BUDOWA I FUNKCJONOWANIE MIKROBIOGAZOWNI W GOSPODARSTWIE ROLNYM Dr inż. Alina Kowalczyk-Juśko Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Wydział Nauk Rolniczych w Zamościu

Analizując strukturę rolną w Polsce stwierdzamy, że nie różni się ona znacznie od struktur rolnych w krajach sąsiednich Powierzchnie krajowych gospodarstw rolnych można w dużym przybliżeniu porównać z obszarami gospodarstw rolnych w górnej Bawarii, Szwabii, Tyrolu czy Szwajcarii W gminie Schenchen (Bawaria) o całkowitej powierzchni gminy 3.154 ha i zamieszkałej przez 4.601 mieszkańców; średnia powierzchnia gospodarstw około 35 ha uruchomiono 14 biogazowni rolniczych od 20 do 90 kWe

Mikrobiogazownia W skład mikrobiogazowni wchodzą następujące elementy: punkt przyjęcia substratów, zespół pomp dozujących i mieszających substraty, komora/zespół komór fermentacyjnych, wyposażonych w system grzewczy, mieszający i odprowadzający poferment, zbiornik buforowy na biogaz, system odsiarczania biogazu, system sterowania biogazownią, instalacja rur i przewodów (na substraty, biogaz oraz przewodów elektrycznych), zespół kogeneracyjny, flara gazowa (pochodnia), budynek techniczny, zawierający zespół kogeneracyjny, system sterowania, przyrządy do oznaczania ilości suchej masy, suchej masy organicznej i pH. 3

Rozporządzenie ministra rolnictwa i rozwoju wsi w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle rolnicze i ich usytuowanie z dnia 25 marca 2013 r. (t.j. z dnia 16 stycznia 2014) § 7. Odległości komór fermentacyjnych i zbiorników biogazu rolniczego powinny wynosić co najmniej: 1) 20 m od pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi oraz od budynków inwentarskich, 2) 20 m od budynków innych niż określone w pkt 1 niepowiązanych technologicznie z instalacją służącą do otrzymywania biogazu rolniczego, 3) 5 m od granicy działki sąsiedniej, 4) 15 m od składu węgla i koksu, 5) 15 m od komór fermentacyjnych i zbiorników biogazu rolniczego, będących elementem odrębnych instalacji służących do otrzymywania biogazu rolniczego, 6) 15 m od silosów na zboże i pasze, 7) 5 m od innych obiektów budowlanych nie będących budynkami. § 6. – odległości otwartych i zamkniętych zbiorników na produkty pofermentacyjne

Przykład – mikrobiogazownia w Studzionce (woj. śląskie) Gospodarstwo Państwa Pojdów w Studzionce zlokalizowane jest w średnio zwartej zabudowie wiejskiej, Na terenie otoczonym z dwóch stron działkami sąsiadów, po drugiej stronie ulicy zabudową mieszkaniową a w kierunku zachodnim ok. 100 m małe gospodarstwo i zabudowa mieszkaniowa, Na działce budowlanej zlokalizowane są: dom mieszkalny, garaże maszyn, kurnik, chlewnia, zbiornik gnojowicy i inne pomieszczenia gospodarcze oraz silosy zboża, Przy z zrzutach i wywozie gnojowicy nasilały się wyziewy odorów, a w okresie letnim ze zbiornika gnojowicy wydzielał się metan. Ten stan spowodował, że gospodarz zaczął się interesować możliwością znacznego obniżenia (wręcz likwidacją) odorów w obejściu.

Widok z góry na gospodarstwo i sąsiednie zabudowania 1 2 5 4 3 6 2 1 - biogazownia 2 - kurniki 3 - chlewnia 4 - zbiornik reszty pofermentacyjnej 5 - garaże 6 - dom mieszkalny

Mała biogazownia rolnicza w Studzionce Moc kogeneratora: 30 kW (w czasie budowy)

Kanały zrzutowe odchodów Kurnik Kanały zrzutowe odchodów Chlewnia Zrzut gnojowicy Zbiornik wstępny

Otwór wrzutowy do zbiornika wstępnego nakrywany klapą

Maszynownia w wydzielona z garażu maszyn rolniczych 1 3 2 1 1 4 1. maszynownia, 2. kogenerator 3. chłodnica awaryjna 4. tłumik

