează cu ajutorul a 1-2 pompe, amplasate într-o stație de pompare.

Figura 9. Sisteme de pompare (AGRINZ GmbH, 2008)

Transportul materiilor prime solide

Materiile prime solide, precum fânul, porumbul însilozat, gunoiul de grajd cu un conținut ridicat de paie, reziduurile vegetale etc. trebuie transportate de la locul de depozitare (siloz de tip buncăr) la sistemul de alimentare al digestorului. Aceasta se realizează, în general, prin intermediul încărcătoarelor și al tractoarelor (Figurile 10. și 11.), iar materia primă este introdusă în digestor, spre exemplu, cu ajutorul unui sistem de transport format dintr-un ansamblu conductă cu melc rotativ, precum cele prezentate în Figura 12..

În general, sistemul de alimentare include un container, în care materialul este introdus cu ajutorul unui tractor și al unui sistem de transport controlat în mod automat. Acesta constă din platforme de răzuire, benzi rulante, tije de împingere și transportoare cu melc rotativ.

Platformele de răzuire și tijele de împingere sunt folosite pentru transportul materialului până la transportoarele cu melc rotativ. Acestea sunt capabile să transporte aproape întreaga cantitate de materie primă, atât în plan orizontal, cât și în plan ușor înclinat, și de aceea sunt utilizate în cazul containerelor de dimensiuni foarte mari, pentru stocare temporară, nefiind potrivite pentru efectuarea dozajelor.

Mecanismele cu melc rotativ pot transporta materialul în aproximativ orice direcție. Singura condiție este lipsa corpurilor străine de mari dimensiuni, cum ar fi pietrele. Pentru o funcționare optimă, materialul grosier trebuie în prealabil zdrobit, pentru a putea fi prins de către melc și preluat în cavitățile acestuia.

Figura 10. Sistem de alimentare al containerului pentru materii prime solide: porumb însilozat și gunoi

solid de pasăre (stânga) și încărcător cu porumb însilozat (dreapta) (RUTZ, 2008)

Figura 11. Încărcător alimentând un container cu porumb însilozat (RUTZ, 2008)

Figura 12. Sistem de transport tip conductă cu melc rotativ (stânga) și melci rotativi, pregătiți pentru

instalare (dreapta) (RUTZ, 2007)

Încărcarea materiilor prime în digestor trebuie făcută fără adăugare de aer și nu trebuie să permită nici scăpările de biogaz. Din acest motiv, sistemul de alimentare introduce materialul sub suprafața stratului de digestat (Figura 13.). De regulă, sunt folosite trei tipuri de sisteme: canale de scurgere, pistoane de alimentare și melci rotativi.

Canale de scurgere

Alimentarea cu materiale solide prin intermediul canalelor de scurgere, utilizând încărcătoare frontale sau de tip rotativ, permite introducerea, în orice moment, a unor mari cantități de materiale solide direct în digestor.

Pistoane de alimentare

Atunci când sunt folosite pistoane de alimentare, materia primă este introdusă direct în digestor, cu ajutorul cilindrilor hidraulici, care împing materialul printr-o deschidere aflată în peretele digestorului. Acest mod de alimentare, prin partea inferioară, la nivelul solului, permite înmuierea materialului astfel introdus în lichidul deja conținut în digestor. În acest fel, se reduce riscul formării stratului de flotație. Acest sistem este echipat cu role de amestecare în contrasens, care dirijează co-substraturile către cilindrii orizontali amplasați la un nivel mai coborât, în același timp efectuându-se și zdrobirea fibrelor lungi.

Melci rotativi

Introducerea co-substraturilor în digestor poate fi realizată și prin intermediul sistemelor de alimentare cu melci rotativi. În acest caz, materialul este presat sub nivelul lichidului din interiorul digestorului, cu ajutorul unui șurub de tip melc. Metoda prezintă avantajul prevenirii scurgerilor de gaze ce pot surveni pe durata alimentării. Modul cel mai simplu de punere în practică este acela al amplasării dozatorului direct pe digestor, astfel încât să fie necesară inserția unui singur șurub-melc. Pentru alimentarea melcului sunt utilizate containere pentru stocare temporară, prevăzute sau nu cu dispozitive de zdrobire.

Figura 13. Sistem cu melc rotativ, piston de alimentare ;i canal de scurgere, folosite pentru alimentarea

digestorului (FAL, 2006)

Figura 14. Container de alimentare pentru material însilozat (AGRINZ GmbH, 2006)

Conducte și armături

Conductele și armăturile folosite pentru construcția sistemelor de producție a biogazului trebuie să prezinte rezistență la coroziune și să fie potrivite manevrării acestor tipuri de materiale (biogazul și biomasa). Materialele utilizate pentru construcția conductelor depind de natura substanțelor transportate și de nivelul presiunii de operare și sunt reprezentate de PVC, HDPE, oțel simplu sau oțel inoxidabil. Armăturile, precum cuplajele, valvele glisante, valvele de tip fluture, ferestrele de curățare și manometrele trebuie să fie accesibile, ușor de întreținut și amplasate astfel încât să fie protejate de îngheț. În unele cazuri, este necesară izolarea conductelor (Figura 15.). Pentru operarea în siguranță a fabricilor de biogaz, trebuie îndeplinit un minimum de condiții în ceea ce privește proprietățile materialelor, sistemele de siguranță și etanșeitatea sistemului de conducte și armături.

Conductele pentru transportul biomasei trebuie să aibă un diametru de 300 mm. Refluxul substratului din digestor către tancurile de stocare trebuie evitat printr-o proiectare judicioasă a sistemului. La instalarea conductelor trebuie respectată o înclinare de 1-2% a acestora, pentru a se permite curgerea completă. O mare atenție trebuie acordată etanșeizării corespunzătoare a instalației. Conductele lungi, precum și cele care formează unghiuri pe traseu sunt susceptibile la pierderea presiunii.

Figura 15. Conducte de gaz izolate (stânga) și conducte pentru digestat (dreapta) (RUTZ, 2008)

Conductele pentru transportul gazului trebuie instalate înclinat și echipate cu valve, în scopul evacuării condensatului. Chiar și cantități mici de condensat pot conduce la blocarea completă a liniilor de transport al gazului, ca urmare a scăderii presiunii în sistem.

Sistemul de încălzire – încălzirea digestorului

Temperatura constantă de procesare reprezintă una dintre condițiile de bază pentru operarea în condiții stabile și obținere a unei înalte producții de biogaz. Fluctuațiile de temperatură, inclusiv cele sezoniere, determinate de anotimp și de condițiile meteorologice, precum și fluctuațiile locale, între diferite zone din interiorul digestorului, trebuie păstrate la un minimum, pe cât posibil. Fluctuațiile mari de temperatură pot conduce la dezechilibrarea procesului AD, și chiar, în cazurile cele mai grave, la eșecul complet al procesului.

Cauzele fluctuațiilor de temperatură sunt variate:

• Adăugarea unor noi cantități de materie primă.

• Formarea straturilor cu temperaturi diferite sau a zonelor de temperatură, din cauza izolării insuficiente, a dimensionării necorespunzătoare a sistemului de încălzire sau a unei amestecări insuficiente.

• Amplasarea inadecvată a elementelor de încălzire.

• Temperaturile exterioare extreme din timpul verii sau al iernii.

• Defectarea mecanismelor de antrenare.

În scopul atingerii și menținerii unei temperaturi constante de procesare, precum și pentru compensarea pierderilor de căldură, digestoarele trebuie izolate și încălzite cu ajutorul surselor externe (Figura 16.). Sursa de căldură cel mai frecvent folosită este căldura reziduală provenită din centrala termică în co-generare a fabricii de biogaz.

Figura 16. Sistemul de încălzire al unei fabrici de biogaz (stânga) și izolarea unui digestor din beton

armat, aflat în construcție (dreapta) (RUTZ, 2008)

Încălzirea materiei prime poate fi făcută fie pe durata alimentării (pre-încălzire), cu ajutorul schimbătoarelor de căldură, fie poate avea loc în interiorul digestorului, prin intermediul elementelor de încălzire (Figura 17.), a aburului fierbinte etc. Pre-încălzirea substraturilor materiei prime în cursul alimentării prezintă avantajul evitării fluctuațiilor de temperatură din interiorul digestorului. Numeroase fabrici de biogaz utilizează o combinație din ambele tipuri de încălzire a materiilor prime.

Figura 17. Conducte pentru încălzit amplasate în interiorul digestorului (AGRINZ GmbH, 2008)

Digestoare

Elementul esențial al unei fabrici de biogaz este digestorul, un tanc de reacție etanș la pătrunderea aerului, în interiorul căruia materia primă este supusă procesului AD, având loc, astfel, producerea biogazului. Caracteristicile comune tuturor digestoarelor, în afara etanșeității împotriva pătrunderii aerului, sunt: existența unui sistem de alimentare cu materii prime, precum și a sistemelor de evacuare a biogazului și digestatului. În condițiile climaterice ale continentului european, digestoarele anaerobe trebuie izolate și încălzite.

