Biogáz termelés - hasznosítás Hódi János Mélyépterv Komplex Mérnöki Rt.
MIRŐL LESZ SZÓ? Biogázzal kapcsolatos általános ismeretek A Szennyvíz iszap biogáz (szennyvíz z gáz) g B Mezőgazdas gazdasági gi biogáz ( biogáz) C Szeméttelepi biogáz z ( depónia gáz) áz hasznosítási lehetőségek 2
Meghatározás Mi a biogáz? Összetétel Szervesanyag lebontás: anaerob aerob Szervesanyag származási hely szerinti csoportosítás: Kommunális szennyvíz iszap Mezőgazdasági hulladék Szilárd kommunális hulladék 3
Meghatározás-összetétel A biogáz szerves anyagok anaerob térben, mikroorganizmusok közreműködésével történő erjedésekor keletkezik. A biogáz: metán (60-65% 65% CH4) ) és széndioxid (30-35% 35% CO2) ) keverékéből álló gáz, mely kommunális szennyvíziszap, állati trágyák és mezőgazdasági maradékok fermentá- ciója során termelődik. 4
Anaerob lebontás folyamata A szerves anyagok anaerob lebomlása során széndioxid, metán és víz keletkezik. C6 H12 O6 3CH3COOH COOH 3CH3COOH COOH 3CH4 + 3CO2 CO2+ + 4H2 CH4 + 2H2O O +400kJ 5
Aerob lebontás folyamata A szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukorszármazékok) aerob lebomlása, komposztálódása során széndioxid és víz keletkezik, illetve hő termelődik C6H12O6+6O2 6CO2+6H +6H2O+2870 kj 6
Anaerob biodegradáció-fermentáció Olyan bomlási folyamata az anyagoknak, amely természetes feltételek között (aerob( és/vagy anaerob) mikroorganizmusok hatására történik. Szilárd hulladék esetén a biodegradálódás, folyékony hulladékok esetén biológiai lebontás (fermentáció) elnevezést használjuk. 7
Biogáz helye a természetes tápanyag körforgásban 8
A Kommunális szennyvíziszapból termelt biogáz Alapanyag: a szennyvíztisztítás során keletkező nyers és fölösiszap keverék 9
Anaerob iszapfermentáció A szennyvíztisztítás során keletkező iszapok (5-6% szárazanyag tartalom, ill. 60-70% szerves anyag tartalom) anaerob rothasztó tartályokban történő kezelése során, a mezofil tartományban(33-35 35 C) 20-30 nap alatt az eredeti szerves anyag tartalom kb. 45-50% 50%-a a lebomlik és biogáz keletkezik (65%CH4,, 35%CO2). A lebomlás feltétele, hogy oxigénmentes környezet, ideális hőmérséklet (+33-35 35 C), sötétség és megfelelő nedvesség legyen, mert a metán termelő baktériumoknak ezek az életfeltételei. 10
Mikrobiológiai alapok HIDROLÍZIS - Hidrolizáló mikroorganizmusok (zsírok, cellulóz, keményítő, fehérjék) SAVAS ERJEDÉS - Acetogén mikroorganizmusok (cukrok, aminosavak, zsírsavak) METÁN FERMENTÁCIÓ - Metanogén mikroorganizmusok (illékony zsírsavak acetát -,, hidrogén) 11
HIDROLÍZIS zsír protein poliszacharidok hosszúláncú zsírsavak, glicerin aminosavak, rövidláncú peptidek monoszacharidok, diszacharidok SAVKÉPZŐDÉS savképző baktériumok baktérium szaporodás illékony zsírsavak, alkohol, aldehidek, ketonok, ammónia, széndioxid, hidrogén METÁNKÉPZŐDÉS metánképző baktériumok baktérium szaporodás metán, széndioxid, víz 12
Az anaerob fermentáció célja Biogáz előállítása, hasznosítása Az iszap tömegének és térfogatának csökkentése Az iszap fertőzőképességének csökkentése Biológiailag stabil biotrágya előállítása A keletkező biotrágya mezőgazdasági és/vagy rekultivációs hasznosítása 13
