biogaz

PROIECT INSTALAȚII DE RECICLARE A DEȘEURILOR  Managementul mediului si instalatii pentru obtinerea biogazului in fermele suinicole

Profesor coordonator:

Studenti:

Ungureanu Nicoleta

Batrinu Valentin Silviu Bratucu Marian Adrian

1.INTRODUCERE Una dintre principalele probleme de mediu ale societăţi de astăzi este creşterea continua a cantiăţii de deşeuri organice. În multe ţări, managementul durabil al deşeurilor, precum şi  prevenirea acumulări şi reducerea canti ăţi acestora au devenit priorităţi politce majore, aceasta reprezentând o contribuţie importantă la eforturile comune de reducere a poluări, a emisilor de gaze cu efect de seră şi diminuări schimbăr ilor ilor climatice la nivel global.Practicile din trecut ale evacuări necontrolate a deşeurilor  nu  nu mai sunt astăzi aceptabile. Chiar şi depozitarea pe  platforme de gunoi sau incinerarea deşeurilor  organice  organice nu reprezintă cele mai bune practici, deoarece standardele de protejare a mediului au devenit mult mai stricte în prezent, iar nutrienţilor şi a materiei organice un lucru necesar. recuperarea energiei şi reciclarea nutrienţilor şi Producerea biogazului prin digestie anaerobă (AD) este considerată a fi tratamentul optim în cazul gunoiului animal, precum şi în acela al unei largi varietăţi de deşeuri organice pretabile acestui scop, deoarece astfel respectivele substraturi sunt transformate în energie recuperabilă şi în îngrăşământ organic pentru agricultură. În acelaşi timp, eliminarea fracţiei organice din cantiatea totală de deşeuri creşte atât eficienţa conversiei energetice prin incinerarea deşeurilor  ămase, cât şi stabiltatea haldelor. r ămase, Digestia anaerobă reprezintă un proces microbiologic de descompunere a materiei organice, în lipsa oxigenului, întâlnit în multe medi naturale şi aplicat astăzi la scară mare pentru producerea de biogaz în reactoare-cisternă, etanşe împotriva pătrunderi aerului, în mod obişnuit denumite digestoare. O largă varietate de microrganisme sunt implicate în procesul anaerob, în urma căruia rezultă două produse finale: biogazul şi digestatul. Biogazul este un gaz combustibil, care constă din metan, dioxid de carbon, şi canti ăţi mici de alte gaze şi microelemente. Digestatul reprezintă substratul descompus anaerob, bogat în macro- şi micronutrienţi şi care poate fi utilzat, prin urmare, drept îngrăşământ pentru plante. Producerea şi colectarea biogazului rezultat în urma unui proces biologic a fost pentru prima dată documentat în Marea Britanie în anul 1895 (METCALF & EDDY, 1979). De atunci, acest  proces a fost continu dezvoltat şi aplicat pe scară largă, în scopul tratări apelor reziduale şi a stabilzări nămolurilor. Criza energetică de la începutul anilor ’70 a adus o nouă provocare cu  privire la utilzarea combustibilor regenerabil, inclusiv a biogazului rezultat din procesele digestiei anaerobe. Interesul pentru biogaz a crescut până astăzi, datorită eforturilor globale de înlocuire a combustibilor fosil utilizaţi pentru producerea energiei cu unii regenerabili, precum şi a necesităţi găsiri  unor soluţi sustenabile pentru tratamentul şi reciclarea gunoiului de origine animală şi a deşeurilor  organice.  organice. În prezent, cea mai importantă aplicaţie a proceselor digestiei anaerobe o reprezintă producerea de biogaz în instalaţi speciale, prin procesarea substraturilor provenite din agricultură, precum gunoiul animal, rezidurile vegetale, culturile energetice sau deşeurile organice rezultate din activităţile agro-industriale şi din industria alimentară. Conform Agenţiei Internaţionale pentru