1 - silnik spalinowy, 2 - prądnica, 3, 4 - wymienniki ciepła Kogenerator 30 kW 1 2 3 4 1 - silnik spalinowy, 2 - prądnica, 3, 4 - wymienniki ciepła

Mikrobiogazownia w Szewni Przydomowa biogazownia wytwarza gaz na potrzeby gospodarstwa domowego. Do komory fermentacyjnej raz na dobę wrzuca się ok. 50 kg ulegających fermentacji płodów rolnych bądź ich odpadów (buraki, zboże, słoma, liście). Z takiej ilości powstaje na godzinę około 1 m3 biogazu. - moc 20 kWt - hydrolizer o objętości = 1,7 m3 - fermentor o objętości = 8 m3 - zbiornik biogazu o objętości = 10 m3 12

13

Inne (transportowalne) rozwiązania Modułowe, mobilne (bez fundamentu) instalacje mikrobiogazowni, produkowane w różnych opcjach mocy, wykorzystujące odchody zwierzęce, kiszonki i odpady produkcji rolnej do wytwarzania biogazu Przeznaczone dla małych gospodarstw rolno-hodowlanych oraz przedsiębiorstw przetwórstwa rolnego, spożywczego Otrzymany biogaz może być spalany bezpośrednio w piecu lub jako paliwo gazowe zasilać silnik spalinowy kogeneratora Moc generatora dla jednej komory 10-40 kW

Mikrobiogazownia kontenerowa (Instytut Maszyn Przepływowych + Politechnika Śląska) 3 2 1 4 1 - komora fermentacyjna, 2 - zasyp, 3 - przelew syfonowy, 4 - właz rewizyjny

Transport mikrobiogazowni 3 1 2 1 - komora fermentacyjna, 2 - miejsce na kogenerator i podest obsługi, 3 - zasyp do załadunku substratów

Kontenerowa Mikrobiogazownia Rolnicza

Kontenerowa mikrobiogazownia rolnicza KMR 7 Wnętrze komory: układ przelewowy, pompa wirnikowa, instalacja ogrzewania

Główne parametry techniczne prostopadłościenny, spawany, szczelny zbiornik ze stali węglowej, o wewnętrznych wymiarach: 2,5 x 2,5 x 12,0 m (wymiary kontenera morskiego) kubatura zbiornika: 75 m3, pojemność czynna ok. 60 m3 zewnętrzne ocieplenie z warstwą wełny mineralnej, poszycie z blachy trapezowej zintegrowany z komorą fermentacyjną zbiornik biogazu (umieszczony na dachu komory) wewnętrzna instalacja ogrzewania zapewniająca odpowiednią temperaturę procesu przelewowy system usuwania masy pofermentacyjnej nowatorskie rozwiązanie systemu przemieszania masy fermentującej (bez mieszadła) możliwość zintegrowania komory z układem kogeneracyjnym (na podeście obsługi) produkcja biogazu od 3,5 do 5 m3 na godzinę (zawartości metanu ok. 55%)

Podłoże przygotowane do instalacji komory

Przepust gazowy do zamontowania zbiornika (worka) na gaz Montaż zadaszenia mikrobiogazowni Zamontowany zbiornik biogazu, widoczne zadaszenie komory

Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii

Mikrobiogazownia kontenerowa ITP/o. Poznań (producent Mega Bełżyce)

Parametry techniczne Pojemność komory fermentacyjnej 30 m3   Pojemność komory fermentacyjnej 30 m3 Pojemność zbiornika biogazu 13 m3 Moc układu na substratach rolniczych 4-6 kW Moc układu na substratach poprodukcyjnych 6-9 kW Inne opcje tego rozwiązania dają możliwość uzyskania mocy 25-36 kW

Przykładowy zestaw substratów, możliwe uzyski biogazu i energii Substraty rolnicze czynnik Substraty rolnicze i poprodukcyjne wariant 1 wariant 2   wariant 3 wariant 4 30 m3 Objętość mieszaniny fermentacyjnej 970 t/r 400 t/r Substrat - gnojowica (sm 8%) 200 t/r 150 t/r — 95 t/r Substrat - kiszonka (sm 32%) 80 t/r 70 t/r Substrat poprodukcyjny (sm 46%) 212 t/r 275 t/r 12 21 HRT (hydrauliczny czas retencji) 22 29 100 m3/r 31 000 m3/r Uzysk biogazu 39 200 m3/r 47 000 m3/r 61 110 kWh 65 100 kWh Uzysk energii 84 520 kWh 100 550 kWh 4 kW 6 kW Moc układu (przy 30% sprawności) 7,5 kW 9 kW 300 m3 200 m3 Minimalna pojemność zbiornika pofermentu 170 m3

