biogazul - energie prin conversie naturala

19
BIOGAZUL –ENERGIE PRIN CONVERSIE NATURALĂ

Upload: potvali

Post on 27-Jun-2015

307 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

BIOGAZUL –ENERGIE PRIN CONVERSIE NATURALĂ

Sibiu

Page 2: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

2009

1

Page 3: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

CUPRINS:

1. Importanţa şi actualitatea temei. scurt istoric...................................................................2

1.1. Ce este biomasa?............................................................................................................2

1.2. Energia produsã din biomasă ca sursă de energie regenerabilă.....................................3

1.3. Importanţa şi actualitatea temei.....................................................................................3

1.4. Scurt istoric....................................................................................................................4

2. Echipamente tehnologice pentru producerea biogazului..................................................4

2.1. Tehnologie de fermentare ecologică cu circuit închis pentru producerea biogazului şi

a îngrăşămintelor industriale.................................................................................................5

2.2. Echipament tehnologic de producere a biogazului cu alimentare discontinuă.

Realizare românească în 1985 în com. pleniţa, jud. Dolj.....................................................6

3. Studiu de caz.....................................................................................................................8

3.1. Dimensiunle instalaţiei..................................................................................................8

3.2. Cantitatea de biogaz produs...........................................................................................9

3.3. Costuri construcţie (investiţie) echipament tehnologic de biogaz.................................9

3.4. Economii şi amortizare..................................................................................................9

4. Elemente de modernizare a echipamentelor de biogaz naturale.....................................10

5. Mai multe îngrăşăminte..................................................................................................10

Bibliografie.........................................................................................................................11

2

Page 4: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

Deoarece rezervele clasice de combustibili sunt epuizabile, omenirea se îndreaptă

spre găsirea de noi surse de energie bazate pe resurse regenerabile, inepuizabile şi

ecologice. Biogazul este o sursă de energie neconvenţională care rezultă în urma unui

proces de conversie naturală controlată a biomasei. Biomasa, materia organică a

dejecţiilor animale şi deşeurilor vegetale este regenerabilă şi inepuizabilă. Masa rezultată

în urma fermentaţiei anaerobe în prezenţa bacteriilor metangene constitue îngrăşămintelor

naturale cu un grad scăzut de poluare. În prezent metanul este sursă pentru producerea

energiei termice şi se urmăreşte extinderea lui şi pentru obţinerea de energie electrică.

Echipamentele tehnologice de producere a biogazului au o construcţie simplă şi un preţ de

cost nu prea ridicat, iar funcţionarea şi exploatarea lor nu necesită condiţii deosebite de

întreţinere.

1. IMPORTANŢA ŞI ACTUALITATEA TEMEI. SCURT ISTORIC

Se prezintă biogazul ca sursă de energie regenerabilă. Termenul de “biogaz” a fost

introdus în sec. al XX – lea.

1.1. CE ESTE BIOMASA?

Biogazul este un gaz de fermentaţie alcătuit în principal din două gaze: metan

(CH4) în proporţie de 60-70 % şi bioxid de carbon (CO2 )în proporţie de 25-30 %, şi

cantităţi foarte mici de: oxid de carbon, azot, hidrogen sulfurat, alte hidrocarburi, hidrogen

şi vapori de apă. Dintre proprietăţile principale ale biogazului se menţionează puterea

calorică (energie), care este de 25-34 MJ/m3. Pentru comparaţie arătăm că gazele naturale

au 37,3 MJ/m3. Biogazul se obţine în principal din produse secundare şi reziduale din

agricultură, de exemplu: dejecţii proaspete de animale, deşeuri vegetale, reziduuri din

industria agro-alimentară, de prelucrarea fructelor şi legumelor şi industria celulozei şi

hărtiei,precum şi din nămolul de la staţiile de epurare a apei uzate. Biogazul este un

produs obţinut prin conversie biologică, în urma fermentării anaerobe, printr–o oxidare

parţială (cu accesul foarte scăzut al aerului) şi în prezenţa bacteriilor metanogene,a

biomasei. Biomasa este substanţa organică a tuturor plantelor şi animalelor precum şi a

deşeurilor şi rezidurilor. Utilizarea energetică a biomasei este datorată conversiei

bioenergetice.

3

Page 5: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

1.2. ENERGIA PRODUSĂ DIN BIOMASĂ CA SURSĂ DE ENERGIE

REGENERABILĂ

Energia obţinută din biomasă mai este denumită şi energia verde. Consumul de

energie electrică din surse de energie regenerabile se preconizează,ca în anul 2010, să

ajungă la 33 % din consumul intern brut. Din această, energiei regenerabilă, energia de

biomasă reprezintã 65 %, cea eoliană reprezintă 17 %, cea solară 12 %, iar cea geotermală

1 %. Pentru comparaţie se arată că energia hidro reprezintă 29 %.

