BIOGAZ

MONITORUL AROTEM ANUL 11, NR. 1 MARTIE 2007

1 / 2007

BIOGAZUL – ENERGIE PRIN CONVERSIE NATURALĂ *) 1

Amelitta LEGENDI 1) Viorica BARBU 2) 1)

Conf. Univ.Dr.ing. Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

2)

Prof. Şcoala cu clasele I-VIII Radovan, jud. Dolj

Deoarece rezervele clasice de combustibili sunt epuizabile,omenirea se îndreaptă spre găsirea de

noi surse de energie bazate pe resurse regenerabile,inepuizabile regenerabile,inepuizabile şi ecologice Biogazul

este o sursă de energie neconvenţională carte rezultă în urma unui proces de conv ersie

naturală controlată a biomasei. Biomasa, materia organică a dejecţiilor animale şi deşeurilor vegetale este regene r egenerabilă rabilă şi inepuizabilă. Masa rezultată în urma fermentaţiei anaerobe în prezentţa bacteriilor metangene constitue un îngrăşămintelor naturale cu un grad scăzut de poluare. În prezent metanul este sursă pentru producerea energiei termice şi se urmăreste extinderea lui şi

pentru obţinerea obţinerea de energie electrică electrică Echipamentele tehnologice de producere a bi ogazului au o construcţie simplă şi un preţ de cost

nu prea ridicat, iar funcţionarea şi exploatarea lor nu necesită necesită condiţii deosebite de întreţinere. 1.

IMPORTANŢA ŞI ACTUALITATEA TEMEI. SCURT ISTORIC.

Se prezintă biogazul ca sursă de energie regenerabilă. Termenul de “ biogaz” a fost introdus în sec. al XX – lea. 1.1. CE ESTE BIOMASA?

Bigazul este un gaz de fermentaţie alcătuit în principal din două gaze: metan (CH4) în proporţie de 60…70 % şi bioxid de carbon (CO 2) în proporţie de 25…30 %, şi cantităţi foarte mici de: oxid de carbon, azot, hidrogen sulfurat, alte hidrocarburi, hidrogen şi vapori de apă. Dintre proprietăţile principale ale biogazului se manţionează puterea calorică (energie) este de 3

25…34 MJ/m .

Pentru comparaţie arătăm că gazele naturale au 37,3 MJ/m 3.

Biogazul se obţine în principal din produse secundare şi reziduale din agricultură exemple: dejecţii proaspete se animale, deşeuri vegetale, reziduuri din industria agro -alimentară, de prelucrarea fructelor şi legumelor şi industria celulozei şi hărtiei, precum şi din nămolul de la staţiile de epurare a apei uzate.

Biogazul este un produs obţinut prin conversie biologică, în urma fermentării anaerobe, printr -o oxidare parţială (cu accesul foarte scăzut al aerului)) şi în prezenţa bacteriilor metanogene, a biomasei.

* Acest articol, a constituit o comunicare ştiin ţifică susţinută la Al XI-lea Simpozion Na\ional de Utilaje pentru Construcţii, SINUC 2005; Bucureşti, 15-16 decembrie 2005, Secţia a IV-a, Educaţie tehnologică, lucrare ce a fost evidenţiată de Biroul Secţiei (vezi Monitorul AROTEM nr. 1/2006).)

PAG. 29


1 / 2007

Biomasa este substanţa organică a tuturor plantelor şi animalelor precum şi a deşeurilor şi reziduu rilor. Utilizarea energetică a biomasei este datorată conversiei bioenergetice. 1.2

ENERGIA PRODUSĂ DIN BIOMASĂ CA SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ.

Energia obţinută din biomasă mai este denumită şi energia verde. Consumul de energie electrică din surse de energie regenerabile se preconizeaz ă, ca în anul 2010, să ajungă la 33 % din consumul

intern brut. Din aceasta, energiei regenerabile, energia de biomasă reprezintă 65 %, cea eoliană reprezintă 17 % , cea solară 12 %, iar cea geotermală 1 %. Pentru comparaţie se arată că energia hidro r eprezintă 29 %.[6]. *** Jurnalul Naţional.

Prin conversie biologică biomasa generează purtători de energie: 

SOLIZI de

exemplu manganul;



LICHZI



GAZOŞI de exemplu biogazul – amestesc de două gaze principale: metanul (C H4) + bioxidul

de exemplu uleiuri, alcool;

de carbon (CO 2). Cele mai importante metode de valorificare a biomasei sunt : 

conversie chimică prin combustie



gazeificare şi piroliză



conversie biologică în alcool şi biogaz

Principale moduri de utilizare a biomasei şi produselor derivate sunt prezentate în figura 1.

