Biogáz

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A biogáz szerves anyagok mikróbák által anaerob körülmények között történő lebontása során képződő gázelegy. Körülbelül 45-70% metánt (CH4), 30-55% szén-dioxidot (CO2), nitrogént (N2), hidrogént (H2), kénhidrogént (H2S), ammóniát és egyéb maradványgázokat tartalmaz (pl.: sziloxán, metil-merkaptánt (CH3SH)).

A biogázképződés mikrobiológiája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Biogázfejlesztő Németújvárott

A biogázképződést négy fázisra lehet bontani. Ezek a következők:

  1. Hidrolízis: a hidrolízis folyamán a szerves anyagokat (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) bakteriális enzimek alapegységekre bontják (aminosavakra, zsírsavakra, glükózra).
  2. Savképződés: savképződéskor a feloldott anyagok szerves savakká (ecetsavvá, propionsavvá, vajsavvá), kis szénatomszámú alkoholokká, aldehidekké, hidrogénné, szén-dioxiddá és egyéb gázokká (például ammóniává, kénhidrogénné) alakulnak. Ez a folyamat addig tart, amíg a baktériumok saját lebontó tevékenységeik következtében el nem pusztulnak, fel nem oldódnak (az alacsony pH miatt a baktériumok életkörülményei már nem megfelelőek).
  3. Acetogén fázis: ebben a fázisban az acetogén baktériumok az előző fázis anyagait alakítják ecetsavvá.
  4. Metánképződés: ebben a fázisban az ecetsavat metánképző baktériumok metánná, szén-dioxiddá és vízzé alakítják. A hidrogén (H2) és a szén-dioxid (CO2) metánná és vízzé alakul át: \mathrm{CO_2 + 4 H_2 \rightarrow CH_4 + 2 H_2O}

Összességében elmondható azonban, hogy a mikrobiológiai folyamatokat két fő fázisra bonthatjuk: az egyikben a fermentáció történik (első két fázis), a másodikban pedig a metánképződés. A második fázisban ugyanis az acetogén baktériumok csak a metanogén baktériumokkal együtt (szimbiózisban) képesek működni.

Az optimális fermentáció követelménye a megfelelő szén-nitrogén arány (a szén aránya a nitrogénhez viszonyítva) a fermentálandó anyagban. Ideális esetben ez az arány 13:30. A lebontási maradékban található nitrogén vegyületek a növények számára könnyen felvehető formában vannak jelen.

A biogáz felhasználásának lehetőségei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Magas energiatartalma miatt (kb. 50 - 60% metán) energiatermelésre lehet hasznosítani. A biogáz energiatartalmát a metántartalomból lehet következtetni: 1 m3 metán 9,94 kWh energiát tartalmaz. 60%-os metántartalom esetén 1 m3 biogáz 0,6 l tüzelőolaj energiájával egyenértékű. Lehetséges felhasználási módok:

  1. melegvíz előállítása biogáz üzemű kazánban;
  2. kapcsolt villamos- és hőenergia termelés (kogeneráció), hűtőközeg előállítása esetén trigeneráció;
  3. földgáz minőségű biometán előállítása.

Melegvíz előállítása biogáz kazánban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A biogáz legegyszerűbb és legolcsóbb hasznosítási módja biogáz égetésére alkalmas kazánban melegvíz előállítás. A fejlődő országokban ez az egyik legelterjedtebb hasznosítási mód. A biogáz üzemű kazánokat el lehet látni olyan égőfejekkel is, melyek alkalmasak egyéb folyékony vagy légnemű energiahordozók elégetésére (fűtőolaj, földgáz, PB gáz). Ehhez az egyszerű hasznosítási módhoz nagyban hasonlít a fejlődő országok energiaellátását célzó programok eredményeképpen létrejött egyszerű felépítésű biogáz üzemű tűzhelyek és lámpák használata. A vezetékes villamos rendszerektől elzárt területeken a biogáz üzemű lámpa lehetőséget biztosít olcsó fényforrás használatra.

Kapcsolt villamos- és hőenergia termelés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A biogáz üzemű generátorblokk, melynek felépítése azonos a földgáz üzemű kogenerációs berendezésekkel, a gázmotor nagyságától függően a biogáz energiatartalmának 25-42%-át képes villamos energiává alakítani, míg termikus hatásfoka 40%-körül alakul. A kis teljesítményű motorok elektromos hatásfoka alacsonyabb. A kogenerációs berendezések össz hatásfoka (elektromos és termikus) 75% fölött van. A biogáz használata áramtermelésre azért is előnyös lehet, mert földgázt válthat ki, csökkentve ezzel a külső szállítóktól való függést.

Lényegesen magasabb összhatásfok érhető el biometánüzemű törpeaggregát és boyler összeépítésével (a víz melegítése és a motorblokk hűtése azonos folyamatok), amely használati melegvíz mellett elektromos áramot is termel (az esetleg felesleges áram tárolása rövid távon akkumulátorral, hosszú távon vízbontással, H2 és O2 gázok tárolásával a legelőnyösebb). Bár az elektromos hatásfok alacsony, a termikus hatásfok magas; az egyedüli veszteségforrás a kipufogógázzal távozó hő, az összhatásfok 90 % feletti. Ez a megoldás semmiféle hálózatot nem igényel (sem villamos-hálózatot, sem távhő-hálózatot), ezért osztott/családi termelés céljára (az élelmiszer-önellátáson kívül energia-önellátásra is) előnyös.