Prin conversie biologică biomasa generează purtători de energie:

SOLIZI de exemplu manganul;

LICHZI de exemplu uleiuri, alcool;

GAZOŞI de exemplu biogazul –amestesc de două gaze principale:metanul (CH4)

+ bioxidul de carbon (CO2).

Cele mai importante metode de valorificare a biomasei sunt :

conversie chimică prin combustie

gazeificare şi piroliză

conversie biologică în alcool şi biogaz

Gazele obţinute din dejecţii de animale,în timpul fermentării anaerobe,au fost numite “gaz

de gunoi” iar gazele obţinute din nămolul apelor stătătoare.Au fost numite “gaz de baltă ”

sau “gaz de mlaştină ”.

1.3. IMPORTANŢA ŞI ACTUALITATEA TEMEI

Pe baza unor calcule s-a arătat că în 24 de ore se obţin următoarele cantităţi de

biogaz:

de la 10 porci – 2 m3 de biogaz

de la 2 bovine – 2,5…3,8 m3 de biogaz

de la 100 de păsări – 1,5 m3 de biogaz

Prin extrapolare de la 6 milioane de animale se obţin 1,2 milioane m3 de biogaz, adică

echivalentul a 600 de tone de motorină pe zi, respectiv 220 000 de tone pe an.

4

Page 6: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

1.4. SCURT ISTORIC

S-a observat că la suprafaţa pământului se formează gaze combustibile oriunde

există surse bogate de biogaz. În 1776 Volta a extras metan din gazele colectate din

mlaştini, iar englezul Humphrey a realizat, în anul 1806, experimental eliberarea de gaze

combustibile din gunoi de animale.

În ţara noastră, în 1975 s-a realizat primul echipament tehnologic de biogaz ce valorifica

dejecţiile de animale de la Complexul de creşterea porcilor de la Tomeşti. Începând cu

anul 1982 au intrat în funcţiune echipamentele tehnologice de producerea a biogazului de

la staţiile de epurare a apelor uzate din marile oraşe: Iaşi, Bacău, Timişoara, Oradea. Mai

numeroase sunt echipamentele tehnologice de capacitate mică care produc biogas pentru

gospodăriile individuale din judeţele: Argeş, Gorj, Dâmboviţa, Giurgiu.

Fig.1. Principalele moduri de utilizare a biomasei si a produselor derivate

2. ECHIPAMENTE TEHNOLOGICE PENTRU PRODUCEREA BIOGAZULUI

Tehnologia biogazului are tradiţii proprii în India, China, SUA, Canada, Japonia şi

a devenit interesantă şi pentru Europa, Danemarca, Anglia iar în România din 1975. În

viitor obţinerea biomasei se va realiza şi prin cultivarea unor plante cu creştere rapidă în

aşa numitele Plantaţii energetice care pot fi:

plantaţii terestre ;

plantaţii pe mare prin cultura algelor şi a altor plante marine.

5

Page 7: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

Din punct de vedere al modului de alimentare (încărcare) a fermentatorului echipamentele

tehnologice pot fi :

cu alimentare discontinuă pentru echipamente tehnologice de capacitate mică

pentru uz gospodăresc şi medie de tip ferme

cu alimentare continuă pentru instalaţii industriale.

2.1. TEHNOLOGIE DE FERMENTARE ECOLOGICĂ CU CIRCUIT ÎNCHIS

PENTRU PRODUCEREA BIOGAZULUI ŞI A ÎNGRĂŞĂMINTELOR

INDUSTRIALE

În concordanţă cu schema structurală de la figura 1 se prezintă circuitul închis de

alimentare a fermentatorului de capacitate mică de uz gospodăresc şi obţinerea de biogaz

şi îngrăşăminte naturale figura 2.

Fig.2. Circuitele închise ale carbonului și ale substanțelor nutritive anorganice la

producerea biogazului

6

Page 8: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

2.2. ECHIPAMENT TEHNOLOGIC DE PRODUCERE A BIOGAZULUI CU

ALIMENTARE DISCONTINUĂ. REALIZARE ROMÂNEASCĂ ÎN 1985 ÎN COM.

PLENIŢA, JUD. DOLJ

Componenta principală a echipamentului tehnologic de obţinere a biogazului o

constituie fermentatorul (generatorul) de formă cilindrică, din beton armat, cu alimentare

discontinuă. Parametrii tehnologici principali sunt: capacitatea geometrică a generatorului

de 5,70 m3, volumul unei şarje de încărcare a deşeurilor de 4,50 m3, producţia zilnică de

biogaz de 3,75 m3.