La nivel mondial, există o întreagă varietate constructivă de digestoare pentru biogaz. Astfel, sunt folosite digestoare din beton, oțel, cărămidă sau material plastic, în formă de siloz, de jgheaburi sau bazine, amplasate în subteran sau la suprafață. Dimensiunile unei fabrici de biogaz sunt determinate de dimensiunile digestoarelor, care variază de la câțiva metri cubi, în cazul instalațiilor mici, gospodărești, până la marile fabrici comerciale, care posedă câteva digestoare, fiecare cu volume de mii de metri cubi.

Alegerea tipului constructiv al digestorului este determinată, în primul rând, de conținutul de apă, respectiv, de substanță uscată al substratului digestat. Așa cum a fost menționat mai înainte, tehnologia AD operează cu două sisteme de bază: digestia umedă, în cazul în care conținutul mediu de substanță uscată (DM) al substratului este mai scăzut de 15% și digestia uscată, atunci când conținutul în substanță uscată al substratului este superior acestei valori, de obicei între 20-40%. Definițiile și limitele amintite aici prezintă unele variații regionale, iar, în unele cazuri, acestea sunt stabilite prin legislație și scheme suport, așa cum se întâmplă, de exemplu, în Germania.

Digestia umedă este folosită, de obicei, în cazul substraturilor de tipul gunoiului de grajd fluid și nămolurilor de canalizare, în timp ce digestia uscată este utilizată pentru producerea de biogaz din gunoiul de grajd solid cu un conținut ridicat de paie, din reziduuri menajere și bioreziduuri orășenești solide, precum și din vegetația tăiată în scopuri de întreținere sau din materiale provenite din culturi energetice (proaspete sau însilozate). Ambele tipuri de digestoare, care folosesc AD umedă sau uscată, sunt descrise mai jos, cu accentul pe sistemele de digestie umedă, acestea reprezentând cea mai interesantă alternativă pentru fabricile agricole de biogaz.

Din punct de vedere al transferului de material prin digestor, acestea se împart în două tipuri principale: digestoare cu funcționare discontinuă și digestoare cu funcționare continuă.

Digestoare cu funcționare discontinuă

Specificul de operare al digestoarelor cu funcționare discontinuă constă în alimentarea acestora numai cu o porțiune din materia primă (tranșă), care este apoi supusă digestiei, după care este evacuată complet. Ulterior, o nouă porțiune este introdusă în digestor, iar procesul se repetă. Digestoarele cu funcționare discontinuă sunt mai simplu de construit și sunt folosite, în mod obișnuit, pentru digestia uscată.

Un exemplu de digestoare cu funcționare discontinuă îl reprezintă așa-numitele digestoare “de tip garaj” (Figura 18.) construite din beton, pentru tratarea bioreziduurilor separate la sursă, provenite din gospodării, cosiri, gunoi de grajd și culturi energetice. Capacitatea de tratare variază între 2.000-50.000 tone pe an. Materia organică este inoculată cu digestat și introdusă în digestor. Inocularea permanentă cu biomasă bacteriană are loc prin percolație, prin recircularea lichidului, acesta fiind pulverizat peste substratul aflat în digestor.

Spre deosebire de digestia umedă, digestia uscată nu necesită amestecarea substratului supus AD pe parcursul digestiei. Temperatura de procesare și cea a lichidului de percolație sunt controlate cu ajutorul unui sistem de încălzire prin podea, construit în interiorul digestorului, și prin intermediul unui schimbător de căldură, care funcționează ca rezervor pentru lichidul de percolație.

Digestia discontinuă prezintă un număr de avantaje comparativ cu alte sisteme, în termenii unor costuri reduse de procesare și ai tehnologiei mecanice pe care aceasta se bazează.

Aceasta, în schimb, prezintă și efecte adverse în ceea ce privește consumul energetic și costurile de întreținere.

Figura 18. Digestor cu funcționare discontinuă de tip garaj, încărcat cu ajutorul buldozerului (BEKON, 2004)

O alternativă promițătoare pentru tehnologia AD complet uscată este utilizarea sacilor din plastic sau a tubulaturii din folie de plastic. Ideea constă în reducerea costurilor investiției prin folosirea foliilor din plastic, aceasta fiind împrumutată din tehnologia de însilozare prinutilizarea sacilor din plastic, prin care substraturile AD (gunoi de grajd, bioreziduuri, culturi energetice dedicate) sunt depozitate în saci din plastic ermetizați împotriva pătrunderii aerului.

Digestoarele cu funcționare discontinuă sunt, de asemenea, utilizate și în cazul digestiei combinate umedă-uscată, pentru procesarea materiilor prime solide, în care este folosită apă reziduală suplimentară sau lichid de percolație în cantități mai mari pentru imersia materialului sau pentru procese de percolație.

Posibilitatea manipulării substraturilor, nu numai prin procese de pre-tratare și percolație, ci și cu ajutorul “aerației” de înaltă presiune și a inundării, permite utilizarea fermentației uscate ca tratament potrivit în cazul gropilor de gunoi controlate.

Digestoare cu funcționare continuă

Într-un digestor cu funcționare continuă, substraturile materiei prime sunt introduse în acesta în mod constant. Materialul circulă prin digestor fie condus mecanic, fie datorită presiunii generate de materialul proaspăt adăugat, acesta împingând materialul digestat către ieșirea digestorului. Spre deosebire de digestoarele cu funcționare discontinuă, cele cu funcționare continuă produc biogaz fără întreruperea procesului pentru încărcarea unei noi tranșe de materie primă și pentru evacuarea efluentului digestat. Digestoarele cu funcționare continuă produc cantități constante și predictibile de biogaz și digestat.

Există trei sisteme principale de digestoare cu funcționare continuă: vertical, orizontal și sisteme de tancuri multiple. În funcție de soluția aleasă pentru amestecarea substraturilor AD, digestoarele cu funcționare continuă pot fi clasificate în digestoare cu amestecare completă și digestoare cu flux lent (Tabelul 1.). Astfel, digestoarele cu amestecare completă sunt, în principal, verticale, în timp ce digestoarele cu flux lent sunt orizontale.

Tabelul 1. Tipuri de digestoare

Digestoare verticale

În practică, cea mai mare parte a digestoarelor sunt de tip vertical. Digestoarele verticale sunt, în general, construite la fața locului, sub forma unor tancuri circulare din oțel sau beton armat, cel mai adesea având o bază conică, pentru o mai ușoară amestecare și evacuare a nisipului sedimentat. Digestoarele sunt etanșe împotriva pătrunderii aerului, izolate, încălzite și echipate cu mixere și pompe. În cele mai multe cazuri, digestoarele sunt acoperite cu o cupolă din beton sau din oțel, iar biogazul produs este evacuat prin conducte și depozitat într-o incintă externă de stocare, aflată în proximitatea digestorului. În alte situații, cupola de acoperire poate consta dintr-o membrană impermeabilă pentru gaze, care facilitează stocarea biogazului. Membrana este umflată de către biogazul produs sau poate fi ancorată de un catarg central (Figura 19.).

Figura 19. Digestoare verticale, acoperite cu membrane impermeabile pentru gaze (AGRINZ GmbH,

2008) – stânga și (RUTZ, 2006) – dreapta

Digestoarele construite din beton armat sunt suficient de impermeabile pentru gaze, datorită saturației în apă a betonului, provenită din umiditatea conținută în materiile prime și biogaz.

Tancurile din beton armat pot fi instalate, complet sau parțial, în subteran. Construcția defectuoasă poate conduce la crăparea betonului, la scurgeri, coroziune și, în cazuri extreme, chiar la demolarea digestorului. Aceste probleme pot fi evitate prin asigurarea calității adecvate a betonului și prin proiectarea și construirea profesională a digestorului.

Figura 20. Construcția la fața locului a digestoarelor verticale din beton armat (RUTZ, 2007)

Digestoarele din oțel sunt instalate pe o fundație din beton. Plăcile din oțel sunt fie sudate, fie prinse cu ajutorul bolțurilor, iar îmbinările trebuie ranforsate. Digestoarele trebuie întotdeauna amplasate deasupra solului. Unul dintre avantajele digestoarelor verticale este acela că tancurile pentru gunoi de grajd, deja existente în cadrul fermelor, pot fi convertite în mod eficient din punct de vedere economic în digestoare de biogaz, prin adăugarea izolației și a sistemului de încălzire. Pentru izolarea ulterioară a acestora se folosesc plăci hidroizolante din polistiren, atașate cu ajutorul unor dibluri pe pereții interiori ai tancului. O altă opțiune pentru realizarea izolației tancurilor pentru gunoi convertite este impregnarea completă a interiorului acestora cu spumă, pentru obținerea impermeabilității la gaze, operație ce trebuie executată de către firme specializate.