Energie (IEA), un număr  de câteva mi de fabrici agricole care utilzează procesul de digestie anaerobă sunt funcţionale în Europa şi în America de Nord. Multe dintre acestea sunt reprezentate de instalaţi avansate din punct de vedere tehnologic, construite la scară mare, numărul lor cunoscând o creştere considerabilă în ultimi ani. Numai în Germania, mai mult de 3.70 de fabrici pentru biogaz f uncţionau în anul 207. În Asia, câteva miloane de digestoare mici, simple, pentru biogaz, sunt funcţionale în ţări precum China, India, Nepal şi Vietnam, acestea  producând combustibil pentru gătit şi luminat. Biogazul produs prin procesul de digestie anaerobă este ieftin şi constiuie o sursă de energie regenerabilă, acesta producând, în urma combustiei, CO2 neutru şi oferind posibiltatea tratării şi a reciclării unei întregi varietăţi de reziduuri şi produse agricole secundare, a diverselor  bioreziduri, a apelor reziduale organice provenite din industrie, a apelor menajere şi nămolurilor  de canalizare, pe o cale sustenabilă şi “prietenoasă” cu mediul înconjurător. În acelaşi timp,  biogazul aduce un mare număr  de beneficii de natură socio-economică, atât pentru fermieri implicaţi în mod direct în producerea acestuia, cât şi la nivelul întregi societăţi. Din toate aceste motive, biogazul rezultat prin procesele digestiei anaerobe constiuie una dintre principalele  priorităţi ale strategiei europene privitoare la biocombustibil şi energie regenerabilă.

Definiţia Biogazului Biogazul este amestecul gazos format din metan (CH4- max.80%) si dioxid de carbon (CO2min.20%), alături de care se întȃlnesc cantiăţi mici de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptani, vapori de apă, urme de amoniac si azot. Producerea biogazului prin digestie anaerobă (AD) este considerată a fi tratamentul optim în cazul gunoiului animal, precum şi în acela al unei largi varietăţi de deşeuri organice pretabile acestui scop, deoarece astfel respectivele substraturi sunt transformate în energie recuperabilă şi în îngrăşământ organic pentru agricultură. În acelaşi timp, eliminarea fracţiei organice din cantiatea totală de deşeuri creşte atât eficienţa conversiei energetice prin incinerarea deşeurilor  rămase, cât şi stabiltatea haldelor. AD reprezintă un proces microbiologic de descompunere a materiei organice, în lipsa oxigenului, întâlnit în multe medi naturale şi aplicat astăzi la scară mare pentru producerea de biogaz în reactoare-cisternă, etanşe împotriva pătrunderi aerului, în mod obişnuit denumite digestoare. O largă varietate de microrganisme sunt implicate în procesul anaerob, în urma căruia rezultă două  produse finale: biogazul şi digestatul. Biogazul este un gaz combustibil, care constă din metan, dioxid de carbon, şi cantităţi mici de alte gaze şi microelemente. Digestatul reprezintă substratul descompus anaerob, bogat în macro- şi micro- nutrienţi, care  poate fi util zat, prin urmare, drept îngrăşământ pentru plante.

La proces participa urmatoarele grupuri de bacterii:   bacterii hidrolitce, care descompun macromoleculele biodegradabile in substante mai simple;   bacterii acidogene, care utilzeaza ca substrat compusi organici simpli eliberati de  bacterile hidrolitce si produc acizi organici cu lant scurt, care la randul or reprezinta substratul pentru grupurile urmatoare de bacterii;   bacterii acetogene, producatoare obligate de hidrogen (OPHA: ObligateHydrogen Producing Acetogens), care utilzeaza ca substrat produsele din bacteri acidogene dand nastere la acetat, hidrogen si anhidride carbonice;   bacterii omoacetogene care sintetizeaza acetat plecand de la anhidride carbonice si hidrogen;   bacterii metanigene, diferentiate in doua grupe: a) cele care produc metan si anhidride carbonice din acid acetic, numite acetoclastici;  b) cele in timp ce metanul este eliberat aproape complet in faza de gaz vazuta find scazuta sa solubiltate in apa, anhidrida carbonica participa la echilbrul carbonatilor prezente in biomasa in reactie. Reactia chimica este umatoarea: C6 H12O6 + n(H2O)  3 CH4 + 3 CO2 + m (H2O)

Factorii ce influenteaza proucerea biogazului Pe baza experienţei îndelungate acumulate de către cei care, în decursul timpului, au cercetat şi urmărit producerea biogazului, următorii factori sunt determinanţi în producţia de biogaz: Materia primă  Temperatura  Presiunea   Agitarea   pH –  ul Materia primă

