Biogazul

Biogazul este este termenul folosit pentru amestecul de gaze (metan, hidrogen si bioxid de carbon etc.) de origine biogena care iau nastere prin procesele de fermentatie sau gazeificare a diferite substante organice. Aceste gaze servind prin ardere ca sursa energetica (energie biogena). Energia obtinuta din acest lant, biomasa→biogaz→curent electric si agent termic, se numeste energie regenerabila, pe urmatorul considerent: dioxidul de carbon eliminat in atmosfera la arderea biogazului, reprezinta o cantitate cel mult egala cu cu cantitatea asimilata de plantele sau nutreturile consumate de animale, in perioada lor vegetala. In ideea protocolului de la Kyoto, aceasta reprezinta un circuit inchis de dioxid de carbon, spre deosebire de carburantii fosili (gaz metan, carbune, titei) la arderea carora se degaja dioxid de carbon care a fost asimilat cu multe mii de ani in urma.

Scurt istoric

Primele explicatii stiintifice referitoare la gazele combustibile apar spre sfarsitul secolului al XVII-lea, perioada in care se naste chimia moderna si una din ramurile ei - chimia gazelor. Descoperirea legaturii cauzale dintre prezenta resturilor vegetale inglobate in malul apelor statatoare si formarea de aer combustibil este atribuita de diverse surse englezilor Boyle si Shirley in 1669 si italianului Volta in 1776. Volta este cel care a extras pentru prima data metanul din gazele colectate din mlastini. Humphery Davy a realizat experimental eliberarea de gaze combustibile din gunoi de animale.

In a doua jumatate a secolului al XIX-lea, in conditiile dezvoltarii microbiologiei ca stiinta se defineste natura microbiologica a procesului prin care se formeaza gaze combustibile in cursul ferentarii anaerobe a substantelor organice. Ea a fost evidentiata prin cercetari efectuate in Rusia de Popov in 1873 asupra namolurilor de canal si in Franta de colaboratorii lui Pasteur (Reiset in 1886, Deherain in 1884 si Schloessing in 1892). In 1888, Gazon a constatat ca responsabile pentru producerea metanului din gunoi de animale sunt microorganisme capabile sa se dezvolte in conditii de anaerobioza (lipsa de oxigen molecular) pe medii bogate in carbon, indeosebi celuloza.

Agentii fermentarii anaerobe a celulozei la temperaturi mezofile (200 ¸ 450C) sunt doua specii de bacterii:  - bacillus cellulosae methanicus, care formeaza cantitati importante de metansi  – bacillus cellulosae hydrogenicus  care formeaza hidrogen, specii care au fost reunite ulterior sub denumirea comuna de  methanobacterium amelianokii  dupa numele unuia dintre cercetatorii fermentarii anaerobe.

Studii efectuate mai tarziu au condus la identificarea si izolarea unor bacterii care descompun celuloza la temperaturi ridicate (termofile) de pana la 600 ÷ 650C.

Cercetari efectuate in prima jumatate a secolului XX (Barker, Buswell, Hatfield) au adus lamuriri esentiale privind biochimia producerii metanului prin fermentarea anaeroba si au pus bazele producerii la nivel uzinal a gazelor combustibile prin acest procedeu aplicat reziduurilor vegetale si animale din agricultura.

Odata cu dezvoltarea biologiei moleculare din ultimele decenii se adancesc cunostintele privind bacteriile metanogene. Cercetari fundamentale efectuate in Franta, Japonia, Germania, S.U.A. au condus la orientari noi cu privire la taxonomia bacteriilor metanogene si la particularitatile lor structurale, biochimice si fiziologice.

Aceste cercetari privind comportamentul specific bacteriilor metanogene si mecanismele de baza in formarea gazelor combustibile, folosesc in prezent la perfectionarea biotehnologiilor de obtinere a acestora la scara industriala, in vederea cresterii randamentelor si a reducerii pretului de cost.

Ca recunoastere a rolului pe care-l au vietuitoarele microscopice in formarea gazelor combustibile prin fermentarea anaeroba a materiei organice in curs de descompunere, s-a adoptat termenul generic de BIOGAZ pentru desemnarea lor, indiferent de sursa din care provin.

Producerea biogazului in Romania

In Romania, interesul pentru producerea biogazului a urmat un curs ascendent in a doua jumatate a secolului XX.

Incepand cu 1958 la Centrul Experimental de Ingrasaminte Bacteriene (C.E.I.B.) de la Baneasa, s-au initiat cercetari de laborator pentru izolarea unor surse active de bacterii metanogene si obtinerea de gaze combustibile pe cale biologica, din diferite substraturi organice (dejectii de animale si gunoaie menajere). Din 1964, Tudor Ionescu a efectuat cercetari si pentru producerea biogazului din namoluri organice, prima lor materializare fiind instalatia pilot de valorificare integrala a apelor uzate de la abatorul Bucuresti. Problematica de cercetare si dezvoltare tehnologica circumscrisa la producerea si folosirea biogazului din dejectii de animale, in special de taurine si porcine, s-a concentrat in cateva directii principale. Cercetarile fundamentale s-au referit la aprofundarea microbiologiei procesului de metanizare si la selectia de surse de bacterii metanofore cu activitate maxima in vederea optimizarii bioconversiei energetice.

Sub aspect tehnologic, cercetarile au urmarit perfectionarea tehnologiilor existente, care folosesc ca materie prima dejectiile evacuate hidraulic din complexele de crestere industriala a animalelor sau dejectiile solide din sistemul de exploatare de tip gospodaresc. O alta directie a constat in elaborarea de tehnologii pentru sistemele in care dejectiile sunt evacuate prin raclare, fara consum de apa tehnologica.

