Czym jest biogaz i jak powstaje?
Biogaz to mieszanina gazów wytwarzana podczas rozkładu materii organicznej bez dostępu tlenu. Jego składnikami są przede wszystkim metan i dwutlenek węgla; mogą występować także para wodna oraz związki wymagające usunięcia przed użyciem gazu w urządzeniach. To metan odpowiada za możliwość wykorzystania biogazu jako paliwa. Im więcej go w mieszaninie, tym więcej energii można uzyskać z danej ilości gazu.
W instalacji surowiec trafia do szczelnego fermentora, gdzie mikroorganizmy rozkładają go w kontrolowanych warunkach. Proces wymaga czasu i utrzymania odpowiednich warunków pracy, a jego wynikiem są biogaz oraz pozostałość nazywana pofermentem. Gaz może zasilać urządzenia produkujące ciepło lub jednocześnie ciepło i prąd. Poferment wymaga natomiast właściwego przechowywania i zagospodarowania; nie jest czymś, co znika wraz z wytworzeniem energii.
Z jakich surowców można wytwarzać biogaz?
Do typowych surowców należą gnojowica i obornik, resztki z produkcji rolnej, pozostałości z przetwórstwa żywności oraz wybrane odpady spożywcze. Biogaz może powstawać również z osadów ściekowych w odpowiednio przygotowanych instalacjach. W praktyce o przydatności surowca decyduje nie tylko to, czy jest organiczny. Znaczenie mają jego skład, zawartość wody, podatność na rozkład, możliwe zanieczyszczenia i sposób dostarczania.
Różne materiały zachowują się w fermentorze inaczej. Surowiec bogaty w łatwo rozkładające się składniki może dostarczać dużo gazu, ale wymaga ostrożnego dawkowania, aby nie zaburzyć procesu. Materiały o dużej zawartości włókien zwykle rozkładają się trudniej. Mieszanie surowców bywa sposobem na stabilniejszą pracę instalacji, lecz wymaga dopasowania do jej konstrukcji i możliwości obsługi.
Warto też odróżnić wykorzystanie dostępnych pozostałości od celowej uprawy roślin na potrzeby fermentacji. W obu przypadkach trzeba uwzględnić transport, magazynowanie i wpływ pozyskania surowca na inne zastosowania ziemi lub biomasy. Sam fakt, że paliwo powstaje z materii organicznej, nie przesądza jeszcze o bilansie środowiskowym całego przedsięwzięcia.
Produkcja ciepła: liczy się odbiorca
Oczyszczony w zakresie wymaganym przez urządzenie biogaz można spalać w kotle, aby ogrzewać wodę wykorzystywaną w budynkach lub procesach technologicznych. Takie rozwiązanie ma największy sens wtedy, gdy ciepło jest rzeczywiście potrzebne i można je dostarczyć bez nadmiernych strat. Ważne są więc nie tylko ilość produkowanego gazu, lecz także położenie odbiorców, wymagane parametry ciepła i zmienność zapotrzebowania.
Popyt na ogrzewanie budynków zmienia się w ciągu roku, podczas gdy instalacja fermentacyjna najlepiej pracuje w sposób możliwie stabilny. Odbiorca wykorzystujący ciepło również poza sezonem grzewczym może ułatwić zagospodarowanie produkcji. Jeśli takiego odbiorcy nie ma, część potencjału energetycznego może pozostać niewykorzystana. Przy porównywaniu projektów warto zatem pytać nie tylko o ilość wytwarzanego ciepła, ale o to, ile z niego trafi do użytecznego zastosowania.
Prąd i ciepło w jednym układzie
Biogaz może zasilać jednostkę kogeneracyjną, która wytwarza energię elektryczną i jednocześnie pozwala odzyskać ciepło powstające podczas pracy. Prąd może służyć potrzebom obiektu, a jego oddawanie do sieci zależy od warunków technicznych i formalnych. Część wytworzonej energii zużywa sama instalacja, między innymi na pompy, mieszadła i utrzymanie warunków fermentacji. Dlatego produkcja brutto nie jest tym samym co energia dostępna dla innych odbiorców.
Kogeneracja pomaga wykorzystać paliwo na dwa sposoby, ale jej ocena zależy od odbioru obu produktów. Gdy prąd znajduje zastosowanie, lecz brakuje odbiorcy ciepła, łączne wykorzystanie energii będzie słabsze, niż sugerują same parametry urządzenia. Trzeba uwzględnić również oczyszczanie gazu, serwis, postoje oraz sposób postępowania z nadwyżkami. Projektowanie podłączenia do instalacji elektrycznej i sieci należy pozostawić uprawnionym specjalistom.
Jak rozsądnie ocenić pomysł na instalację?
Punktem wyjścia jest bilans surowców: skąd będą pochodzić, czy ich ilość i skład pozostaną wystarczająco stabilne oraz ile wysiłku wymaga ich przygotowanie. Następnie trzeba zestawić przewidywaną produkcję gazu z rzeczywistym zapotrzebowaniem na ciepło i prąd. W szacunkach warto wyraźnie oddzielić energię zawartą w gazie, energię wyprodukowaną przez urządzenia oraz energię możliwą do użycia po odjęciu potrzeb własnych i strat.
Pytania do projektanta lub operatora powinny dotyczyć także magazynowania surowców i pofermentu, kontroli zapachów, szczelności układu, uzdatniania gazu oraz postępowania podczas przestojów. Ucieczka metanu oznacza utratę paliwa i może pogarszać bilans środowiskowy. Dobrze przygotowana ocena nie opiera się więc na obietnicy określonej ilości prądu z „odpadów”, lecz na sprawdzeniu całego łańcucha: od dostaw surowca po wykorzystanie energii i zagospodarowanie pozostałości.