Gazele obţinute din dejecţii de animale, în timpul fermentării anaerobe, au fost numite “gaz de gunoi”

iar gazele obţinute din nămolul apelor stătătoare. Au fost numite “gaz de baltă” sau “gaz de

mlaştină”. 1.3 IMPORTANŢA ŞI ACTUALITATEA TEMEI Pe baza unor calcule s- a arătat că în 24 de ore se obţin următoarele cantităţi de biogaz 

de la 10 porci – 2 m 3 de biogaz



de la 2 bovine – 2,5…3,8 m 3de biogaz



de la 100 de păsări – 1,5 m 3 de biogaz

Prin extrapolare de la 6 milioane de animale se obţin 1,2 milioane m

3

de biogaz, adică

echivalentul a 600 de tone de motorină pe zi, respectiv 220 000 de tone pe an. 1.4 SCURT ISTORIC.

S-a observat că la suprafaţa pământului se formează gaze combustibile oriunde există surse bogate de biogaz. În 1776 Volta a extras metan din gazele colectate din mlaştini, iar englezul Humphrey a realizat, în anul 1806, experimental eliberarea de gaze combustibile din gunoi de animale.

În ţara noastră, în 1975 s-a realizat primul echipament tehnologic de biogaz ce valorifica dejecţiile de animale de la Complexul de creşterea porcilor de la Tomeşti. PAG. 30


1 / 2007

Începând cu anul 1982 au intrat în funcţiune echipamentele tehnologice de producerea a

biogazului de la staţiile de epurare a apelor uzate din marile oraşe:Iaşi, Bacău, Timişoara, Oradea. Mai numeroase sunt echipamentele tehnologice de capacitate mică care produc

iogas pentru

gospodăriile individuale din judeţele: Argeş, Gorj, Dâmboviţa, Giurgiu.

2. ECHIPAMENTE TEHNOLOGICE PENTRU PRODUCEREA BIOGAZULUI

Tehnologia biogazului are tradiţii proprii în India, China, SUA, Canada, Japonia ş i a devenit interesantă şi pentru Europa, Danemarca, Anglia iar în România din 1975. În viitor obţinerea biomasei se va realiza şi prin cultivarea unor plante cu creştere rapidă în aşa numitele Plantaţii energetice care pot fi: 

plantaţii terestre;



plantaţii pe mare prin cultura algelor şi a altor plante marine.

Din punct de vedere al modului de alimentare (încărcare) a fermentatorului echipamentele tehnologice pot fi : 

cu alimentare discontinuă pentru echipamente tehnologice de capacitate mică pentru uz

gospodăresc şi medie de tip ferme 

cu alimentare continuă pentru instalaţii industriale

PAG. 31


1 / 2007

2.1 TEHNOLOGIE DE FERMENTARE ECOLOGICĂ CU CIRCUIT ÎNCHIS

PENTRU

PRODUCEREA BIOGAZULUI ŞI A ÎNGRĂŞĂMINTELOR INDUSTRIALE În concordanţă cu schema structurală de la figura 1 se prezintă circuitul închis de alimentare a fermentatorului de capacitate mică de uz gospodăresc şi obţinerea de biogaz şi îngrăşăminte naturale figura 2.

2.2

ECHIPAMENT

TEHNOLOGIC

DE

PRODUCERE

A

BIOGAZULUI

CU

ALIMENTARE DISCONTINUĂ. REALIZARE ROMÂNEASCĂ ÎN 1985 ÎN COM. PLENIŢA, JUD. DOLJ.

Componenta principală a echipamentului tehnologic de obţinere a biogazului o constituie fermentatorul (generatorul)

de formă cilindrică, din beton armat, cu alimentare discontinuă.