Materia primă trebuie să asigure mediul prielnic dezvoltări şi activităţi microrganismelor ce concură la digestia substratului şi, în final, la producerea biogazului. Acest mediu trebuie să satisfacă următoarele condiţi: - Să conţină materie organică biodegradabilă - Să aibă o umiditate ridicată, peste 90% - Să aibă o reacţie neutră sau aproape neutră (pH = 6,8 –  7,3) - Să conţină carbon şi azot într -o anumită proporţie (C/N = 15 –  25) - Să nu conţină substanţe inhibitoare pentru microrganisme: unele metale grele, detergenţi, antibiotice, concentraţi mari de sulfaţi, formol, dezinfectanţi, fenoli şi polifenoli etc. Pentru obţinerea biogazului se pot utilza materi prime organice de provenienţă foarte diferită: deşeuri vegetale, deşeuri menajere, fecale umane, dejecţi animaliere, gunoiul de grajd, ape reziduale

din industria alimentară şi din zotehnie, etc. Producţia specifică, medie, de biogaz, ce se poate obţine din diverse materi prime, raportată la substanţa uscată a lor, este cea din tabelul următor: DENUMIREA

Paie de grâu, întregi Idem, tocate la 3 cm Idem, tocate la 0,2 cm Lucernă Ierburi diferite Frunze de sfeclă furajeră Frunze de sfeclă de zahăr  Lujeri de roşii, tocaţi Tuleie de porumb, tăiate la 2 cm Frunze de copac Paie de orz Paie de orez Tulpini de in sau de cânepă Dejecţii de bovine  Dejecţii de porc Dejecţii de cal Dejecţii de oaie Dejecţii de păsări Fecale umane  Nămol din staţii de epurare Drojdie de la distilerii de spirt

BIOGAZ

OBTENABIL 3 3 4 4 5 4 5 6 2 2 3 3 3

260 –  280 4

200 – 300 3 5 2 3

300 – 600

CONŢINUT MEDIU

DE METAN, N 7 8 8 7 8 8 8 7 8

5 7 7 5

50  – 

6 6 6 6 5

50  – 

5

Temperatura

Producţia de biogaz este influenţată puternic de temperatură. Din punct de vedere al temperaturii la care îşi desfăşoară activitatea, microorganismele ce concură la producerea biogazului, îndeosebi cele metanogene, se împart în trei mari categorii: Criofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse între 12 – 240C , zonă caracteristică fer mentării în regim criofil. Mezofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 35-400 C, zona caracteristica fermentarii in regim mezofil. Termofile, caracterizate printr-o activitate care poate avea loc la temperaturi cuprinse intre 50-600C, zona caracteristica fermentarii in regim termofil. Ca întotdeauna în biologie, aceste limite nu reprezintă nişte praguri de netrecut iar fer mentaţia metanogenă, în cazuri mai rare, se întâlneşte şi puţin în  afara acestor limite. În diagrama de mai jos se pot vedea cele trei zone termice caracteristice regimurilor criofil, mezofil şi termofil precum şi modul în care temperatura influenţează producţia de biogaz.

Presiunea

Presiunea are o mare importanţă în  procesul de metanogeneză.  S-a dovedit că, atunci când presiunea hidrostatică în care lucrează bacteriile metanogene creşte peste 4-5 metri coloană de apă,  degajarea de metan, practic, încetează.  Ea reîncepe atunci când presiunea hidrostatică scade la valori mai mici. Această constatare este foarte i mportantă la proiectarea fermentatorului. La fermentatoare cu ax vertical, care pot atinge înălţimi  de zeci de metri, degajarea de metan se produce numai în partea superioară, până  la o adâncime de maximum cinci metri iar restul spaţiului ocupat de substrat, nu produce biogaz. Acest „rest” de spaţiu poate fi foarte mare uneori, în funcţie de dimensiunile fermentatorului, putând ajunge la 85-90% din volumul total. Prin recirculare permanentă, obligatorie la acest tip de fermentatoare, po rţiunile de substrat aflate sub limita de degajare a metanului, sunt aduse în zone superioare unde degajarea reîncepe. Pentru înlăturarea acestui inconvenient major, au fost realizate fermentatoare în flux orizontal, la care înălţimea substratului nu depăşeşte 3,5 metri degajarea de metan producându-se în întreaga masă a materialului supus fermentării.