Inceputul a fost facut la Statia de epurare a apelor uzate a municipiului Iasi de la Dancu, care a fost inzestrata cu o instalatie de tip industrial pentru producerea biogazului. Cu o productie initiala de 2000 m3 biogaz / zi, statia si-a asigurat in general necesarul de energie tehnologica din productia proprie de biogaz, realizand ulterior si cantitati excedentare, in special in perioadele calde.

In anii 80 functionau in conditii normale de producere - captare a biogazului instalatiile din cadrul statiilor de epurare ale apelor reziduale de la Bacau, Iasi, Timisoara, Oradea, Suceava, Hunedoara, Roman, Pitesti, Sibiu, Cluj s.a. producandu-se pe aceasta cale in jur de 85 000 m3 biogaz / zi si respectiv 30 milioane m3/an.

Pe principii similare s-au executat statii de biogaz produs din deseuri si namoluri organice pe platforma industriei alimentare din Vaslui, la abatoarele judetene Ialomita si Timis, la distileria de tescovina Tohani. Prima incercare, in conditii de statie pilot, de valorificare a dejectiilor de animale pentru obtinerea de biogaz s-a realizat in 1975 la complexul de cercetare a porcinelor de la Tomesti ? Iasi. Experimentul a fost realizat in colaborare cu Institutul de Cercetari pentru Nutritia Animalelor de la Balotesti, intr-un fermentator cu capacitatea de 30 m3.

In 1979 a intrat in functiune, la S.C.C.C.P. Peris, prima statie pilot de tip semi-industrial de producere a biogazului din dejectii de porc, cu o capacitate de 580 m3/zi biogaz. Dupa 1982 au intrat in executie si in functiune alte statii de capacitati similare sau mai mari, care folosesc tot dejectii de porc pentru fermentarea anaeroba. Se mentioneaza cele de la fosta Intreprindere de Stat 30 Decembrie ? Giurgiu, I.S.C.I.P. Caracal (Olt), Codlea (Brasov), Roman (Bacau), Asociatia Economica Industriala Pecineaga (Constanta). Spre exemplu, statia de biogaz de la I.S.C.I.P. Caracal furniza o productie globala de 7 000 - 8 000 m3 biogaz/zi.

In aceeasi perioada s-au raspandit instalatiile de capacitate mica care produc biogaz pentru colectivitati mici sau pentru gospodariile populatiei. Ele au aparut ca rezultat atat al unor actiuni centrale cat si al initiativelor unor gospodari intreprinzatori. Astfel, in 1979 s-a actionat pentru realizarea unor instalatii prototip de capacitate mica (5 ÷ 10 m3), ulterior facandu-se si instalatii avand fermentatoare de capacitati de 20, 30, 40 si 50 m3. Progrese notabile in realizarea de instalatii de biogaz de capacitate mica s-au obtinut in judetele Iasi, Arges, Olt, Constanta, Braila, Timis.

Din pacate, incepand cu 1990, in unele cazuri in mod total nejustificat, interesul pentru producerea biogazului prin reciclarea materiilor organice din zootehnie si industria alimentara prin fermentarea anaerobica a scazut drastic, in conditiile in care in majoritatea tarilor acest interes este de actualitate.

Surse

Metanul este componenta care confera valoare energetica biogazului. In stare pura metanul este un gaz combustibil lipsit de culoare, miros sau gust, mai usor decat aerul, arde cu o flacara albastruie si are o putere calorica de 37 MJ/ml, putin mai ridicata decat a motorinei. Biogazul comparativ cu metanul pur are o putere calorica de 25 MJ/ml, din cauza bioxidului de carbon cu care e in amestec.

Stocarea biogazului, chiar pentru intervale mici de timp, face parte din instalatia de fermentare anaeroba. Intrucat metanul nu se lichefiaza la temperatura ambianta, indiferent de presiunea folosita, el se pastreaza la presiuni joase in containere cu volum mare sau la presiuni ridicate volume mici. De exemplu o butelie de 0,1 ml contine la presiunea de 200 bari 28 ml biogaz, cu care un tractor greu poate functiona 8 ore.

O statie de biogaz mare, industriala este formata din:1 – statie de pompare a apei reziduale2 – decantor gravitational3 – Ingrasator de namol4 – statie de distributie a namolului5 – reactor de fermentatie anaeroba dotat cu un clopot metalic pentru captarea biogazului.

Utilizare

Datorita compusilor cum ar fi: vaporii de apa, hidrogenul sulfurat, dioxidul de carbon si particulele de praf, biogazul nu poate fi folosit imediat ce a fost extras din instalatie. Totusi, dupa indepartarea vaporilor de apa si dioxidului de carbon, biogazul poate fi folosit la fel ca orice alt gaz natural curat.

Experienta in realimentarea tractoarelor sau compactoarelor folosite in cadrul instalatiilor de deseuri arata ca biogazul poate fi folosit ca si combustibil alternativ pentru vehicule. Dar , datorita legislatiei corespunzatoare, este folosit mai ales in instalatiile combinate de caldura si energie. In aceasta procedura, biogazul este folosit pentru operarea unui motor cu combustie ce alimenteaza un generator pentru producerea energiei electrice. Apa calda rezultata din procesul de racire cat si evacuarile pot fi folosite pentru incalzire atat direct on-site cat si la consumatori apropiati de locatia instalatiei.

O alta utilizare a biogazului este aceea de pompare a acestuia in reteaua publica de gaze. Acest lucru necesita rafinarea biogazului la calitatea gazului natural. Fiind la fel de eficient pe cat este de flexibil, biogazul poate fi directionat in locul unde este efectiv necesar pentru producerea de caldura si electricitate.  

Site-uri folositoare:http://www.biogazul.info/http://biogaz-luethe.weblog.ro/