Parametrii tehnologici principali sunt: capacitatea geometrică a generatorului de 5,70 m3, volumul unei şarje de încărcare a deşeurilor de 4,50 m3, producţia zilnică de biogaz de 3,75 m 3. Echipamentul tehnologic (fig.3) este alcătuit din:

PAG. 32


(a)

1 / 2007

fermentatorul sau generatorul

pentru fermentarea deşeurilor vegetale şi a dejecţiilor

de animale, cu umplere discontinuă, aproape complet îngropat în p ământ, de formă cilindrică (b)

clopotul sau capacul

din tablă de 3 mm se realizează pentru colectarea biogazului, el

având un volum de cel puţin 50 %. Capacul se introduce cu gura în jos în spaţiu dintre cei doi pereţi unde s-a pus apa, care formează garnitura lichidă ce nu permite trecerea gazului în atmosferă; (c)

conducta

aeriană din PVC cu un diametru de 4 cm, se montează pe capacul

generatorului pentru transportul biogazului spre locul de ardere. (d)

filtru-decantor pentru colectarea picăturilor

(e)

robinet pentru



de apă

închiderea şi deschiderea gazului.

Construcţia generatorului:

- se sapă o groapă cu diametru de 2 m şi adâncime de 4 m; - pe fundul gropii se pune un strat de 10 cm de balast care trebuie să fie foarte bine bătătorit; - peste balast se toarnă, pe o înălţime de 20 cm, beton cu armătură metalică; - după ce betonul s-a uscat, pereţii cilindrici ai gropii sunt căptuşiţi, pe o grosime de 10 cm, tot

cu beton armat. Interiorul cilindrului trebuie să fie foarte bine tencuit şi sclivisit (prin dublă finisare numai cu ciment) pentru a se înch ide porii prin care ar ieşi biogazul. - cilindrul din beton se înalţă deasupra gropii cu încă 20 cm; - cilindrul din beton este dublat de un alt perete cilindric interior, realizat din acelaşi material, cu

grosimea de 10 cm la o distanţă de 10 cm de primul cilindru de beton - între aceşti doi pereţi cilindrici se pune apă.

Aceşti doi pereţi cilindrici pot fi construiţi şi din tablă de 2…3 mm, bine protejată împotriva agenţilor corosivi. 

Funcţionarea instalaţiei

Echipamentul tehnologic de c apacitate mică de uz gospodăresc cu încărcare discontinuă se

încarcă manual. Fermentatorul (6) se încarcă în proporţie de 80 % cu materie primă formată din dejecţii proaspete de animale în amestec cu resturi vegetale. La prima şarjă se adaugă un inocul bo gat de metanobacterii - 2 găleţii de reziduuri organice bogate în microfloră (must de dejecţii animale), iar la şarjele următoare se păstrează din şarja anterioară 10…20 % în rezervor pentru plămadă. Produsele organice reziduale din agricultură conţin cantităţi suficiente şi în proporţii echilibrate din toate elementele esenţiale: carbon, azot, fosfor, sulf. Nu se folosesc dejecţiile provenite de la animalele care au fost tratate recent cu doze mari de antibiotice sau alte medicamente bacteriostatice.

Procesul de metanogeneză are loc la temperaturi de 30…35



C. Viteza de creştere a

metanobacteriilor şi deci producerea de biogaz depinde de temperatură. Deoarece echipamentele tehnologice de capacitate mică de uz gospodăresc nu sunt prevăzute cu dispozitive interioare de PAG. 33


1 / 2007

încălzire randamentul acestora este influenţat de temperatura mediului ambiant. Pentru aceasta, echipamentul tehnologice de uz gospodăresc este îngropat total în pământ. În cazul echipamentelor semiîngropate se acoperă în sezonul rece cu baloţi de paie, dejecţii de animale, iar vara cu o folie de plastic pentru a asigura efectul de seră. O singură umplere poate asigura, zilnic 3,75 m 3 de biogaz. Reîncărcarea fermentatorului se realizează după circa 120 de zile, avându -se grijă ca la deschiderea capaculuii să nu se producă scântei prin frecare, pentru a se evita orice accident. Descărcarea se realizează manual. Biogazul se acumulează sub capacul (7) Datorită presiunii, aceasta urcă deasupra gurii generatorului până la 60 cm. Stratul de apă îi permite capacului această deplasare. Totodată stratul de apă nu permite metanului să iese în atmosferă deoarece solubilitatea metanului în apă este 0. Biogazul cules de conducta (7),

prin ardere furnizează energie termică.

În acelaşi timp se va urmări ca apa care se adună după câteva luni pe conducta de gaz, datorită condensării, să fie colectată într -un filtru-decantor (9) montat pe conducta de gaz. Pe conducta de gaz se montează 2 robineţi: un robinet de control (10) şi un robinet de biogaz (11). Instalaţia se amplasează într -un teren situat la 6…10 m de casă, unde apa freatică este la adâncime..