Agitarea

În interiorul fermentatoarelor au loc nu numai procese biochimice despre care s- a scris mai înainte ci şi  unele procese fizice. Astfel se constată că,  în cursul fer mentaţiei are  loc o segregare a materialului supus fermentării.  Microbulele de gaze care se degajă în  masa substratului antrenează,  prin fenomenul de flotaţie,  particulele mai uşoare de suspensii,  spre suprafaţa lichidului. Se formează repede o crustă cu tendinţă de întărire şi deshidratare chiar dacă materiile organice din ea nu au apucat să fie degradate prin fer mentaţie. O altă  parte a suspensiilor, mai grele prin natura lor, sau fracţiuni care au fermentat şi sunt parţial  sau total mineralizate, au tendinţa să se lase spre partea de jos a fermentatorului. Între aceste două straturi se găseşte un strat de lichid în care fer mentarea şi epuizarea materiei organice continuă din ce în ce mai lent. Aciditatea

În primele etape de fermentare a materiilor organice în vederea producerii  biogazului, predomină microorganismele din grupa celor acidogene, pentru care aciditatea mediului, exprimată în pH, este cuprinsă în intervalul 5,5 –  7,0. În etapele finale de fermentare,  bacteriile metanogene care consumă acizii cu molecule mici rezultaţi din etapele anterioare, lucrează bine la o aciditate care corespunde unui interval de pH de 6,8 –  8,0. Se poate întâmpla ca, din diferite motive, activitatea bacteriilor acidogene să fie mai intensă decât a celor metanogene, fapt care duce la o acumulare a acizilor organici ce determină o scădere a pH-ului inhibând şi mai tare activitatea bacteriilor metanogene. În astfel de situaţii se constată că  producţia de biogaz scade până la dispariţie şi este nevoie de intervenţia operatorilor pentru a redresa situaţia. Corecţia acidităţii excesive se face, de obicei, cu lapte de var, prin care pH-ul se readuce în limitele de echilibru dintre cele două grupe de populaţii, acidogene şi metanogene, adică între limitele 6,8 – 7,6. S-a arătat deja că aceste inconveniente apar în cazul fermentatoarelor cu amestecare totală a materialului conţinut, în care aciditatea trebuie menţinută într-un echilibru de compromis între preferinţele celor două populaţii de microorganisme. Evitarea problemelor legate de aciditatea substratului se poate face fie prin sistemul de fermentare în două faze, cu recipienţi separaţi, fie, mai bine, adoptând sistemul de fermentare în flux orizontal.

UTILIZAREA BIOGAZULUI Biogazul numără o serie de utilizări în domeniul energetic, în funcţie de natura sursei şi de cererea locală de energie. În general, biogazul poate fi folosit pentru producerea de căldură prin  ardere directă,  pentru producerea de energie electrică  prin intermediul pilelor electrice sau a microturbinelor, pentru co-generarea energiei electr ice şi termice în unităţi CHP sau drept combustibil pentru autovehicule.

Combustia directă şi utilizarea căldurii

Cea mai simplă cale de utilizare a biogazului este arderea sa directă în boilere sau cuptoare, metodă folosită pe scară largă în ţările dezvoltate, în cazul biogazului provenit din digestoare mici, familiale. În ţările dezvoltate, de asemenea, este folosită şi  combustia directă în cuptoare pentru gaz natural. În scopul generării căldurii, biogazul poate fi supus combustiei fie la locul producerii sale, fie transportat prin conducte către  utilizatori. Pentru încălzire,  biogazul nu trebuie îm bunătăţit, iar nivelul de contaminare nu limi tează utilizarea acestuia atât de mult, precum în cazul altor aplicaţii. Totuşi, biogazul necesită, ulterior producerii, un pre-tratament constând în condensare şi deshidratare, înlăturarea  particulelor, comprimare şi răcire. Generarea combinat ă a energiei (CHP)

Generarea combinată a  energiei (numită şi co-generare) din biogaz este considerată o utilizare foarte eficientă a acestuia. Înainte de conversia în CHP, biogazul este degazat şi uscat. Majoritatea motoarelor cu gaz prezintă limite maxime admise pentru hidrogenul sulfurat, hidrocarburile halogenate şi siloxanii conţinuţi în  biogaz. Motorul generatorului CHP are un randament de până  la 90% şi  produce aproximativ

35% electricitate şi 65% căldură. Cea mai frecvent întâlnită  aplicaţie a unităţilor   energetice în co-generare CHP este reprezentată de către uzinele de tip cuplat termo-electrice (BTTP), constând din motoare termice (de combustie) cuplate la un generator electric. Generatoarele prezint ă, de obicei, o turaţie constantă (1.500 rpm), pentru a fi compatibile cu frecvenţa reţelei. Motoarele termice pot fi de tip Otto cu gaz, Diesel cu gaz sau motoare cu injecţie  Pilot cu gaz. Atât motoarele Diesel cât şi cele Otto cu gaz funcţionează fără motorină pentru aprindere, conform  principiului Otto. Diferenţa dintre cele două motoare constă numai în raportul de compresie. Prin urmare, ambele motoare vor fi numite, în restul textului, motoare Otto cu gaz. Alternative la BTTP-urile menţionate mai sus sunt microturbinele cu gaz, motoarele Stirling şi  pilele electrice. Totuşi, aceste tehnologii se află încă în faza de dezvoltare, sau chiar numai la stadiul de prototip. Toate aplicaţiile CHP sunt descrise mai detaliat în capitolele următoare.