În final, tancurile sunt acoperite prin cupole impermeabile pentru gaze, simple sau duble. Un sistem special de digestie, utilizat în fabricile de biogaz agricole care folosesc gunoiul de grajd drept materie primă, este așa-numitul sistem cu acumulare și curgere continuă (sistem ACF). Într-un astfel de sistem, întregul tanc de stocare a gunoiului animal servește, în același timp, și ca digestor. Aceste tipuri de fabrici de biogaz au fost instalate în fermele în care s-a impus construirea unor capacități de stocare suplimentare. Încărcarea minimă a digestorului are loc pe timpul verii, după ultima aplicare a digestatului ca îngrășământ. În timpul toamnei și al iernii, digestorul funcționează la capacitate maximă. În această etapă, sistemul lucrează în regim de curgere continuă, cu timp de retenție mare și o bună producție de biogaz.

Digestatul este evacuat în tancul de stocare, care funcționează și ca post-digestor.

Digestoare orizontale

Digestoarele orizontale sunt de formă cilindrică și prezintă o axă orizontală. Acest tip de digestoare sunt, în mod obișnuit, construite și transportate către fabrica de biogaz în monobloc, astfel încât acestea prezintă limitări dimensionale și de volum. Tipul standard, potrivit aplicațiilor la scară mică, constă dintr-un tanc orizontal, din oțel, cu volumul de 50- 150 m3, care este utilizat ca digestor principal pentru fabricile mici de biogaz, sau ca predigestor, în cazul fabricilor mari. Există și alternativa folosirii digestoarelor de tip canal, construite din beton, care permit un volum de digestie mai mare, de până la 1.000 m3.

Digestoarele orizontale pot opera și în paralel, în scopul obținerii unei capacități mai mari de prelucrare. Datorită formei lor, este utilizată, în mod automat, metoda fluxului lent. Materia primă se deplasează încet, de la intrarea în digestor până la ieșirea din acesta. Riscul evacuării de substrat nedigestat este minimizat și există garanția timpului specific de retenție pentru întreaga cantitate de substrat. Digestoarele orizontale cu flux continuu sunt, în mod normal, utilizate în cazul materiilor prime precum gunoiul de pasăre, fânul, porumbul însilozat sau gunoiul de grajd cu conținut ridicat de paie.

Digestorul izolat este echipat cu un sistem de încălzire, un dom de stocare a gazului, conducte pentru alimentarea cu gunoi animal și un mixer. Sistemul de încălzire constă fie din conducte de amestecare ale mixerului, încălzite cu ajutorul apei calde, fie din radiatoare diagonale, incluse prin construcție. Brațele mixerului cu mișcare lentă sunt dotate cu palete, amplasate pe axul acestuia sub formă de spirală, în scopul distribuirii uniforme a cuplului de forțe. Numeroasele palete sunt capabile să transporte și nisipul depus, către tancurile de evacuare. Prin asigurarea unui flux continuu al materiei prime poate fi obținut un timp mediu de retenție de 15-30 zile. Nivelul de umplere al digestorului va atinge întotdeauna aceeași înălțime și va fluctua în domul pentru gaze, în cursul umplerii și al amestecării. Acest nivel este controlat prin intermediul unui sifon al supraplinului. Digestorul este echipat cu o copertină impermeabilă pentru apă sau este amplasat sub un acoperiș. Poate fi construit fie la fața locului, fie produs în serie limitată de către o fabrică specializată. Digestoarele din oțel simplu sau inoxidabil sunt construite, întotdeauna, la suprafața solului și fixate pe o fundație din beton armat, iar șuruburile de asamblare trebuie sigilate.

Sisteme de tancuri multiple

Fabricile de co-digestie ale fermelor de dimensiuni mari cuprind, de obicei, câteva sisteme de tancuri multiple. Acestea sunt, în mod normal, operate ca sisteme cu flux continuu, incluzând unul sau mai multe digestoare principale și post-digestoare. Digestoarele pot fi fie numai de tip vertical, fie se folosește o combinație între digestoare verticale și orizontale. Tancurile de stocare a digestatului servesc, de asemenea, și ca post-digestoare, fiind întotdeauna necesară acoperirea acestora cu o membrană impermeabilă pentru gaze, în scopul evitării emisiilor de metan din timpul producerii biogazului, emisii care continuă și la temperaturi mai coborâte, a nivelul post-digestorului.

Întreținerea digestoarelor

Îndepărtarea sedimentelor din digestor

În interiorul digestoarelor cu funcționare continuă se pot acumula sedimente formate din materiale grele, cum ar fi nisipul și alte materiale non-digestibile. Cea mai mare parte a acestora poate fi îndepărtată în cursul proceselor premergătoare depozitării sau în timpul alimentării cu materie primă a digestorului. Totuși, nisipul poate adera foarte puternic la substanțele organice ale substratului, fapt care conduce la dificultatea separării acestuia înainte de procesul de digestie. O mare parte a nisipului este eliberată în timpul procesului AD, în interiorul digestorului. Gunoiul animal (gunoiul porcin și cel de pasăre), dar și alte tipuri de biomasă pot conține diverse cantități de nisip. Acumularea nisipului în interiorul tancurilor și digestoarelor reduce volumul util al acestora. Prezența nisipului în compoziția biomasei supuse fluxului de producție suprasolicită sistemele de amestecare, pompele și schimbătoarele de căldură, determinând blocarea, obstrucția și uzura prematură a acestora.

Straturile de sediment se pot întări, în cazul în care nu sunt îndepărtate periodic. Dacă acest fenomen a avut loc, sedimentul poate fi îndepărtat numai prin folosirea utilajelor grele.

Îndepărtarea continuă a straturilor de sediment formate în interiorul digestoarelor poate fi efectuată cu ajutorul dispozitivelor de răzuire sau a gurilor de evacuare prevăzute în podea. În cazul în care formațiunile sedimentare ating dimensiuni prea mari, sistemele de îndepărtare a acestora pot să nu mai funcționeze și, din acest motiv, poate fi necesară scoaterea digestorului din funcțiune, deschiderea acestuia și îndepărtarea manuală a sedimentelor sau cu ajutorul utilajelor, în funcție de dimensiunile digestorului. Presiunea statică dezvoltată în interiorul digestoarelor cu înălțimi foarte mari (peste 10 m) poate fi suficientă pentru îndepărtarea nisipului, a crustelor și a nămolurilor.

Problemele cauzate de sedimente pot fi minimizate, dacă sunt luate următoarele măsuri:

• Golirea periodică a tancurilor de depozitare și pre-depozitare.

• Asigurarea unei capacități suficiente de pre-depozitare.

• Folosirea unor metode adecvate de amestecare.

• Amplasarea corespunzătoare a ștuțurilor conductelor de pompare, în scopul evitării circulației nisipului.

• Evitarea utilizării tipurilor de materie primă cu un conținut ridicat de nisip.

• Folosirea metodelor dezvoltate special pentru evacuarea nisipului din interiorul digestoarelor.

Măsuri împotriva formării spumei

Formarea straturilor de spumă și de materiale de flotație depinde de tipul materiei prime utilizate sau poate fi determinată de dezechilibrarea procesului. Prezența acestora la suprafața biomasei din interiorul digestorului poate determina blocaje pe liniile de transport al biogazului. În scopul prevenirii acestui lucru, liniile de transport al gazului trebuie să fie montate cât mai sus posibil, în interiorul digestorului. Captatoarele de spumă pot preveni pătrunderea acesteia în conductele de alimentare cu materie primă ale post-digestorului sau bazinelor de depozitare. În zona de depozitare a biogazului din interiorul digestorului poate fi instalat un senzor de spumă, cu rolul de declanșare automată a împrăștierii antispumantului, în cazul acumulării unei cantități prea mari de spumă la suprafața biomasei. Agenții antispumanți trebuie folosiți numai în situațiile de urgență, de vreme ce aceștia sunt alcătuiți, în general, din substanțe de legare a silicaților, ce pot defecta termocentrala în co-generare a fabricii de biogaz.

Tehnologii de amestecare

O omogenizare minimă a biomasei are loc în interiorul digestorului, prin fenomenul de amestecare pasivă. Aceasta se realizează prin adăugarea de materie primă proaspătă, când iau naștere curenți subsecvenți de convecție termică, precum și prin eliberare de bule de gaz.

Totuși, amestecarea pasivă este insuficientă pentru o operare optimă a digestorului, astfel încât este necesar un proces de amestecare susținut în mod activ.

Amestecarea poate fi făcută mecanic, hidraulic sau pneumatic. În 85-90% din fabricile de biogaz sunt folosite echipamente mecanice.

Conținutul digestorului trebuie omogenizat de câteva ori pe zi, în scopul amestecării materiei prime proaspăt adăugate cu substratul deja prezent în digestor, al prevenirii formării crustelor la suprafață precum și a straturilor de sedimentare, al aducerii în contact a microorganismelor cu noile particule de materie primă adăugată, al facilitării ridicării bulelor de gaz și al omogenizării distribuției de căldură și nutrienți.

În general, mixerele pot funcționa fie în mod continuu, fie secvențial. Experiența arată faptul că perioadele de amestecare pot fi optimizate în mod empiric și adaptate specificului fabricii respective de biogaz (dimensiunile tancului, calitatea materiei prime, tendința formării straturilor de flotație). După alimentarea inițială și punerea în funcțiune a fabricii, experiența și observațiile vor determina durata optimă, frecvența secvențelor de amestecare, precum și reglajele ce trebuie aduse mixerelor.