Fermentacja sucha odchodów, odpadów i produktów ubocznych z rolnictwa oraz biodegradowalnych odpadów stałych Fermentacja w pomieszczeniach typu garażowego, hermetycznie zamkniętych, odgrzewanych i zraszanych tak zwanym „perkolatem” najczęściej w temperaturze mezofilnej Etapy przebiegu procesu: • 1 faza: aerobowa – tlenowa napowietrzanie substratu - samoczynne nagrzewanie •2 faza: anaerobowa – beztlenowa z perkolacją - wytwarzanie biogazu •3 faza: aerobowa – tlenowa higienizacja, osuszanie

Etapy przebiegu procesu

Mobigas – mobilne biogazownie kontenerowe Ekoinnowacje (Koszęcin na Śląsku)

KOSUBSTRATY ODPADY CELOWE ROŚLINY odchody zwierząt młóto z browarów wywar z gorzelni wytłoki owocowe wytłoki warzywne makuchy rzepakowe frakcja glicerynowa odpady z rzeźni kukurydza trawy burak słonecznik żyto i pszenżyto koniczyna i lucerna sorgo inne

Logistyka zbioru i dostaw substratów Dostępność substratów Odległość (transport) Przechowywanie, składowanie Wstępna obróbka (higienizacja, homogenizacja) Gwarancja ilości i składu chemicznego Odpady z wybranych działów specjalnych rolnictwa Photo: DeKalb, Ill wastewater treatment plant

Wydajność odchodów zwierzęcych w produkcji biogazu Substrat Zawartość suchej masy [%] Zawartość suchej masy organicznej (s.m.o.) [% s.m.] Teoretyczna wydajność biogazu z 1 kg s.m.o. [dm3] z 1 t świeżej masy [m3] zawartość metanu [%] Gnojowica bydlęca 10,0 68,5 801 55 Gnojowica świńska 7,5 82,0 815 50 58 Pomiot kurzy 27,0 67,0 773 140

Produkcja biogazu z surowców odpadowych Miejsce produkcji Odpad organiczny Zawartość suchej masy [%] Zawartość subst. org. [% s.m.] Zawartość azotu [% s.m.] Iloraz C:N Produkcja biogazu [m3/kg s.m.o.] Odpady pochodzenia roślinnego Zakłady przetwórstwa owocowo-warzywnego wytłoki jabłek 12-40 - 1,1-1,2 13-48 0,32 resztki ziemniaków 13-18 90-96,5 28 0,34-0,38 mączka fasoli, sojowa 7,2-7,6 4-6 wytłoki owocowe 20-30 90-95 0,9-2,6 20-49 0,38 Browary młóto 21-23,7 88-95,3 0,34-0,45 drożdże piwne 10 91,8 0,45 Gorzelnie, winiarnie wywar gorzelniany (żytni) 8 83 wywar gorzelniany (ziemniaczany) 6 85 0,23 wytłoki winogronowe 40 80 0,42 Cukrownie wysłodki 22 95 0,18 melasa 0,25

Produkcja biogazu z surowców odpadowych Miejsce produkcji Odpad organiczny Zawartość suchej masy [%] Zawartość subst. org. [% s.m.] Iloraz C:N Produkcja biogazu [m3/kg s.m.o.] Odpady pochodzenia zwierzęcego Rzeźnie odpady poubojowe 20 80 11-21 0,43 mierzwa 15-20 80-90 20-30 0,52 krew odpadowa 22-90 95 3-3,5 0,40 Zakłady z produkcji pasz resztki karmy zwierzęcej 34 92,5 15-150 0,31 łuski z młyna 84 - 0,30 Przeterminowana karma dla psów

Wydajność biogazu z różnych roślin Gatunek Plony [t/ha] Wydajność biogazu [m3/t św.m.] Wydajność biogazu [m3/ha] Kiszonka z kukurydzy 50 200 10 000 35 215 7 525 Burak pastewny 80 100 8 000 Trawa łąkowa – 3 pokosy 70 95 6 650 CCM – kukurydza 15 450 6 750 GPS – pszenica 12 500 6 000 Ziemniak 40 110 4 400 Ziarno pszenicy 7 600 4 200

Dziękuję za uwagę