Cuptor cu biogaz pentru producerea căldurii (AGRINZ GmbH, 2008)

Electricitatea produsă din biogaz poate fi utilizată drept energie de procesare pentru echipamentele alimentate cu energie electrică, precum pompele, sistemele de control şi mixerele. În multe dintre ţările care oferă tarife mari pentru energia electrică regenerabilă introdusă în reţea, toată energia electrică produsă este comercializată, iar cea necesară  procesului tehnologic este cum părată şi preluată din aceeaşi reţea de distribuţie. O chestiune importantă privitoare la randamentul energetic şi economic al unei fabrici de  biogaz este utilizarea căldurii produse. De obicei, o parte din căldură este  utilizată pentru încălzirea digestoarelor (căldură de procesare), a proximativ 2/3 din totalul energiei produse fiind disponibilă  pentru necesităţi  externe. În trecut, multe dintre fabricile de  biogaz au funcţionat exclusiv cu scopul producerii energiei electrice, fără  utilizarea şi a căldurii generate în  cursul

acestui proces. Astăzi, folosirea căldurii este considerată a fi de foarte mare im portanţă  pentru economia fabricii. În condiţiile unor preţuri crescute ale mărfurilor (de exemplu, cel al  porumbului), doar comercializarea energiei electrice nu este suficientă pentru sustenabilitatea economică a fabricii de biogaz. Din acest motiv, proiectarea viitoarelor fabrici trebuie să ia în considerare, întotdeauna, şi utilizarea căldurii rezultate în urma operării acestora.

Căldura provenită din biogaz poate fi folosită pentru procesele industriale, în activităţile agricole sau pentru încălzirea spaţiilor. Cel mai potrivit utilizator de căldură este industria, deoarece cererea este constantă pe tot timpul anului. Calitatea căldurii (temperatura) reprezintă un factor important pentru aplicaţiile industriale. Utilizarea  căldurii din biogaz pentru încălzirea locuinţelor şi a construcţiilor, în general, (mini-reţea ori reţea de cartier), reprezintă o altă opţiune, deşi această aplicaţie este împărţită într-un sezon slab, pe timpul verii, şi  unul intens,  pe cel al iernii. Căldura produsă din  biogaz poate fi folosită, de asemenea, şi în scopul uscării recoltelor, a aşchiilor de lemn sau pentru separarea digestatului. În cele din urmă, căldura poate fi utilizată în sisteme “de cuplare a energiei termice cu r ăcirea”.  Acest proces este cunoscut, de exemplu, în cazul frigiderelor şi  este folosit fie pentru  păstrar ea alimentelor, fie pentru condiţionarea  aerului. Energia de intrare este reprezentată de căldură, răcirea realizându-se printr-un proces de sorbţie, spre deosebire de procesul de răcire prin adsorbţie şi de cel prin absorbţie. Avantajele răcirii prin sorbţie sunt:  uzura scăzută a  echipamentelor, datorită unui număr   redus de componente mecanice, şi consumul mic de energie comparativ cu cazul răcirii  prin compresie. Utilizarea  principiului cuplării energiei termice cu răcirea în fabricile de biogaz este testată, în prezent, în cadrul câtorva proiecte pilot. Microturbine cu biogaz

Structura unei microturbine

În turbinele cu biogaz, aerul este comprimat într-o cameră de combustie, la  presiune ridicată, şi amestecat cu biogazul. Amestecul aer -biogaz este supus combustiei şi, datorită creşterii temperaturii, amestecul gazos se destinde. Gazele fierbinţi sunt eliberate printr o turbină, conectată la un generator electric. Structura schematică a microturbinei este prezentată în Figura 5.4.. Puterea electrică tipică a unei microturbine se află în jurul valorii de 200 KWel. În prezent, microturbinele cu biogaz sunt prea scumpe pentru a fi competitive din punct de vedere economic, dar sunt implementate sub forma unor experimente cu biogaz, în viitor aşteptându-se o reducere a costurilor. Biogazul, combustibil pentru autovehicule