Experiența daneză a demonstrat faptul că mixerele electrice imersate, de viteză medie, utilizate pe scară largă în trecut, s-au dovedit a fi relativ scumpe în operare și greu accesibile pentru inspecții tehnice și reparații. În schimb, mixerele cu operare continuă, la viteze mici, instalate central, la partea superioară a digestoarelor, s-au dovedit a fi o alternativă bună. Totuși, utilizarea acestora necesită o ajustare corectă a nivelului biomasei din digestor, în scopul evitării formării straturilor de flotație.

Amestecarea mecanică

Amestecarea mecanică a conținutului digestoarelor se realizează folosind mixere, ce pot fi clasificate în mixere de viteză mare, medie și mică.

Figura 22. Mixer de plafon cu palete (stânga) și motorul acestuia (dreapta) (AGRINZ GmbH, 2006)

Figura 23. Mixere cu palete (stânga) și mixer de tip motor submersibil cu elice (dreapta) (AGRINZ GmbH, 2006)

În cazul digestoarelor verticale sunt folosite, în mod frecvent, mixere submersibile de tip motor cu elice (Figura 23). Acestea sunt puse în mișcare prin intermediul motoarelor electrice, în mod direct (fără ajutorul mecanismelor de transmisie cu roți dințate), și sunt protejate împotriva pătrunderii apei prin carcase etanșe, fiind acoperite cu straturi de vopsea anticorozivă și răcite prin contactul direct cu materialul înconjurător. Aceste mixere sunt complet imersate în materia primă și sunt prevăzute, în mod obișnuit, cu două sau trei elice, optimizate geometric. Datorită sistemului de ghidare, constând din consolă, vinci cu cablu și șine de ghidaj, poziția mixerelor poate fi ajustată în înălțime, înclinare laterală și verticală.

Mixerele cu palete prezintă o axă orizontală, una verticală și alta diagonală (Figurile 22 și 23.). Motorul este amplasat în exteriorul digestorului. Joncțiunile de trecere ale axului motorului prin plafonul, peretele sau membrana acoperișului digestorului trebuie ermetizate.

O altă posibilitate de amestecare mecanică este aceea a folosirii mixerelor axiale. Acestea funcționează, adeseori, în mod continuu. Mixerele axiale sunt, în mod obișnuit, montate pe arbori de transmisie amplasați central în plafonul digestorului. Viteza de rotație a motorului, situat în exteriorul digestorului, este redusă la câteva revoluții pe minut, prin intermediul unui mecanism de transmisie. Astfel, în interiorul digestorului iau naștere curenți constanți, orientați dinspre fundul acestuia către pereții laterali.

În cazul digestoarelor de tip orizontal, de regulă, sunt folosite mixere cu zbaturi, cu funcționare lentă, însă acestea pot fi, de asemenea, instalate și în digestoarele verticale.

Paletele de antrenare sunt fixate pe axuri orizontale, care au rolul de amestecare, dar și de antrenare lentă a materiilor prime supuse procesului AD. Efectul de amestecare trebuie să aibă loc doar în plan vertical. Fluxul orizontal de deplasare lentă este asigurat prin adăugarea materiei prime proaspete în digestor. Conductele sistemului de încălzire sunt adeseori încorporate în arborele de transmisie și în brațele mixerului, pentru încălzirea materiei prime.

Mixerele cu palete sau zbaturi sunt puse în funcțiune de câteva ori pe zi, în secvențe scurte și la viteză redusă.

Amestecarea pneumatică

Amestecarea pneumatică utilizează însuși biogazul, care este barbotat pe fundul digestorului prin masa materialului supus procesării. Bulele de gaz care urcă determină o mișcare în plan vertical, aceasta având drept consecință amestecarea materiei prime. Acest sistem prezintă avantajul că echipamentul necesar operației (pompe și compresoare) este amplasat în exteriorul digestorului, astfel încât uzura acestora este mai scăzută. Amestecarea pneumatică a materialului supus AD este mai puțin utilizată în fabricile agricole de biogaz. Tehnologia nu este potrivită pentru distrugerea straturilor de flotație și poate fi folosită numai în cazul substraturilor lichide cu viscozitate mică și cu o tendință scăzută de formare a straturilor de flotație.

Amestecarea hidraulică

În cazul amestecării hidraulice, substratul este comprimat cu ajutorul pompelor și evacuat printr-o serie de ajutaje pivotante, orizontale sau verticale, amplasate în interiorul digestorului. Absorbția și evacuarea substratului AD trebuie proiectate în așa fel, încât conținutul digestorului să fie amestecat pe cât de energic posibil. Sistemele de amestecare hidraulică prezintă avantajul că piesele mecanice ale mixerelor sunt amplasate în partea exterioară a digestorului, fiind supuse unei uzuri mai scăzute, iar accesul pentru întreținerea acestora este mai facil. Amestecarea hidraulică este potrivită pentru distrugerea straturilor de flotație numai ocazional și, în mod similar amestecării pneumatice, este folosită numai în cazul substraturilor lichide cu viscozitate redusă și cu tendință scăzută de formare a straturilor de flotație.

Stocarea biogazului

În scopul optimizării procesului, producția de biogaz trebuie menținută, pe cât posibil, la un nivel cât mai stabil și constant. În interiorul digestorului, biogazul se formează în cantități fluctuante, atingându-se vârfuri de producție. De asemenea, necesitățile de biogaz (de exemplu, cele ale centralei energetice – CHP), pot fi, și ele, variabile. Pentru a compensa aceste variații, este necesară depozitarea temporară a biogazului produs, folosindu-se, pentru aceasta, facilități adecvate de stocare.

În prezent există numeroase soluții pentru stocarea biogazului. Acest lucru se poate face în partea superioară a digestoarelor, prin utilizarea unor membrane speciale, care servesc și pentru acoperirea acestora. În cazul fabricilor de dimensiuni mai mari este folosită, în mod obișnuit, depozitarea separată a biogazului, fie în incinte de sine-stătătoare, fie în spații incluse în clădirile care funcționează ca depozite. Facilitățile de stocare a biogazului pot fi operate la presiune joasă, medie sau înaltă.

Alegerea corectă a sistemului de stocare a biogazului, precum și dimensionarea adecvată a acestuia contribuie în mod substanțial la eficientizarea și creșterea siguranței în ceea ce privește operarea fabricii de biogaz. O depozitare corespunzătoare a biogazului asigură cantitățile necesare și reduce pierderile acestuia, contribuind, în acest mod, la creșterea siguranței și a fiabilității.

Figura 24. Dispozitive de siguranță la presiune și valvele aferente (AGRINZ GmbH, 2006)

Toate sistemele de depozitare a biogazului trebuie să prezinte etanșeitate împotriva scurgerilor de gaze și să prezinte rezistență la funcționarea sub presiune, iar în cazul incintelor de sine-stătătoare, ridicate în aer liber, neprotejate de clădiri, este necesar ca acestea să prezinte rezistență la acțiunea radiațiilor UV, a temperaturii și a apei. Înaintea punerii în funcțiune a fabricii, trebuie verificată etanșeitatea tancurilor de stocare a gazului.

Din motive de securitate, acestea trebuie să fie echipate cu valve de siguranță (la subpresiune și supra-presiune – Figura 24), în scopul prevenirii distrugerilor și pentru reducerea riscurilor de operare. De asemenea, trebuie garantată protecția la explozii. Mai mult, este necesară montarea unui arzător al surplusului de gaz, pentru situațiile de urgență, iar tancul de stocare trebuie să asigure o capacitate de depozitare cel puțin egală cu o pătrime din producția zilnică de biogaz. În mod normal, este recomandată o capacitate totală de stocare egală cu producția fabricii pe timp de 1-2 zile.

Tancuri de joasă presiune

Tancurile de joasă presiune sunt construite din membrane care trebuie să îndeplinească condiții obligatorii de siguranță. Rezervoarele construite din membrane se instalează fie sub forma unor rezervoare externe, fie a domurilor care acoperă digestoarele. Cel mai frecvent sunt utilizate tancurile de joasă presiune care funcționează în intervalul de 0,05-0,5 mbari, presiune pozitivă.

Rezervoarele externe de joasă presiune pot fi proiectate sub forma unor perne membranare (Figura 7.25.). Pernele membranare sunt amplasate fie în interiorul clădirilor, pentru protecția împotriva intemperiilor, fie sunt echipate cu o a doua membrană, cu rol protector.

Figura 25. Tancuri de stocare a gazului la joasă presiune (RUTZ, 2007)

Figura 26.Copertină constituită dintr-o membrană impermeabilă pentru gaze, montată peste digestor, văzută din interiorul acestuia (stânga) (AGRINZ GmbH, 2006), și vedere din exterior; se observă plasa specială de limitare a extinderii (dreapta) (RUTZ, 2006)

În cazul în care digestorul sau post-digestorul este utilizat pentru stocarea biogazului, acesta trebuie acoperit printr-un dom impermeabil pentru gaze (rezervor cu membrană dublă), după cum este arătat în Figura 26., stânga, fixat de marginea superioară a acestuia. În digestorpoate fi instalat și un cadru-suport, cu scopul susținerii membranei atunci când digestorul este gol. Membrana se extinde în funcție de volumul de gaz conținut. Pentru limitarea acestei extinderi, peste membrană se poate monta o plasă specială (Figura 26., dreapta).

