Biogaz – jurnal
Lüthe GmbH – SC EcoApaSol
S.R.L.
Detalii
pe www.biogazul.ro
Formarea
biogazului
Biogazul
este
un produs din metabolismul bacteriilor metanogene, care rezultă din
descompunerea de către acestea a substanţelor organice. Spre
deosebire de bacteriile aerobe, bacteriile metanogene se dezvoltă şi
supravieţuiesc doar în mediu apos (cel puţin 50% apă), deci
substraturile trebuiesc umidificate.
Excluderea
aerului.
Bacteriile
din staţiile de biogaz sunt strict anaerobe. Oxigenul din materialul
proaspăt dozat, cum ar fi dejecţiile, este consumat de bacterii
aerobe în prima fază a procesului. Cantităţi reduse de aer,
cum
ar fi dozarea controlată pentru desulfurare, nu dăunează
procesului.
Temperatura
Domeniul
de
temperatură în care suprvieţuiesc bacteriile metanogene, este
între 0
şi 70°C, temperaturi peste aceste valori distrugând
majoritatea acestor
bacterii, cu excepţia câtorva tipuri a căror temperatură de
supravieţuire se ridică până la 90°C. Viteza de
derulare a
procesului de descompunere depinde în mare măsură de
temperatură. Regula spune că: cu cât temperatura este mai
ridicată, cu atât descompunerea materiei organice este mai
rapidă,
cantitatea de gaz produs mai ridicată, dar conţinutul de metan din
biogaz mai scăzut. În practică s-au cristalizat domenii de
temperatură
care sunt optime pentru aceste bacterii: cele mezofile între
25-35°C, cele
termofile peste 45°C. Cu cât temperatura este mai
ridicată, cu atât
bacteriile sunt mai sensibile la variaţii de temperatură. În
special
dacă acestea apar brusc şi în mod deosebit dacă temperatura
scade. Dacă în domeniul mezofil bacteriile supravieţuiesc la
o
variaţie de 2-3°C în jurul temperaturii medii,
domeniul termofil
acceptă variaţii de maxim 1°C. Adaptarea bacteriilor la domenii
noi
de temperatură durează de regulă o lună. Este indicat ca
valoarea pH-ului să se situeze în domeniul slab alcalin, şi
anume în
jurul valorii de 7,5. La procesarea dejecţiilor această valoare a
pH-ului se stabilizează de la sine, prin formare de amoniu,
însă la
procesarea substraturilor mai acide cum ar fi zăr, borhot, siloz ar
putea
deveni necesară intervenţia prin dozare de var pentru ridicarea
pH-ului.
Hrănirea
bacteriilor
Bacteriile
metanogene nu sunt în stare să descompună grăsimi,
proteine, carbohidraţi (amidon, zahăr) şi celuloză în formă
pură. Acestea necesită nitrogen (azot) solubil, minerale pentru a
descompune masa celulară a acestor materiale. În dejecţii se
găsesc cantităţi suficiente din aceste substanţe. De
asemenea iarba (proaspătă sau în formă conservată) dar
şi borhotul sau zărul conţin suficienţi nutrienţi
şi pot descompune teoretic aceste legaturi. În practică se
recomandă utilizarea bălegarului ca substrat de bază şi
adaos suplimentar pentru alte cosubstraturi, în acest fel
evitându-se
segregarea şi obţinându-se stabilizarea materialului la
fermentat,
din punct de vedere al pH-ului.
Suprafaţa de
acţiune a bacteriilor
Materiile
organice care nu au fost dizolvate în apă trebuiesc
dispersate (de ex. la
procesarea grăsimilor) sau să posede o structură (cum e cazul
celulozei) cu o mare
suprafaţă de acces. Materiale precum paiele, iarba cu fir lung sau
deşeurile organice trebuie mărunţite şi pe cât posibil
scămoşate (distrugerea structurii celulare prin metode mecanice),
altfel timpul de descompunere ar fi prea lung şi ar apărea un strat
plutitor, care ar crea probleme în exploatare.
Substanţe care
încetinesc procesul de fermentare
Acizii
organici, antibioticele, agenţii chimici terapeutici şi
dezinfectanţii pot încetini procesul de descompunere sau
îl pot opri
definitiv. Aceasta se poate întâmpla atunci
când un număr mare de animale
a fost tratat în urma unei boli sau atunci când
grajdurile trebuiesc
dezinfectate. Tratamentul aplicat unui singur animal nu are efect
negativ
asupra materialului utilizat la obţinerea biogazului.