Utilizarea biometanului în sectorul transporturilor reprezintă o tehnologie cu un mare  potenţial şi care determină importante beneficii la nivel socio-economic. Biogazul este deja folosit drept combustibil pentru autovehicule în ţări precum Suedia, Germania şi Elveţia.  Numărul autovehiculelor pentru pasageri, al celor destinate transportului public şi al camioanelor care funcţionează pe gaz lichefiat se află într -o creştere accelerată. Biometanul poate fi folosit drept combustibil pe aceleaşi autovehicule care folosesc şi gazul natural. Un număr din ce în ce mai mare de oraşe europene îşi înlocuiesc parcul de autobuze diesel cu unul format din autobuze care funcţionează pe bază de biometan. Cele mai multe dintre automobilele care funcţionează pe gaz sunt automobile obişnuite, pe combustibil fosil, adaptate pentru a folosi gazul prin adăugarea unui rezervor   pentru gaz lichefiat, amplasat în portbagaj, şi a unui sistem de alimentare cu gaz a motorului, simultan cu păstrarea capacităţii de funcţionare pe combustibil clasic. Autovehiculele proiectate în mod special pentru a folosi gazul sunt optimizate în scopul obţinerii unei eficienţe crescute în funcţionare, precum şi a unei amplasări mai convenabile a rezervoarelor de gaz, astfel încât să nu se piardă din spaţiul destinat  bagajelor. Gazul este stocat la 200-250 bari, în recipiente presurizate construite din oţel  sau din materiale compozite, având ca bază aluminiul. În prezent, mai mult de 50 de fabricanţi din lumea întreagă pun la dispoziţie un număr  de aproximativ 250 de modele de autovehicule de pasageri, ori destinate transportului de mărfuri u şoare sau grele, care funcţionează pe bază de gaz. Autovehiculele destinate transportului mărfurilor   grele pot fi adaptate pentru a funcţiona numai pe gaz metan, însă în unele cazuri sunt folosite şi motoare duale, capabile să funcţioneze simultan pe gaz şi pe combustibili lichizi clasici. Un astfel de  motor utilizează  un sistem de injecţie  diesel, gazul fiind aprins prin injec ţia  unei mici cantităţi de combustibil diesel. Motoarele duale necesită o  proiectare mai puţin specială şi sunt capabile de performanţe egale cu cele ale motoarelor diesel clasice. Cu toate acestea, valorile emisiilor nu sunt la fel de satisfăcătoare precum cele din cazul autovehiculelor similare dedicate pe gaz, iar tehnologia de construcţie a m otoarelor duale rămâne un compromis între aceea a motoarelor cu aprindere prin scânteie şi cea a motoarelor diesel. Autovehiculele care funcţionează pe bază de biometan prezintă avantaje substanţiale comparativ cu cele care folosesc motoare pe benzină sau diesel. Emisiile totale de dioxid de carbon sunt drastic reduse, în funcţie de natura materiilor prime utilizate şi  de originea

energiei electrice (fosil ă  sau regenerabilă) folosită  în procesul de îm bunătăţire a  biogazului,  precum şi  în comprimarea acestuia. Emisiile de particule şi  de funingine sunt, de asemenea, reduse în mod drastic, chiar şi în comparaţie cu motoarele diesel de ultimă generaţie, echipate cu filtre de particule. Emisiile de NOx şi de hidrocarburi non-metan (NMHC) sunt şi acestea reduse în mod semnificativ.

Comparaţie între diverşi biocombustibili, sub forma distanţei parcurse de către un automobil care funcţionează pe bază de biocombustibili produşi din culturi agricole, pe hectarul de teren arabil. Sursa: (FNR, 2008)

INSTALATII DE BIOGAZ FOLOSITE IN ROMANIA A) Instalatii de mica capacitate

1. Instalatia avand o capacitate de 14 m3 a fost conceputa de un colectiv de la facultatea de Hidrotehnica a Institutului Politehnic Iasi condus de dr.ing. Mihai Dima si a fost realizata in gospodarii rurale din judetele Iasi, Botosani si Suceava. Este compusa dintr-o camera de alimentare, un bazin de fermentare, gazometrul si camera de evacuare. De la baza peretelui exterior al camerei de alimentare pana la baza camerei de evacuare se realizeaza o diferenta de nivel de 1,1 m care permite deplasarea gravitationala a materialului supus fermentarii (podeaua camerei de alimentare si a fermentatorului se constituie intr-un plan

inclinat). Camerele de alimentare si evacuare au forma unor camine de vizitare, cu capace de lemn si accesul pe trepte metalice.