Stocarea biogazului la presiune medie și înaltă

Biogazul poate fi stocat în rezervoare de medie și înaltă presiune (tancuri și recipienți presurizați construiți din oțel), la presiuni cuprinse între 5 și 250 bari. Acest mod de depozitare necesită costuri mari de operare și solicită consum de energie. Pentru rezervoare de gaz care funcționează până la maximum 10 bari trebuie luat în calcul un necesar energetic de până la 0,22 kWh/m³, în timp ce pentru rezervoare care funcționează la presiuni înalte, de 200-300 bari, consumul de energie este de aproximativ 0,31 kWh/m³. Din cauza costurilor ridicate, aceste moduri de depozitare a biogazului sunt rar utilizate în fabricile agricole de biogaz.

Arzătoare de biogaz

Există situații în care biogazul este produs în cantități mai mari decât este consumat pentru generarea de energie. Aceasta se poate întâmpla datorită unei rate foarte mari de producere a biogazului, sau din cauza opririi sistemului de producere a energiei pentru lucrări de întreținere sau reparații. În asemenea cazuri, apare necesitatea luării unor măsuri de siguranță, precum stocarea biogazului în exces sau punerea în funcțiune a unor sisteme suplimentare de producere a energiei. Stocarea biogazului, fără comprimarea acestuia, este posibilă numai pe perioade scurte de timp. Pe durate mai mari, de câteva ore, depozitarea este, în general, nefezabilă, din cauza volumului foarte mare de gaz acumulat și necesității existenței sistemelor suplimentare de producere a energiei (o a doua termocentrală în co-generare), lucru foarte costisitor. Din acest motiv, fiecare fabrică de biogaz este dotată cu un arzător de biogaz. În cazul în care apare un exces de biogaz, care nu poate fi nici stocat, nici utilizat, arderea acestuia în atmosferă reprezintă ultima soluție, fiind necesară pentru eliminarea oricăror riscuri, precum și pentru protecția mediului. În situații excepționale, arderea atmosferică poate fi soluția potrivită pentru neutralizarea biogazului produs prin procesul AD, în condiții de siguranță, în cazul în care recuperarea energiei nu este fezabilă.

Procesul de combustie în sine determină beneficiile alegerii unui anumit tip de arzător, în raport cu altul. De asemenea, acesta trebuie să asigure și îndeplinirea standardelor de emisie, precum și a criteriilor de performanță folosite pentru clasificarea arzătoarelor. Proiectarea acestora trebuie să aibă în vedere maximizarea conversiei metanului, cu scopul minimizării emisiilor de metan nears și a oricăror produși de oxidare incompletă, cum este, de pildă, monoxidul de carbon. Acesta, însă, nu este singurul produs secundar nedorit, rezultat în urma arderii biogazului. Se pot forma și alți compuși, în funcție de raportul de aer și de temperatură, precum și în funcție de cinetica reacțiilor de combustie. Cu scopul maximizării reacțiilor dorite și a minimizării celor nedorite, intervalul de temperatură trebuie să fie cuprins între 850-1.200oC, iar timpul de rezidență să fie de minimum 0,3 secunde. Acești doi parametri, temperatura și timpul de rezidență, alcătuiesc specificațiile de performanță ale celor mai avansate tipuri de arzătoare.

Indiferent de tipul de arzător, operarea în regim de siguranță și continuă a acestuia necesită existența unui număr de componente suplimentare esențiale, precum un întrerupător de flacără, o valvă de siguranță și un sistem de aprindere, care încorporează un detector de flacără. Este esențială și prezența unui suflător de gaz, în scopul creșterii presiunii acestuia la 3-15 kPa la nivelul arzătorului. Necesitatea purificării sau a condiționării gazului depinde de calitatea acestuia, precum și de scopul utilizării sale finale: în cazul în care acesta este destinat alimentării centralei energetice a fabricii, toleranța pentru prezența particulelor străine, precum și a acizilor formați în cursul combustiei, este mai mică.

Există două tipuri principale de arzătoare de biogaz: arzătoare cu flacără deschisă și arzătoare cu flacără închisă.

Un arzător cu flacără deschisă este, în fapt, un arzător simplu, prevăzut cu un mic paravânt, pentru protejarea flăcării. Controlul fluxului de gaz este rudimentar – în multe cazuri, o simplă valvă manuală. Amestecul bogat în gaz, lipsa izolației și slaba omogenizare a gazelor supuse arderii conduce la o combustie incompletă și la o flacără luminoasă, adesea vizibilă deasupra paravântului. Pierderea de căldură prin radiație este considerabilă, fapt care conduce la scăderea temperaturii la marginea flăcării și la împiedicarea reacțiilor de combustie în această zonă, în acest fel rezultând numeroși produși nedoriți de reacție.

Istoric vorbind, arzătoarele cu flacără deschisă s-au bucurat de o mare popularitate în trecut, datorită simplității lor și a costului redus, precum și a legislației primitive sau chiar a lipsei acesteia și a controlului privind standardele de emisie. În prezent, reglementările stricte și controlul emisiilor determină folosirea din ce în ce mai rară a acestora.

Figura 27. Arzătoare moderne de biogaz (RUTZ, 2007)

Arzătoarele cu flacără închisă sunt reprezentate, de obicei, de construcții permanente, amplasate la sol, găzduind fie un singur arzător, fie un sistem de arzătoare, adăpostite într-o incintă de formă cilindrică, căptușită cu material refractar.

Incinta este special concepută pentru prevenirea împiedicării arderii, aceasta având drept rezultat o combustie mult mai uniformă și obținerea scăderii emisiilor. Monitorizarea emisiilor este relativ ușor de realizat, prin încorporarea sistemelor de monitorizare continuă a temperaturii, precum și a conținutului în hidrocarbonați și monoxid de carbon, ca mijloace de control al procesului.

Proiectarea avansată din punct de vedere tehnologic și controlul procesului de producție determină o mai mare flexibilitate de operare (în ceea ce privește raportul dintre fluxul minim și cel maxim de biogaz sub care sunt menținute condiții satisfăcătoare de operare).

Producătorii citează, în mod tipic, raporturi de 4-5:1 pentru o calitate a biogazului, în ceea ce privește conținutul de metan, de 20-60% (procente de volum). Pot fi atinse chiar și raporturi mai mari, de până la 10:1, însă prin pierderea calității combustiei, de vreme ce căldura eliberată nu permite atingerea unor temperaturi corespunzătoare.

1.9. Purificarea biogazului

1.9.1. Condiționarea biogazului

Când biogazul părăsește digestorul, acesta este saturat în vapori de apă și conține, pe lângă metan (CH4) și dioxid de carbon (CO2), și diverse cantități de hidrogen sulfurat (H2S). Acesta din urmă este un gaz toxic, cu miros neplăcut, similar ouălor stricate, care, în combinație cu vaporii de apă conținuți în biogaz, formează acid sulfuric. Acidul prezintă proprietăți corozive și atacă generatoarele unității de producere a energiei, dar și alte componente, precum conductele de gaz și cele de evacuare. Din acest motiv, devine necesară desulfurarea și uscarea biogazului.

Producătorii de unități energetice în co-generare impun condiții minime privitoare la proprietățile gazului combustibil (Tabelul 2.). Acestea se aplică, de asemenea, și în cazul biogazului. Proprietățile de combustie trebuie să fie garantate, în scopul prevenirii defectării generatoarelor.

Tabelul 2. Proprietățile minime ale gazelor combustibile cu un conținut relativ de oxigen de 5% (GÜLZOW, 2005)

În funcție de utilizările biogazului (combustibil pentru vehicule, în celule de combustie etc.), pot fi necesare măsuri suplimentare de condiționare a acestuia.

1.9.2. Desulfurarea

Biogazul uscat, provenit din gunoiul animal supus procesului AD, prezintă un conținut mediu de 1.000-3.000 ppm hidrogen sulfurat (H2S) (Angelidaki, 2003). În cazul co-digestiei gunoiului animal împreună cu alte substraturi, biogazul produs poate conține niveluri mai scăzute sau mai ridicate de H2S. Atunci când biogazul este utilizat pentru alimentarea unității energetice în co-generare, conținutul de hidrogen sulfurat trebuie să fie sub 700 ppm, în cazul majorității generatoarelor convenționale cu funcționare pe gaz, în vederea evitării unei coroziuni excesive și a uzării prea rapide și costisitoare a uleiului de lubrifiere.

Procesul de îndepărtare a H2S din biogaz poartă denumirea de desulfurare. Metodele folosite pentru desulfurare sunt variate, iar procesele pot fi fie de natură biologică, fie chimică, având loc în interiorul sau în exteriorul digestorului.