Instalaţii poate dura zeci de ani 3. STUDIU DE CAZ

Notăm: h – înălţimea fermentatorului; D – diametrul fermentatorului; Vg – volumul geometric al fermentatorului. V ş – volumul unei şarje de încărcare Pentru: h = 3,70 m d = 1,40 m V = A bh =  r 2 h (3.1) V =   0,702 3,70 = 5,70 m3 (3.2) V ş = 80 % V ( 3.3)

V ş = 4,50 m3 (3.4)

Producţie biogaz În urma studiilor făcute a rezultat că: 3 m3 de dejecţii produc - 2,5 m3de biogas atunci 4,50 m3 materie primă produc - 3,75 m3 biogaz/zi

Încărcarea se face la patru luni o dată. Cantitatea de biogaz pentru 4 luni

= 120 zile 3,75 m3 biogaz/zi = 450 m3 biogaz

Costuri construcţie (investiţie) echipament tehnologic de biogaz PAG. 34


1 / 2007

1 sac de ciment = 250 000 lei = 25 ron

Pentru instalaţie sunt necesari 20 saci 20 250 000 = 5 000 000 lei =50 ron

Preţul instalaţiei = 5 000 000 + 3 000 000 + 2 000 000 lei =10 000 000 lei =100 ron 3 000 000 lei = preţul capacului; 2 000 000 = alte cheltuieli

Economii şi amortizare Biogazul furnizat de o astfel de ins talaţie este 3,75 m3/zi timp de 4 luni este echivalent consumului de gaz de la o butelie pentru un aragaz cu patru ochiuri, suficient pentru prepararea hranei pentru o familie de 4 persoane

O familie de 4 membrii consumă într -o lună o butelie = 350 000 lei = 35 ron Pentru 4 luni economisim 4 350 000 lei =1 400 000 lei = 140 ron Pentru I an economisim 3 1 400 000 lei =4 200 000 lei =420 ron Pentru 20 ani economisim 84 000 000 lei =8 400 ron

Amortizări Preţul instalaţiei se va amortiza în: 10.00 0.000 : 4.200.000 = 2,38 ani 4. ELEMENTE DE MODERNIZARE A ECHIPAMENTELOR DE BIOGAZ.

Pentru modernizarea echipamentelor de biogaz de capacitate mică de uz gospodăresc şi medie de tip ferme ar trebui dotate cu : 

manometru pentru

măsurarea presiunii bio gazului în interiorul fermentatorului;



termometru pentru a indica temperatura încărcăturii;



contor pentru a înregistra



agitator de amestecare care împiedică formarea crustei ce nu permite eliberarea gazului

cantitatea de biogaz rezultată, cunoscând astfel productivitatea reală;

5. MAI MULTE ÎNGRĂŞĂMINTE NATURALE.

Dejecţiile de animale sunt poluante atât prin mirosurile neplăcute, prin microbii pe care îi conţin cât şi datorită umidităţii mari. Într-o crescătorie de porci se vehiculează z ilnic circa 2 000…3 000 m3 de apă cu dejecţii. Acest

nămol nu poate fi folosit ca îngrăşământ, are o umiditate mare şi conţine o mare cantitate de microbi. Nămolul fermentat pentru a fi folosit ca îngrăşământ trebuie uscat şi apoi supus unui proces de humificare, care se realizează printr -o continuare a procesului de fermentare, de data aceasta aerobă. În acest scop nămolului i se adaugă cantităţi reduse de paie, coceni frunze, resturi din grădinile de legume Un complex de 50 000 de porci pe paturile de uscare prelucrează anual 29 000 m3 de nămol cu 95 % umiditate rezultând 6 000 m 3 nămol fermentat dezhidratat [1]. V. Stanciu pag 59

Îngrăşătoriile de porci pot deveni atât producătoare de biogaz dar şi de humificate cu o bună capacitate de fertilizare a pământului.

PAG. 35


1 / 2007

BIBLIOGRAFIE [1]. Stancu V - Flacăra biogazului, Editura Ceres, Bucureşti 1982

[2]. Vintilă M – Biogazul, Editura Tehnică, Bucureşti 1989 [3]. Tătărăscu F - Conversia energiei-tehnici neconvenţionale, Editura Tehnică, Bucureşti 1980 [4].***Enciclopedia tehnică ilustrată, Editura Teora, Bucureşti, 1999 [6]. *** Jurnalul Naţional din 19.11.2005

PAG. 36

BIOGAZ

Recommend Documents