Instalatie de biogaz de mica capacitate 1 –  podea de lemn; 2 –  agitator; 3 –  perete exterior; 4 –  conducta de evacuare gaz; 5 –  lest de balast pe podea de lemn; 6 –  clopot de tabla (gazometru); 7 –  burlan de evacuare; 8 –   bucsa de bronz; 9 –  canal de evacuare; 10 –  perete interior al camerei de alimentare; 11  –  perete interior al camerei de evacuare.

Instalatia functioneaza la temperatura mediului ambiant, izolarea facandu-se cu un strat de paie si gunoi de grajd. Productia de biogaz stagneaza daca temperatura in fermentator scade sub 8  10C.

Pentru accelerarea procesului de fermentare se prevede un agitator cu palete care actioneaza pe fundul fermentatorului. Actionarea agitatorului este manuala prin intermediul unei manivele. Captarea gazului combustibil se face prin doua guri, una situata sub clopot iar cealalta in spatiul de refugiu al fermentatorului unde se inmagazineaza gaze rezultate din biomasa aflata in deplasare spre caminul de evacuare. In conditii normale de functionare, instalatia poate furniza cca 3 m3 gaz combustibil pe zi. 2. Un alt tip de instalatie de capacitate mica (3 ÷ 5 m3) a fost proiectata de C. Baron si functioneaza in comune din judetul Teleorman. Schema acestei instalatii este prezentata in figura.

Instalatie de biogaz de capaciate mica (proiectata de C. Baron in 1979)

Fermentatorul este semiangropat, are forma cilindrica si este alimentat discontinuu. Materia prima este constituita din amestec de balegar de bovine, dejectii de porc si de pasari, resturi menajere, frunze etc. La prima umplere a cuvei se adauga 1 ÷ 2 galeti de must de balegar, amestecat cu 3 ÷ 4 galeti de apa pentru inocularea materialului organic cu bacterii metanogene active. Pentru sarjele urmatoare se pastrează ca inocul 10 ÷ 20% din materialul fermentat anterior. Fermentatorul se umple cu materii organice circa 85% din capacitate prin scoaterea clopotului glisant. Clopotul poate culisa pe verticala, etansarea sa realizandu-se cu ajutorul unei garzi acvatice (garnitura cu apa). Producerea biogazului incepe dupa circa 3 zile, in acest timp volumul materiei organice crescand cu 10 ÷ 15%. B) Instalatie de capacitate mijlocie

Instalatia a fost proiectata de un colectiv din cadrul Institutului de Chimie Alimentara Bucuresti. Schema instalatiei este prezentata in figura . Capacitatea fermentatorului este de 25 ÷ 50 m3, instalatia avand doua componente  principale: cuva de fermentare, cilindrica cu ax vertical, izolata termic si un clopot multifunctional, care poate culisa pe verticala in cuva de fermentare. Cuva de fermentare este semiangropata, astfel ca cel putin 1,5 m din inaltimea ei este deasupra solului. In interiorul cuvei exista patru opritoare metalice, care limiteaza pozitia inferioara a clopotului. Instalatia functioneaza in regim mezofil, fiind prevazuta posibilitatea montarii unui schimbator de caldura interior. Diluarea materialului se face cu apa calduta. Alimentarea cu materiale organice se face  printr-un tub care patrunde prin axul clopotului, iar evacuarea materialului fermentat se realizeaza prin preaplin, cu tub de evacuare. C) Instalatie de capacitate mare

Statiile de biogaz de mare capacitate au fost proiectate de colectivul Institutului de Studii si Proiectari de Constructii pentru Agricultura si Industria Alimentara (ISPCAIA) pe baza tehnologiei stabilite de un colectiv de cercetare din cadrul Institutului de Chimie Alimentara (I.C.A.).