Desulfurarea depinde de conținutul de H2S și de rata fluxului de gaz prin sistemul de desulfurare. Această rată poate fluctua în mod semnificativ, în funcție de proces. O producție mai ridicată de biogaz, și astfel o rată mai înaltă a fluxului, pot fi constatate după alimentarea digestorului cu noi cantități de materie primă, precum și în cursul amestecării. Rate cu o valoare cu până la 50% mai înaltă decât în mod obișnuit pot să apară pentru perioade scurte de timp.

Din acest motiv, în scopul asigurării unei desulfurări complete, este necesară supradimensionarea echipamentului de desulfurare, comparativ cu media ratei fluxului.

Desulfurarea biologică în digestor

Atunci când este necesară îndepărtarea H2S din biogazul produs, oxidarea biologică constituie una dintre metodele cele mai utilizate, aceasta constând în injecția unei cantități mici de aer (2-8%) în biogazul brut. În acest fel, hidrogenul sulfurat este oxidat biologic, fie la sulf elementar (solid), fie la acid sulfuros (lichid), conform următoarelor reacții:

(1) 2H2S + O2 -> 2H2O + 2S

(2) 2H2S + 3O2 -> 2H2SO3

Desulfurarea biologică este condusă, în mod frecvent, chiar în interiorul digestorului, aceasta fiind o metodă eficientă din punctul de vedere al costurilor. Pentru ca acest tip de desulfurare să aibă loc, este necesară prezența oxigenului și a bacteriei Sulfobacter oxydans, pentru convertirea hidrogenului sulfurat în sulf elementar, în prezența oxigenului. Sulfobacter oxydans este prezentă în interiorul digestorului în mod natural (nu este necesară adăugarea sa din afară), deoarece substratul AD conține nutrienții necesari metabolismului acesteia.

Oxigenul este administrat prin injecție de aer în partea superioară a digestorului, cu ajutorul unui mic compresor. Conductele pentru injecția aerului trebuie amplasate în interiorul digestorului pe partea opusă conductei de evacuare a biogazului, în scopul evitării blocării acesteia.

Aerul este injectat direct în spațiul de sub capacul digestorului, iar reacțiile chimice au loc în partea superioară a acestuia, în stratul de flotație (în cazul existenței sale) și pe pereții reactorului. Din cauza naturii acide a produșilor de reacție, există riscul apariției coroziunii.

Procesul este, de asemenea, dependent de existența unui strat de flotație stabil, în interiorul digestorului.

Figura 28. Sulf elementar, rezultat în urma desulfurării biologice în interiorul digestorului (RUTZ, 2007)

Din aceste motive, procesul are loc, adeseori, într-un reactor separat, după cum este arătat în Figura 29..

Desulfurarea biologică în exteriorul digestorului

Desulfurarea biologică poate avea loc și în afara digestorului, în tancuri sau coloane de desulfurare. Această metodă facilitează controlul procesului de desulfurare și permite o ajustare precisă a cantității de oxigen adăugate.

În practică, precipitatul de sulf astfel produs este colectat în tancurile de stocare și amestecat cu digestatul, în scopul îmbunătățirii proprietăților fertilizatoare ale acestuia.

Figura 29. Schema sistemului de desulfurare în cazul oxidării biologice a H2S.

Reactorul (Figura 30.) constă dintr-o matrice din material poros (elemente din material plastic agregate la întâmplare sau alte materiale similare), în interiorul căreia se pot dezvolta microorganismele, o cisternă, o pompă, precum și un sistem de duze pentru pulverizarea uniformă a materialului. Reactorul prezentat în Figura 7.30. are o capacitate de 80 m3, cu un volum al materialului poros de 50 m3. H2S este oxidat printr-un proces biologic la produși de natură acidă sau la sulf elementar, prin injecția în contracurent a unei mici cantități de aer atmosferic.

Figura 7.30. Tanc de reacție pentru îndepărtarea hidrogenului sulfurat (ANGELIDAKI, 2005)

Pulverizarea uniformă se face în scopul îndepărtării, prin spălare, a produșilor de natură acidă și al furnizării de nutrienți microorganismelor din mediul de reacție. De aceea, lichidul conținut în cisternă trebuie să prezinte o alcalinitate ridicată și un conținut bogat în nutrienți esențiali, ceea ce face ca alegerea cea mai potrivită acestui scop să fie digestatul provenit din gunoi de grajd, de preferat, în stare cernută.

Valoarea normală utilizată, în ceea ce privește încărcarea reactorului, este de 10 m3/h biogaz per m3 de înărcătură, în timp ce temperatura de procesare este de aproximativ 35°C, procesul dovedindu-se foarte eficient în condițiile injectării unei cantități suficiente de aer (ușor mai ridicată decât valoarea stoichiometrică). Valoarea de pH a mediului trebuie să fie menținută la 6 sau mai ridicată. Periodic, trebuie pusă în practică o procedură de spălare, prin care elementele matricei sunt supuse unui flux format dintr-un amestec de apă și aer, în scopul prevenirii formării depozitelor de sulf elementar și a blocării porilor matricei.

În unele situații în care biogazul este stocat sau trece printr-un tanc de depozitare a digestatului, reactorul de îndepărtare a H2S este omis, fiind efectuată numai injecția aerului.

Purificarea biogazului se bazează, în acest caz, pe formarea unui strat de flotație în tancul de depozitare, în care se pot dezvolta microorganismele, în vederea realizării oxidării. Stratul de flotație poate fi menținut, în mod normal, prin alegerea unei intensități reduse a amestecării, fără să apară probleme deosebite în ceea ce privește utilizarea tancului ca spațiu-tampon pentru depozitare. Această soluție este mai eficientă din punct de vedere economic, însă mai puțin fiabilă, straturile de flotație fiind, mai degrabă, instabile (de exemplu, scufundându-se peste noapte, fără semne de avertizare, și reapărând la suprafață la o distanță de câteva zile).

În aceste cazuri, pot exista perioade cu eficiență scăzută de îndepărtare a H2S.

Desulfurarea chimică în interiorul digestorului

Desulfurarea poate fi făcută, de asemenea, prin adăugarea unor substanțe chimice amestecului de materie primă din interiorul digestorului. În acest fel, sulful este legat chimic în cursul procesului AD la care este supus amestecul, prevenindu-se, astfel, eliberarea hidrogenului sulfurat în biogaz. În acest mod, sulful nu este pierdut, ci este păstrat în digestat.

Desulfurarea chimică în afara digestorului

Desulfurarea chimică a biogazului poate avea loc și în exteriorul digestorului, prin utilizarea, spre exemplu, a unei baze chimice (de obicei, hidroxidul de sodiu). Această metodă necesită un echipament special.

O altă metodă chimică pentru reducerea conținutului de hidrogen sulfurat este aceea a adăugării unei soluții feroase, procurată din comerț, materiei prime. Compușii feroși leagă sulful, formând substanțe insolubile în faza lichidă, ceea ce previne producerea hidrogenului sulfurat sub formă gazoasă. Metoda este destul de costisitoare, din cauza consumului de 2-3 ori mai ridicat de compuși feroși, în raport stoichiometric, pentru obținerea reducerii dorite în hidrogen sulfurat gazos (ANGELIDAKI, 2005). O alternativă mai ieftină este folosirea deșeurilor cu un conținut feros ridicat drept co-substraturi și utilizarea adaosului suplimentar de compuși feroși, până la atingerea necesarului cantitativ al acestora.

1.9.3. Uscarea

Cantitatea de apă ce poate fi absorbită de biogaz este dependentă de temperatură. Umiditatea relativă a biogazului din interiorul digestorului este de 100%, astfel încât gazul este saturat în vapori de apă. În scopul protejării echipamentului de conversie a energiei împotriva uzurii și apariției unor eventuale defecțiuni, apa trebuie îndepărtată din biogazul produs.

O parte din vaporii de apă poate fi condensată prin răcirea gazului. Acest lucru se întâmplă, în mod frecvent, în conductele de gaz care transportă biogazul de la digestor către unitatea de generare a energiei (CHP). Apa condensează pe pereții conductelor montate înclinat și este colectată într-un separator de condensat, amplasat în cel mai jos punct al conductei.

O condiție necesară pentru ca răcirea efectivă a biogazului din conducte să aibă loc este o lungime suficientă a acestora. În cazul în care conductele de gaz sunt amplasate în subteran, efectul de răcire este și mai pronunțat. În cazul conductelor subterane este foarte importantă amplasarea acestora pe o fundație cât mai stabilă, în scopul asigurării înclinației necesare a acestora, care altminteri poate fi afectată de mișcările solului.

Separatorul de condensat trebuie să fie ferit de îngheț și amplasat într-un loc ușor accesibil, în scopul golirii periodice a acestuia. Pe lângă îndepărtarea vaporilor de apă, prin procesul de condensare sunt îndepărtate și o serie de substanțe nedorite, precum gazele solubile în apă și aerosolii.

Un alt mijloc de uscare a biogazului este prin răcirea acestuia cu ajutorul unor instalații de răcire alimentate cu curent electric, la temperaturi de sub 10°C, fapt care permite îndepărtarea unei mari părți a umidității. În scopul minimizării umidității relative, dar nu și a celei absolute, gazul poate fi încălzit din nou după răcire, cu scopul prevenirii formării condensului de-a lungul conductelor de gaz.