Echipamentul tehnologic (fig.3) este alcătuit din:

(a) fermentatorul sau generatorul pentru fermentarea deşeurilor vegetale şi a dejecţiilor

de animale,cu umplere discontinuă , aproape complet îngropat în pământ,de formă

cilindrică,

(b) clopotul sau capacul din tablă de 3 mm se realizează pentru colectarea biogazului, el

Fig.3 Echipament tehnologic de producere a biogazului cu alimentare discontinuă, de capacitate

mică.

7

Page 9: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

având un volum de cel puţin 50 %.Capacul se introduce cu gura în jos în spaţiu dintre cei

doi pereţi,

unde s-a pus apa,care formează garnitura lichidă ce nu permite trecerea gazului în

atmosferă,

(c) conducta aeriană din PVC cu un diametru de 4 cm, se montează pe capacul

generatorului pentru transportul biogazului spre locul de ardere,

(d) filtru-decantor pentru colectarea picãturilor de apă,

(e) robinet pentru închiderea şi deschiderea gazului.

Construcţia generatorului:

-se sapă o groapă cu diametru de 2 m şi adâncime de 4 m;

-pe fundul gropii se pune un strat de 10 cm de balast care trebuie sã fie foarte bine

bătătorit;

-peste balast se toarnă, pe o înălţime de 20 cm, beton cu armătură metalică;

-după ce betonul s-a uscat, pereţii cilindrici ai gropii sunt căptuşiţi, pe o grosime de 10

cm, tot cu beton armat. Interiorul cilindrului trebuie să fie foarte bine tencuit şi sclivisit

(prin dublă finisare numai cu ciment) pentru a se închide porii prin care ar ieşi biogazul.

- cilindrul din beton se înalţă deasupra gropii cu încă 20 cm;

-cilindrul din beton este dublat de un alt perete cilindric interior, realizat din acelaşi

material, cu grosimea de 10 cm la o distanţã de 10 cm de primul cilindru de beton

-între aceşti doi pereţi cilindrici se pune apă.

Aceşti doi pereţi cilindrici pot fi construiţi şi din tablă de 2-3 mm, bine protejată împotriva

agenţilor corosivi.

Funcţionarea instalaţiei

Echipamentul tehnologic de c apacitate mică de uz gospodăresc cu încărcare discontinuă

se încarcă manual. Fermentatorul se încarcă în proporţie de 80% cu materie primă formată

din dejecţii proaspete de animale în amestec cu resturi vegetale.

La prima şarjă se adaugă un inocul bogat de metanobacterii -2 găleţii de reziduuri

organice bogate în microfloră (must de dejecţii animale), iar la şarjele următoare se

păstrează din şarja anterioară 10-20 % în rezervor pentru plămadă.

Produsele organice reziduale din agricultură conţin cantităţi suficiente şi în proporţii

echilibratedin toate elementele esenţiale: carbon, azot, fosfor, sulf.

8

Page 10: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

Nu se folosesc dejecţiile provenite de la animalele care au fost tratate recent cu doze mari

de antibiotice sau alte medicamente bacteriostatice. Procesul de metanogeneză are loc la

temperaturi de 30-35 °C.Viteza de creştere a metanobacteriilor şi deci producerea de

biogaz depinde de temperatură. Deoarece echipamentele tehnologice de capacitate mică

de uz gospodăresc nu sunt prevăzute cu dispozitive interioare de încălzire randamentul

acestora este influenţat de temperatura mediului ambiant. Pentru aceasta,echipamentul

tehnologice de uz gospodăresc este îngropat total în pământ. În cazul echipamentelor

semiîngropate se acoperă în sezonul rece cu baloţi de paie, dejecţii de animale, iar vara cu

o folie de plastic pentru a asigura efectul de seră. O singură umplere poate asigura,zilnic

3,75 m3 de biogaz. Reîncărcarea fermentatorului se realizează după circa 120 de zile,

avându -se grijă ca la deschiderea capaculuii să nu se producă scântei prin frecare, pentru

a se evita orice accident. Descărcarea se realizează manual. Biogazul se acumulează sub

capac. Datorită presiunii, aceasta urcă deasupra gurii generatorului până la 6 0 cm. Stratul

de apă îi permite capacului această deplasare. Totodată stratul de apă nu permite

metanului să iasă în atmosferã deoarece solubilitatea metanului în apă este 0. Biogazul

cules de conductă ,prin ardere furnizează energie termică. În acelaşi timp se va urmări ca

apa care se adună după câteva luni pe conducta de gaz, datorită condensării,să fie

colectată într-un filtru-decantor montat pe conducta de gaz. Pe conducta de gaz se

montează 2 robineţi: un robinet de control şi un robinet de biogaz.