3

Instalatie de biogaz de capacitate mijlocie (25  –  50 m )

MODELE DE INSTALAŢII DE PRODUCERE A BIOGAZULUI Există o varietate foarte mare de instalaţii de producere a biogazului. Tipurile de instalaţii diferă în funcţie de procedeele de fermentare, de ţară sau continent, de mărime, de natura materiei prime, de factori climatici etc. Aici vor fi prezentate principiile unor instalaţii tipice ca  procedeu, apoi vor fi grupate, din punctul de vedere al capacităţii, în instalaţii mici, mijlocii şi mari. În fiecare din categorii se vor arăta şi realizările  din România. O parte din instalaţiile  prezentate în acest capitol pot fi considerate ca având un caracter istoric, dar au fost reţinute  pentru că şi ele pot cuprinde motive de inspiraţie tehnică pentru cei care vor să conceapă şi să  proiecteze o instalaţie de biogaz întrucât conţin soluţii ingenioase pentru diferite componente ale instalaţiei de biogaz. Obţinerea biogazului prin metanizarea dejecţiilor în fermele suinicole

Instalaţie de biogaz dupa sistemul Darmstadt

Instalaţie de biogaz sistem UASB –  Vageningen (Anaerob de contact, Olanda 1979)

Instalaţie de biogaz sistem Schimdt –  Eggersgluss

Instalaţie de biogaz brevet J.J. Patel, India 1950

Instalaţie de biogaz tip KVIC

Generator de biogaz din Polonia

\

CONCLUZII

Bio-energia este văzută ca o soluţie cheie pentru încurajarea dezvoltării durabile a zonelor rurale, care poate susţine producţia de bunuri ne-alimentare şi cultivarea cu plante energetice şi împădurirea terenurilor abandonate.

Din analiza rezultatelor se observă că România prezintă un potenţial foarte ridicat în ceea ce priveşte generarea materialelor utilizabile ca materie primă pentru producţia de  biogaz: 1)  prezintă un potenţial foarte mare în ceea ce priveşte producţia de biogaz prin utilizarea deşeurilor provenite de la producţia primară; 2)  potenţialul pentru producţia de biogaz din deşeuri animaliere este ceva mai scăzut; 3) potenţialul pentru producţia de biogaz din deşeuri urbane solide este de asemenea foarte ridicat; 4) foarte ridicat este şi potenţialul pentru biogaz obţinut din nămolurile de canalizare; 5) ceva mai scăzut este potenţialul pentru biogaz din deşeuri de la procesarea alimentelor. În scopul atingerii cerinţelor pentru dezvoltarea durabilă, se pot considera două categorii de biomasă ca fiind cele mai potrivite pentru a fi utilizate în special pentru producţia de biogaz: A. deşeuri organice din agricultură – rezultate atât din producţia primară cât şi din cea secundară; B. alte reziduuri organice  – deşeuri urbane, reziduuri de la industria alimentară şi nămoluri de canalizare. În ceea ce  priveşte deşeurile provenite din agricultură, potenţialul României este ridicat şi în legătură cu diversitatea de tipuri de fermă, de la cele cu culturi permanente, la cele de plante de câmp şi diverse tipuri de ferme animaliere şi mixte, aceste ultime două tipuri având o pondere numerică semnificativă. Ponderea bună în schimb e contrabalansată de gradul de fragmentare ridicat. Însă, tendinţa de scădere a fragmentării fermelor prin agregare şi arendarea terenului constituie un factor pozitiv pentru implementarea / dezvoltarea proiectelor pentru biogaz.

În cazul fermelor animaliere instalaţiile de biogaz pot reprezenta totodată o soluţie foarte avantajoasă pentru managementul deşeurilor. Bineînţeles că cele mai bune zone sunt cele cu un număr mare de capete şi un număr mic de ferme, cum este cazul regiunii de sudest a României. Soluţii pentru amplasarea uzinelor de biogaz 1) în zonele de producţie agricolă (din sudul şi sud-estul ţării) care să utilizeze potenţialul generat de producţia primară şi de materii organice solide; 2)  pentru zonele din nordul ţării, ca materie primă pentru obţinerea biogazului –  nămolurile de canalizare.

BIBLIOGRAFIE

1.[http://www.scritub.com/tehnica-mecanica/Biocombustibili55479.php] 2.[http://www.nikolicivasilie.ro/lucrari-stiintifice/Biogaz%20curs.pdf] 3.[http://www.biogasheat.org/wpcontent/uploads/2013/04/BiogasHeat_Handbo ok_RO.pdf]

4.www.bioenergywiki.net/index.php/Anaerobic 5.www.novaenergie/iea-bioenergy-task37/index.htm 6.www.gdrc.org/uem/energy/cd-contents/chapter_07_CS_unepf.pdf]