Technologie bioplynových stanic

Bioplynové stanice

Bioplynové stanice jsou zařízení, ve kterých dochází k přeměně biomasy na bioplyn a digestát. Bioplyn obsahuje metan (cca 50 - 75 %), který je nositelem energie. Digestát obsahuje pouze živiny a humus, které se dále nerozkládají a proto nezapáchají.

Podle toho, jaký materiál bioplynová stanice zpracovává je dělíme na zemědělské, odpadové a bioplynové stanice čistíren odpadních vod. Pro soukromé investory jsou vhodné první dvě jmenované.

Provoz bioplynové stanice spotřebuje přibližně 7 % vyrobené elektrické energie a přibližně 30 % vyprodukovaného tepla.

Proces fermentace běží kontinuálně, kogenerační jednotka vyrábí energii přibližně 8.300 h/rok, zbytek času probíhá údržba a nutné odstávky.

Bioplyn

Hlavní složkou bioplynu je metan (50-75 %), potom oxid uhličitý (25-50 %) a malé množství dalších příměsí. Vzniká bakteriálním rozkladem organické hmoty za nepřístupu vzduchu. Tento proces se nazývá anaerobní fermentace. V bioplynu je nositelem energie pouze metan, CO₂ a ostatní příměsi jsou balastními plyny. 

Pro metan izolovaný z bioplynu používáme označení biometan - jedná se o ekvivalent zemního plynu, liší se pouze svým původem. 

Bioplyn o objemu 1 m³ tedy obsahuje 0,60 m³ metanu, vyrobíme z něho asi 2,28 kWh elektrické energie a 2,7 kWh tepla (viz níže účinnost kogenerační jednotky).

Využití bioplynu

Nejjednodušším použitím bioplynu je jeho prosté spálení a přeměna energie v něm obsažené na teplo. Použitím bioplynu jako paliva spalovacího motoru vyrobíme mechanickou energii, kterou můžeme pomocí generátoru přeměnit na elektřinu a v kogeneraci je vyráběno i teplo.

Využití bioplynu k výrobě elektřiny v palivových článcích je zatím ve fázi testování.

Velký potenciál skýtá využití bioplynu jako obnovitelného zdroje pro dopravu. Biometan, který získáme odstraněním CO2 z bioplynu má stejné vlastnosti jako zemní plyn a může být použit pro pohon automobilů na CNG (stlačení zemní plyn). Více o využití CNG na www.cngauto.cz.

Přeměna energie bioplynu

Výroba tepla

Bioplyn můžeme přeměnit na energii tepelnou, elektrickou nebo mechanickou. Nejjednodušším využitím bioplynu je jeho spálení v plynovém kotli a výroba tepla. Takové využití ale není moc efektivní (především ekonomicky). Účinnost přeměny bioplynu na teplo může být okolo 90 %.

Výroba elektřiny a tepla

Bioplyn je také možné použít k výrobě elektrické energie a tepla v kogenerační jednotce. Teplo je v tomto případě vedlejší produkt. Účinnost kogenerační jednotky je přibližně 38 % elektrická a 45 % tepelná (celková 83 %) - u jednotlivých výrobců se mírně liší.

Výroba biometanu - paliva pro automobily

Třetí možnosti, která je v dnešní době využívána především v zahraničí, je zušlechtění bioplynu na čistý metan (biometan). Toho je docíleno odstraněním CO₂ z bioplynu. Stlačený biometan, který je kvalitativně srovnatelný se zemním plynem je používán k pohonu motorových vozidel na stlačený zemní plyn (CNG). Více o využití bioplynu jako biopaliva v dopravě se dočtete zde:

Více informací o využití CNG v dopravě naleznete např. na www.CNGauto.cz či www.cng.cz.

Biometan může být také vháněn do rozvodů zemního plynu. Zařízení na čištění bioplynu a výrobu biometanu (anglicky: upgrading unit) potřebuje ke svému provozu elektrickou energii, přibližně 0,5 kWh/m³ bioplynu a vodu v množství cca 15l/m³ bioplynu. Vodu je možné v systému cirkulovat.

Suroviny pro výrobu bioplynu

Zdrojem bioplynu, neboli potravou pro bakterie produkující bioplyn jsou především polysacharidy, tuky a bílkoviny. Zdrojem těchto látek je rostlinná a živočišná biomasa. Hůře rozložitelná je celulóza a nerozložitelný je lignin - i z toho důvodu není jako substrát pro výrobu bioplynu vhodné dřevo či sláma, bakterie produkující bioplyn je nedokáží rozložit.

Ze vstupní suroviny je bakteriemi využita a na bioplyn přeměněna pouze její organická část (organická sušina), zbytek zůstává ve fermentačním zbytku - digestátu. Surová biomasa obsahuje značný podíl vody, zbytek tvoří sušina. Sušina obsahuje organické látky, které jsou bakteriemi rozložitelné (označujeme jako organická sušina, spalitelné látky, ztráty žíháním, angl. volatile solids) a popeloviny, což jsou anorganické, biologicky nerozložitelné látky. Pouze organická sušina je zdrojem bioplynu. Když tedy máme 1 t například kukuřičné siláže s obsahem sušiny 35 % a z toho organické sušiny 80 %, potom se dá tato tuna rozdělit na 650 kg vody a 350 kg sušiny. Sušina se potom skládá z 280 kg organické sušiny a 70 kg popelovin. Výnos bioplynu ze vstupní suroviny je potom vztahován k 1t sušiny, případně organické sušiny.

Podle jedné německé laboratoře jsou hodnoty produkce bioplynu z organické sušiny následující:

Tabulka produkce bioplynu (BP) z organické sušiny (OS) vybraných substrátů:

Výnos bioplynu vztažen k celkové hmotnosti dané vstupní suroviny je však velice rozdílný, protože každá z uvedených surovin má jiný obsah sušiny a v ní jiný podíl organické sušiny.

Kukuřice na siláž v našich podmínkách dosahuje výnosů okolo 30t čerstvé hmoty na 1ha, což je při 35% obsahu sušiny 10,5 t sušiny/ha. Výnos bioplynu z 1t sušiny může být přibližně 450 m³/1t sušiny (empiricky). To je 4 725 m³ bioplynu/ha, tedy 2 835 m³ biometanu/ha, což je 10 773kWh elektřiny/ha (s výkupní cenou 4,12 Kč/kWh to je celkem 44 385 Kč/ha) a 12 758 kWh tepla/ha. Uvedené hodnoty jsou teoretické, v praxi se můžou výsledné hodnoty lišit v závislosti na efektivnosti jednotlivých procesních kroků od zasetí energetické plodiny pro distribuci vyrobené energie.

Použité zkratky