1.10. Stocarea digestatului

Digestatul poate fi stocat temporar în incinte de depozitare construite special în acest scop. Legislația multor țări europene prevede obligativitatea existenței unei capacități de depozitare pentru digestat de până la nouă luni (lucru valabil și în cazul gunoiului animal brut), în scopul asigurării unei utilizări optime a acestuia în agricultură, ca îngrășământ, precum și pentru evitarea aplicării sale în cursul anotimpului rece.

Substratul digestat este pompat secvențial afară din digestor, ca digestat, și transportat prin conducte sau cu ajutorul cisternelor speciale de vidanjare până în tancurile de stocare a acestuia. Capacitatea totală a acestor tancuri trebuie să fie suficientă pentru asigurarea depozitării producției de digestat pe timp de câteva luni.

Digestatul poate fi depozitat fie în tancuri construite din beton armat și acoperit cu straturi de flotație, formate natural sau artificial, sau cu ajutorul copertinelor de tip membrană (Figura 31.), fie în bazine în aer liber (Figura 34.).

Figura 7.31. Tancuri de stocare acoperite cu straturi naturale de flotație (AL SEADI, 2008)

Experiența daneză demonstrează faptul că utilizarea straturilor artificiale de flotație pentru acoperirea tancurilor de depozitare a digestatului poate reduce procesul de volatilizare a amoniacului de la o valoare de 20% până la mai puțin de 2% (Figura 32.).

După tratarea substratului prin procesul AD sunt posibile pierderi de metan și azot din digestat, însă numeroși ani de experiență în agricultura de bună practică au arătat cele mai potrivite căi de minimizare a emisiilor, mirosurilor neplăcute, precum și a scurgerilor de nutrienți. O cale importantă de prevenire a emisiilor și scurgerilor este aceea de a depozita și manipula digestatul în mod corespunzător.

Experiența arată că o cantitate de până la 20% din totalul producției de biogaz poate lua naștere în afara digestorului, în tancurile de stocare. În scopul prevenirii emisiilor de metan și a colectării extra-producției de gaz, tancurile de stocare trebuie întotdeauna acoperite printr-o membrană impermeabilă pentru gaze, în scopul recuperării biogazului. Când digestatul este transportat către facilitățile de stocare din câmp, acestea trebuie, de asemenea, acoperite printr-un strat de flotație natural, ca o condiție minimă, în scopul reducerii riscului volatilizării amoniacului (Figura 32.).

Figura 32. Reducerea procesului de volatilizare a amoniacului, cu ajutorul straturilor de acoperire a digestatului în tancurile de depozitare. (DIAS, 2005)

Figura 33. Tancuri de depozitare acoperite cu copertine de tip membrană (Danish Biogas Association, 2008)

Figura 7.34. Stocarea digestatului în bazine construite în aer liber (AGRINZ GmbH, 2006)

Fabricile de biogaz moderne păstrează întotdeauna tancurile de stocare a digestatului acoperite. Astfel, tancurile sunt protejate cu ajutorul unei membrane impermeabile pentru gaz (Figura 33.). Depozitele în aer liber trebuie, de asemenea, să aibă întotdeauna un strat de flotație ce acoperă suprafața digestatului (Figura 34.), în scopul creării unei bariere împotriva emisiilor de metan și amoniac.

1.11. Unitatea de control

O fabrică de biogaz reprezintă o instalație complexă, între componentele căreia există o strânsă interrelație. Din acest motiv, monitorizarea și controlul central, computerizat al acesteia reprezintă o parte esențială a operării fabricii, care trebuie să ofere garanția succesului și să prevină apariția oricărui eșec (Figurile 35. și 36.).

Standardizarea și dezvoltarea continuă a tehnologiei procesului AD sunt posibile numai printr-o monitorizare permanentă și prin elaborarea documentației privind datele importante. Monitorizarea și documentarea sunt, de asemenea, necesare pentru asigurarea stabilității proceselor, prin recunoașterea deviațiilor care survin de la valorile standard. În acest mod, devine posibilă o intervenție rapidă și luarea măsurilor corective necesare.

Procesul de monitorizare include colectarea și analiza parametrilor fizici și chimici. Sunt necesare teste curente de laborator, în vederea optimizării procesului AD și a evitării colapsului procesului de producție a biogazului. Ca un minimum necesar, trebuie monitorizați următorii parametri:

• Tipul și cantitatea materiei prime introduse (zilnic).

• Temperatura de procesare (zilnic).

• Valoarea pH-ului (zilnic).

• Cantitatea și compoziția gazului (zilnic).

• Conținutul în acizi grași cu catenă scurtă.

• Nivelul de umplere.

Procesul de monitorizare trebuie să fie asistat de către constructorul fabricii, sub forma de service, ulterior fazei de construcție a acesteia.

Controlul procesului în fabricile de biogaz este din ce în ce mai automatizat, prin folosirea sistemelor de control al procesului specifice, computerizate. Este posibil chiar și controlul la distanță, utilizând tehnologia fără fir. Următoarele componente beneficiază de o tehnologie de control de ultimă generație:

– Alimentarea cu materie primă.

– Sanitația.

– Încălzirea digestorului.

– Intensitatea și frecvența amestecării.

– Îndepărtarea sedimentelor.

– Transportul materiilor prime în interiorul fabricii.

– Separarea solidelor de lichide.

– Desulfurarea.

– Producerea energiei electrice și a căldurii.

Tipul echipamentului de control și monitorizare variază de la simple temporizatoare, până la vizualizarea asistată de computer a procesului de control, prin intermediul unui sistem de alarmare la distanță. Cu toate acestea, în practică, echipamentul de măsurare și control tehnic al fabricilor agricole de biogaz este, adeseori, foarte simplu, din rațiuni economice.

Figura 35. Planul de monitorizare generat de computer pentru o fabrică agricolă de biogaz echipată cu două digestoare (AGRINZ GmbH, 2006)

Figura 36. Sisteme de control computerizate (RUTZ, 2007)

1.11.1 Determinarea cantității de materie primă fluidă introdusă în digestor

Cantitatea de materie primă fluidă introdusă în digestor prin pompare poate fi determinată prin măsurarea fluxului acesteia. Contoarele de măsurare a fluxului trebuie să fie robuste și rezistente la murdărie. În mod curent, sunt folosite contoare inductive și capacitive, dar și, din ce în ce mai mult, instrumente care utilizează ultrasunetele și măsurătorile de conductivitate termică. Contoarele pentru măsurarea fluxului care conțin piese mecanice sunt mai puțin potrivite pentru funcționare în fabricile de biogaz.

1 .11.2 Determinarea cantității de materie primă solidă introdusă în digestor

Pentru determinarea cantității de materie primă solidă introdusă în digestor, precum porumbul însilozat, se folosește un echipament corespunzător pentru cântărire. Aceasta permite ajustarea dozării materiilor solide.

1.11.3 Nivelul de umplere al digestorului

Monitorizarea nivelului de umplere în digestoare și în containerele de stocare se realizează cu ajutorul tehnicilor cu ultrasunete sau radar, care măsoară presiunea hidrostatică la fundul digestorului sau distanța până la suprafața lichidului.

1.11.4 Nivelul de umplere al rezervoarelor de gaz

Măsurarea nivelului de umplere al rezervoarelor de gaz este importantă (de exemplu, pentru funcționarea normală a unității de producere a energiei – CHP). În cazul în care este disponibilă o cantitate prea mică de biogaz, unitatea CHP va fi oprită în mod automat și repornită după atingerea nivelului minim necesar. Măsurarea nivelului de umplere se realizează, în general, cu ajutorul senzorilor de presiune.

1.11.5 Temperatura de procesare

Temperatura din interiorul digestorului trebuie să fie menținută constantă și, prin urmare, trebuie monitorizată în mod permanent. În interiorul digestorului există câteva puncte de măsurare a temperaturii, în scopul monitorizării acesteia pe parcursul întregului proces.

Valorile măsurate sunt trimise într-un computer de înregistrare a datelor, unde acestea pot fi vizualizate. Acest input de date face posibil, de asemenea, și controlul automat al ciclului de încălzire.

1.11.6 Valoarea pHului

Valoarea pH-ului oferă informații importante despre modul în care decurge procesul AD.

Monitorizarea pH-ului se face pe o serie de probe reprezentative, prelevate din conținutul digestorului la intervale regulate, iar valoarea pH-ului este măsurată manual, utilizând pHmetrele obișnuite, disponibile pe piață.

1.11.7 Determinarea conținutului în acizi grași

Monitorizarea conținutului în acizi grași facilitează evaluarea procesului AD. Prin aceasta, sunt măsurate spectrul și concentrația acizilor grași cu catenă scurtă. O măsurare continuă este greu de efectuat la fața locului, dată fiind dificultatea metodelor de analiză. Evaluarea biologiei procesului propriu-zis este dificilă, chiar și în cazul analizei probelor în laborator.