Biometán előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Számos technológia létezik, melynek segítségével a biogázban található szén-dioxidot és egyéb olyan gázokat le lehet választani, melyek eltávolítása után a földgáz minőségével egyező ún. biometánt kapunk. A biometán, amennyiben megfelel az MSZ 1638-ban közölt földgáz minőségi paramétereknek, a földgáz hálózatba betáplálható. Magyarországon még nem valósítottak meg biogáz tisztító berendezést és földgáz hálózati betáplálást.

A biogáz Europában[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

2006-ban az Európai Unióban 62.200 GWh energiát állítottak elő biogázból. Ebbe az energiamennyiségbe beletartozik a depóniagáz, szennyvíztelepi biogáz és az egyéb szerves anyagokból előállított biogáz is (többnyire mezőgazdasági biogáz üzemek). Németország és Nagy-Britannia közel 36% és majd 32%-os részaránnyal a legnagyobb biogáz termelő országok közé tartoznak. A többi tagországban lényegesen kevesebb biogázt termelnek és hasznosítanak. Nagy-Britanniában a depóniagáz a meghatározó (90%), míg Németországban az egyéb biogáz termelés (főleg mezőgazdasági alapanyagokat hasznosító üzemek) közel 50%-os aránnyal a meghatározó. Nagy-Britannia 1000 lakosra jutó átlagos energiatermelése biogáz alapon 28,1 Toe, míg Magyarországé 1 Toe.

Biogáz alapú energiatermelés 2006 (GWh)[1]
Állam Összesen Depóniagáz Szennyvíz Egyéb
Németország 22 370 6 670 4 300 11 400
UK 19 720 17 620 2 100 0
Olaszország 4 110 3 610 10 490
Spanyolország 3 890 2 930 660 300
Franciaország 2 640 1 720 870 50
Hollandia 1 380 450 590 340
Ausztria 1 370 130 40 1 200
Dánia 1 100 170 270 660
Lengyelország 1 090 320 770 10
Belgium 970 590 290 90
Görögország 810 630 180 0
Finnország 740 590 150 0
Csehország 700 300 360 40
Írország 400 290 60 50
Svédország 390 130 250 10
Magyarország 120 0 90 40
Portugália 110 0 0 110
Luxemburg 100 0 0 100
Szlovénia 100 80 10 10
Szlovákia 60 0 50 10
Észtország 10 10 0 0
Málta 0 0 0 0
EU (GWh) 62 200 36 250 11 050 14 900

A lebontási maradék hasznosítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A fermentáció után visszamaradt anyag sokkal jobban alkalmazható talaj szerves anyag utánpótlás biztosítására, mint az istállótrágya, mert:

-az anaerob kezelés során az értékes nitrogén tartalom megőrződik,

-az elfolyó anyag savassága csökken, a pH értéke 7-ről 8-ra emelkedik,

-istállótrágya esetében a C/N arány 30-50%-kal csökken, tehát a keletkező termék alkalmas közvetlen mezőgazdasági alkalmazásra,

-a folyamatban a foszfor és kálium tartalom a növények számára könnyen felvehető állapotba kerül,

-a gyommagvak csírázóképessége mezofil folyamatban csökken, termofil folyamatban gyakorlatilag megszűnik,

-a termék sokkal kevesebb kellemetlen szaganyagot tartalmaz és könnyen vízteleníthető.

A fermentáció eredményeként a hulladék elhelyezéssel járó közegészségügyi problémák csökkennek, mert:

-az anaerob fermentáció során az emberre veszélyes patogén baktériumok jelentős része elpusztul (termofil folyamatban teljes fertőtlenítés következik be),

-a termék térfogata számottevően csökken, tehát könnyebben és biztonságosabban tárolható,

-a környezetet szennyező anyagok koncentrációja csökken az anaerob fermentáció után

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Updated Guidebook on Biogas Development. United Nations, New York, 1984. Energy Resources Development Series No. 27. p. 178, 30 cm. * Bár döntő részben az ázsiai és óceániai családi fejlesztésekkel foglalkozik (melyek kb. 11 ... 12 millióan vannak és rohamosan szaporodnak), a családi alkalmazás körében a mai napig a legfontosabb alapmű, teljes. A Budapesti Műegyetem Központi Könyvtárában a raktári szám: O372859
  • [szerk.: Dr. Bai, Attila]: A biogáz. Száz magyar falu könyvesház Kht., Budapest, 2007. p. 284+cca20, 27 cm. ISBN 978-963-7024-30-6. * Noha az osztott (családi) termelés csak 10 ... 15 oldalnyi (döntően a centralizált termeléssel foglalkozik), mégis fontos alapmű a technológiák, továbbá a magyarországi jogi környezet részletes ismertetésével. Bevezető részében igen értékes globális adatokat közöl.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Biogas barometer 2007 – EurObserv’ER Systèmes solaires – le journal des énergies renouvelables n° 179, s. 51–61, 5/2007