Instalaţia se amplasează într-un teren situat la 6 -10 m de casă, unde apa freatică este la

adâncime. Instalaţii poate dura zeci de ani.

3. STUDIU DE CAZ

3.1. DIMENSIUNLE INSTALAŢIEI

Notăm:

h – înălţimea fermentatorului;

D – diametrul fermentatorului;

V – volumul geometric al fermentatorului.

Vş – volumul unei şarje de încărcare

Pentru: h = 3,70 m

d = 1,40 m

V = 3,14 x 0,702 x 3,70 = 5,70 m3

9

Page 11: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

Vş = 80 % V

Vş = 4,50 m3

3.2. CANTITATEA DE BIOGAZ PRODUS

În urma studiilor făcute a rezultat că:

3 m3 de dejecţii produc - 2,5 m3 de biogaz atunci

4,50 m3 materie primă produc - 3,75 m3 biogaz/zi

Încărcarea se face la patru luni o dată.

Cantitatea de biogaz pentru 4 luni = 120 zile x 3,75 m3 biogaz/zi = 450 m3 biogaz

3.3. COSTURI CONSTRUCŢIE (INVESTIŢIE) ECHIPAMENT TEHNOLOGIC

DE BIOGAZ

1 sac de ciment= 25 lei

Pentru instalaţie sunt necesari 20 saci

20 x 25 = 500 lei

Preţul instalaţiei = 500 + 300 + 200 = 1 000 lei

300 lei = preţul capacului; 200 lei = alte cheltuieli

3.4. ECONOMII ŞI AMORTIZARE

Biogazul furnizat de o astfel de instalaţie este 3,75 m3 /zi timp de 4 luni este

echivalent consumului de gaz de la o butelie pentru un aragaz cu patru ochiuri, suficient

pentru prepararea hranei pentru o familie de 4 persoane. O familie de 4 membrii consumă

într -o lună o butelie = 35 lei

Pentru 4 luni economisim 4 x 35 lei = 140 lei

Pentru I an economisim 3 x 140 lei = 420 lei

Pentru 20 ani economisim 8 400 lei

Amortizări

Preţul instalaţiei se va amortiza în: 1 000 : 420 = 2,38 ani

10

Page 12: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

4. ELEMENTE DE MODERNIZARE A ECHIPAMENTELOR DE BIOGAZ

Pentru modernizarea echipamentelor de biogaz de capacitate mică de uz

gospodăresc şi

medie de tip ferme ar trebui dotate cu :

manometru pentru măsurarea presiunii biogazului în interiorul fermentatorului;

termometru pentru a indica temperatura încărcăturii;

contor pentru a înregistra cant itatea de biogaz rezultată, cunoscând astfel

productivitatea reală;

agitator de amestecare care împiedică formarea crustei ce nu permite eliberarea

gazului

5. MAI MULTE ÎNGRĂŞĂMINTE NATURALE

Dejecţiile de animale sunt poluante atât prin mirosurile neplăcute, prin microbii pe

care îi conţin, cât şi datorită umiditãţii mari. Într-o crescătorie de porci se vehiculează

zilnic circa 2 000-3 000 m3 de apă cu dejecţii. Acest nămol nu poate fi folosit ca

îngrăşământ, are o umiditate mare şi conţine o mare cantitate de microbi. Nămolul

fermentat pentru a fi folosit ca îngrăşământ trebuie uscat şi apoi supus unui proces de

humificare, care se realizează printr-o continuare a procesului de fermentare, de data

aceasta aerobă. În acest scop nămolului i se adaugă cantităţi reduse de paie, coceni,

frunze, resturi din grădinile de legume. Un complex de 50 000 de porci pe paturile de

uscare prelucrează anual 29 000 m3 de nămol cu 95% umiditate rezultând 6 000 m3 nămol

fermentat dezhidratat. Îngrăşătoriile de porci pot deveni atât producătoare de biogaz dar şi

de humificate cu o bună capacitate de fertilizare a pământului.

11

Page 13: Biogazul - Energie Prin Conversie Naturala

BIBLIOGRAFIE

1. Stancu V - Flacăra biogazului, Editura Ceres, Bucureşti 1982

2.Tãtãrãscu F - Conversia energiei-tehnici neconvenţionale, Editura Tehnică, Bucureşti

1980

3.Vintilă M –Biogazul, Editura Tehnică, Bucureşti 1989

4.***Enciclopedia tehnică ilustrată, Editura Teora, Bucureşti,1999

6.***Jurnalul Naţional din 19.11.2005

7.***Monitorul Arotem, Anul 11, NR. 1 Martie 2007, 1 / 2007

12