Acest lucru se întâmplă din cauza timpului scurs între momentul prelevării probei și acela al analizei în laborator. Numeroși constructori de fabrici de biogaz, precum și companiile de consultanță, oferă analiza conținutului în acizi grași prin reglementările contractuale. Ca o alternativă la măsurarea concentrației acizilor grași, sau ca o completare la aceasta, poate fi monitorizată și concentrația oxigenului necesar, în mod continuu.

7.11.8 Cantitatea de biogaz

Măsurarea cantității de biogaz reprezintă o modalitate importantă de determinare a eficienței procesului. Neregularitățile apărute în cadrul producției de biogaz pot indica perturbații ale procesului și facilitează ajustarea acestuia. Contoarele de gaz sunt instalate, de regulă, direct pe liniile de gaz. Cantitățile măsurate de biogaz trebuie înregistrate, în scopul evaluării tendințelor și funcționării pe ansamblu a fabricii de biogaz.

7.11.9 Compoziția gazului

Compoziția gazului poate fi monitorizată în mod continuu, prin analiza acestuia și prin utilizarea dispozitivelor adecvate de măsurare. Rezultatele pot fi folosite pentru controlul procesului AD, dar și al proceselor subsecvente, cum ar fi purificarea biogazului.

Pentru determinarea compoziției gazului, pot fi utilizați senzori pentru măsurarea decalescenței, transmisiei căldurii, absorbției radiației infraroșii, chemisorpției sau senzori electro-chimici. Senzorii pentru radiația infraroșie sunt adecvați determinării concentrației metanului și a dioxidului de carbon. Senzorii electro-chimici sunt folosiți pentru determinarea conținutului de hidrogen, oxigen și hidrogen sulfurat.

Măsurarea compoziției gazului se realizează fie manual, fie în mod automat. Dispozitivele pentru măsurare manuală pot să ofere informații despre compoziția propriu-zisă a gazului, însă integrarea subsecventă a datelor în sistemul de control computerizat al fabricii este dificil de realizat. Din acest motiv, sunt preferate măsurătorile automatizate ale compoziției gazului.

5. CONCLUZII

Statistica mondială apreciază că, într-un an, în lume biomasa nefolosită de om se cifrează la circa 150 ·109 t. Considerând că 1 t biomasă uscată produce doar 300 m3 gaz metan (300 m3 gaz ≈ 1,25 barili țiței ≈ 250 kg combustibil convențional), rezultă circa 2,5·106 kcal. Apreciind că numai 25 % din întreaga cantitate de biomasă se transformă în gaz metan, rezultă 50 ·109 barili țiței, adică 34 ·109 t/an ≈ 50 ·109 t cc. Iar dacă anual, pentru încălzire, se consumă la nivel mondial 9 ·109 t cc (dintre care mai mult de 65 % petrol și gaze), înseamnă că numai 5 % din cantitatea de biomasă transformată anual asigură consumul actual de combustibil pe întreg globul.

Literatura de specialitate indică faptul că biomasa înmagazinează energie solară, prin procesele de fotosinteză ale plantelor din care provine. Conversia biologică a radiației solare prin intermediul fotosintezei furnizează anual, sub formă de biomasă, o rezervă de energie evaluată la 3 × 1021 J/an, ceea ce înseamnă de zece ori cantitatea totală de energie consumată pe plan mondial în fiecare an.

Din analiza surselor bibliografice se costată că România prezintă un potențial foarte ridicat în ceea ce privește generarea materialelor utilizabile ca materie primă pentru producția de biogaz:

1) prezintă un potențial foarte mare în ceea ce privește producția de biogaz prin utilizarea deșeurilor provenite de la producția primară;

2) potențial pentru producția de biogaz din deșeuri animaliere;

3) potențialul pentru producția de biogaz din deșeuri urbane solide este de asemenea foarte ridicat;

4) foarte ridicat este și potențialul pentru biogaz obținut din nămolurile de canalizare;

5) ceva mai scăzut este potențialul pentru biogaz din deșeuri de la procesarea alimentelor.

În scopul atingerii cerințelor pentru dezvoltarea durabilă, se pot considera două categorii de biomasă ca fiind cele mai potrivite pentru a fi utilizate în special pentru producția de biogaz:

A. deșeuri organice din agricultură – rezultate atât din producția primară cât și din cea secundară;

B. alte reziduuri organice – deșeuri urbane, reziduuri de la industria alimentară și nămoluri de canalizare.

În ceea ce privește deșeurile provenite din agricultură, potențialul României este ridicat și în legătură cu diversitatea de tipuri de fermă, de la cele cu culturi permanente, la cele de plante de câmp și diverse tipuri de ferme animaliere și mixte, aceste ultime două tipuri având o pondere numerică semnificativă. Ponderea bună în schimb e contrabalansată de gradul de fragmentare ridicat. Însă, tendința de scădere a fragmentării fermelor prin agregare și arendarea terenului constituie un factor pozitiv pentru implementarea / dezvoltarea proiectelor pentru biogaz.

În cazul fermelor animaliere instalațiile de biogaz pot reprezenta totodată o soluție foarte avantajoasă pentru managementul deșeurilor. Bineînțeles că cele mai bune zone sunt cele cu un număr mare de capete și un număr mic de ferme, cum este cazul regiunii de sud-est a României.

Soluții pentru amplasarea uzinelor de biogaz:

1) în zonele de producție agricolă (din sudul și sud-estul țării) care să utilizeze potențialul generat de producția primară și de materii organice solide;

2) pentru zonele din nordul țării, ca materie primă pentru obținerea biogazului – nămolurile de canalizare

.

BIBLIOGRAFIE

[] – Ariane Van Buren (ED.), Manualul Chinezesc al Biogazului, Ediția I în limba română, 2013, tradusă de: Traduceri Ecologice Independente; – https://cartidintei.files.wordpress.com/2013/11/15-ariane-van-buren-ed-manualul-chinezesc-al-biogazului-tei-color-print.pdf

[] – http://www.big-east.eu/downloads/Final%20National%20Handbooks/BiG-East%20Handbook%20Romania.pdf

[] – Prof.dr.ing. Mircea BEJAN și Prof.dr.ing. Tiberiu RUSU ,Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, Buletinul AGIR nr. 1/2007 ● ianuarie-martie, O SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ –BIOGAZUL DIN DEȘEURILE ORGANICE, pag. 13 – 19.

[] – http://www.nikolicivasilie.ro/lucrari-stiintifice/Biogaz%20curs.pdf – Producerea și utilizarea biogazului pentru obținerea de energie

[5] – Fizeșanu Silvia, Cătuneanu, T., Gnandt, Fr., Bejan, M. Știință și inginerie, vol. 5, „Creșterea calității vieții prin realizarea de energie regenerabilă din deșeuri organice”, Editura AGIR, București, 2004, pag. 59-64.

[6] Rojanschi V., Diaconu Gheorghița, Ingineria mediului UE București 1996, Editura MARIX ROM, București 2011, pag.308

[7] – Prof.univ.dr.ing. Tacă Constantin, conf.univ.dr.ing. Mihaela Păunescu, Siguranță și risc tehnic,

[8] K. Sioulas, I. Boukis et.al. “Establishment of a network of competent partners for the treatment and energy valorisation, by means of Anaerobic Digestion of the residues generated by the citrus-processing industries (AnDigNet)” IPS-1999-00042, Final Report.

.

BIBLIOGRAFIE

[] – Ariane Van Buren (ED.), Manualul Chinezesc al Biogazului, Ediția I în limba română, 2013, tradusă de: Traduceri Ecologice Independente; – https://cartidintei.files.wordpress.com/2013/11/15-ariane-van-buren-ed-manualul-chinezesc-al-biogazului-tei-color-print.pdf

[] – http://www.big-east.eu/downloads/Final%20National%20Handbooks/BiG-East%20Handbook%20Romania.pdf

[] – Prof.dr.ing. Mircea BEJAN și Prof.dr.ing. Tiberiu RUSU ,Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, Buletinul AGIR nr. 1/2007 ● ianuarie-martie, O SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ –BIOGAZUL DIN DEȘEURILE ORGANICE, pag. 13 – 19.

[] – http://www.nikolicivasilie.ro/lucrari-stiintifice/Biogaz%20curs.pdf – Producerea și utilizarea biogazului pentru obținerea de energie

[5] – Fizeșanu Silvia, Cătuneanu, T., Gnandt, Fr., Bejan, M. Știință și inginerie, vol. 5, „Creșterea calității vieții prin realizarea de energie regenerabilă din deșeuri organice”, Editura AGIR, București, 2004, pag. 59-64.

[6] Rojanschi V., Diaconu Gheorghița, Ingineria mediului UE București 1996, Editura MARIX ROM, București 2011, pag.308

[7] – Prof.univ.dr.ing. Tacă Constantin, conf.univ.dr.ing. Mihaela Păunescu, Siguranță și risc tehnic,

[8] K. Sioulas, I. Boukis et.al. “Establishment of a network of competent partners for the treatment and energy valorisation, by means of Anaerobic Digestion of the residues generated by the citrus-processing industries (AnDigNet)” IPS-1999-00042, Final Report.