Încărcarea
volumetrică a procesului
Această
valoare indică cantitatea maximă de material organic uscat care poate
fi adăugat fermentului fără ca bacteria să fie
suprasaturată şi întregul proces să intre în
colaps. Rata de
încărcare depinde în primul rând de
nivelul temperaturii, de media dintre
materialul organic uscat şi timpul de retenţie. O rată
normală de încărcare la temperatura de 35°C ar fi
între 2 şi 3
kg de material organic fermentat la m³/ zi, ceea ce
înseamnă că, 2-3
kg materie organică este adăugată şi procesată la
fiecare m³ de conţinut fermentat.
Hrănirea
constantă
a bacteriilor
Din
punct de
vedere al stabilităţii procesului, este de preferat o hrănire cu
compoziţie
constantă
la intervale de timp reduse. Aceasta este valabil pentru dejecţii,
verdeţuri, dar în special pentru substraturi în
cofermenare, cu
concentraţie energetică mare (ex. grăsimi). Prin acest sistem de
hrănire se evită suplimentar, scăderea temperaturii (iarna)
în
zona de dozare.
Degazarea
fermentatului
Bacteriile
metanogene pot lucra la întreaga capacitate, doar dacă gazul
produs prin
metabolismul lor este îndepărtat din mediul lor de viaţă. La
un
fermentat cu conţinut mare de apă, mici bule de aer se ridică
singure suprafaţă. Substraturile cu conţinut mai mare de 5% de
substanţă uscată trebuie degazate. Aceasta se realizează
prin pornirea agitatoarelor după un program prestabilit între
timpii de
hrănire.
Cele 4 faze ale procesului
de descompunere
Procesul de descompunere trece prin 4
faze de bază:
1.
În prima etapă diferitele tipuri de
bacterii anaerobe (nemetanogene) transformă cu ajutorul unor enzime
substratele cu conţinut molecular ridicat (proteine, carbohidraţi,
grăsimi, celuloză) în combinaţii cu conţinut molecular
scăzut,
precum zahărul simplu, aminoacizi, acizi graşi şi apă.
Acest proces se numeşte hidroliză.
2.
Ulterior, bacteriile acidogene pot descompune aceste combinaţii cu
conţinut molecular scăzut, în acizi organici, dioxid de
carbon,
hidrogen sulfurat şi amoniac .
3.
Din aceste produse, bacteriile acetogene produc acetaţi, dioxid de
carbon
şi hidrogen.
4.
Ultimul pas este rezervat bacteriei metanogene, care transformă produsele de la punctul 3
în metan,
CO2 şi apă în zona alcalină.
La
o
adăugare
constantă
de material organic, cum este cazul celor mai multe staţii de biogaz, aceste procese au
loc
simultan în acelaşi bazin de fermentare, bacteriile neinfluenţându-se negativ intre
ele.
Descompunerea
succesivă se poate
observa doar la pornirea procesului de fermentare. Din acest motiv
în acest
proces durează câteva
săptămâni pâna la cea de-a patra fază,
când se obţine gaz
cu conţinut suficient de metan care se
poate valorifica.
Metoda – cu
trecere continuă
Majoritatea
staţiilor de biogaz din lume lucrează pe principiul cu trecere continuă.
Acest
proces
se distinge prin faptul că fermentatorul este întotdeauna
plin fiind golit
doar pentru reparaţii sau pentru îndepărtarea depunerilor.
Dintr-un
dozator, sau alte guri de alimentare, calculaturul dozează substraturile după o reţetă fixă, de mai multe ori pe zi
în
fermentator. Prin ridicarea nivelului în fermentator, la
deversarea lui curge
prin cădere liberă, aceaşi cantitate de material
descompus în bazinul de stocare a nămolului de fermentare.
Avantajul
acestui proces const ă într-o producţie de gaz
constantă,
încărcare volumetrică optimă şi posibilitatea construirii
compacte a instalaţiei.
Nămolul de
fermentare
Compoziţia lui diferă în funcţie de natura substraturilor cu
care
se alimentează staţiile de biogaz. Indiferent de natura
substraturilor care
intr ă în proces, acesta poate fi utilizat ca fertilizant,
schimbânu-se
doar compoziţia lui.
Staţiile de
biogaz
sunt
împărţite în două categorii mari:
-
Staţii de biogaz de natură agro -zootehnică, alimentate
cu
silozuri (de porumb, iarbă, etc.) dejecţii, cereale.
-
Staţii
de biogaz agro-industriale, care pot fi alimentate suplimentar cu reziduri
din industria alimentară, reziduri din abatorizare, reziduri
din producţia
biodieselului, etc.