A fermentáció optimális feltételei Tápanyag összetétele; nedvesség/szárazanyag tartalom A mikroorganizmusok fajtái, számuk Hőmérséklet: 30-60 C Tartózkodási idő: 10-30 nap Keverés ph ( 7,2-7,6), 7,6), toxikusság, elsavanyodás Reaktor kialakítás: anyag-szerkezet, forma, szigetelés, fűtés, keverési módok Keletkező végtermékek: Biogáz ( metán és széndioxid keveréke) Biotrágya (3-4% szárazanyag tartalmú iszap) 14
Hőmérsékleti tartományok - Hideg rothasztás t < 15 0 C - Fűtött rothasztás t = 32-58 C Részletezve: - mezofil tartomány t= 32-38 C - termofil tartomány t= 55-58 C 15
Villamos energia kihozatali példa Dél-pesti szennyvíztisztító telep Bővítés elött : 4db mezofil reaktor üzemel 16t/nap szerves anyag betáplálás: ~ 6400 Nm 3 /nap biogáz termelődés 1db gázmotor (500 kwel el) ) üzemel ~ 13 600 kwh/d áram Bővítés: +1db 2000 m3-es termofil reaktor 28t/nap szerv. anyag betáplálás: ~13700 Nm3/d biogáz +1db gázmotor (803 kwel el) ) ~ 30 000 kwh/d áram, illetve 10000 MWh/év elektromos áram termelés A biogáz átlagos fűtőértf rtéke 22,5 MJ/m3, metán-tartalma tartalma 62-67 67 %. 16
Dél-pesti szennyvíztisztító telep termofil-mezofil rothasztás technológiai vázlata Szilárd, zsí rszerű folyékony, hulladék beszállítása (100 m 3 /d) Zárt fogadó állomás (légtér elszívás biofilteren keresztül) Aprító Nyers és fölös iszap:q= 400 m 3 /d Pasztörizáló, homogenizáló (V = 120 m 3 ; t =75 C o ) Termofil, anaerob rothasztás V=2 000m 3 t= 55C o T=10d, Q=200-220 m 3 /d Q=200 m 3 /d Q=100m 3 /d Mezofil, anaerob rothasztás V=4x2 600m 3,t= 35C o T=17-18d, Q=600 m 3 /d Biogáz Q=8 500m 3 /d Biogáz Q=5 180m 3 /d Q=200 m 3 /d Q=300m 3 /d Q=100 m 3 /d V=700m 3 kevertiszap fölös-iszap szipp.szennyvíz, Q=100 m 3 /nap Előkezelés, gravitációs sűrítés Gépi elősűrítés gépi iszap-víztelenítés 17
B Mezőgazdasági hulladékból termelt biogáz Alapanyagok: Növényi alapanyagok: Árpaszalma Búzaszalma Energiafű Fű Kukoricaszár Len Kender Nádhulladék Rozsszalma Repce Rizsszalma Zabszalma Állati trágya alapanyagok: Tehén Hízómarha Ló Sertés koca+szaporulata Hízó Juh Baromfi Vágóhídi hulladék 18
Szárazanyag tartalom szerinti fermentáció Kétféle eljárás ismeretes: - Nedves: 4-6% 4 szárazanyag tartalom (Anaerob rothasztás: mezofil vagy termofil tartományban) - Félszáraz: 20-30% szárazanyag tartalom (kétlépcsős technológia, aerob előkezelés, anaerob termofil rothasztás) 19
Mezőgazdaságban alkalmazott biogáz előállítás technológiák gyakorisága Anaerob körülmények között: fermentorban (reaktorban). Mezofil eljárás a létesítmények ~90%-nál Termofil eljárás ~5% Vegyes eljárás ~5%, ekkor az első lépcső mezofil ~37 C ~28 nap, a második lépcső termofil ~55 C ~10 nap a tart. idő 20
Folyamat optimalizálása Folyamatos, előmelegített alapanyag adagolás Alapanyag összetétel fokozatos változtatása Rothasztást gátló anyagok kizárása Megfelelő keverés Hőmérséklet pontos tartása Tartózkodási idő biztosítása (elegendő térfogat) 21
A fermentáció előnyei Szerves hulladék anyagok környezetkímélő fel- dolgozása Értékes energiaforrás -biogáz- előállítás A kellemetlen szaghatások csökkennek Az iszapstruktúra átalakul (állagjavítás) Kevésbé szennyezi a légkört metánnal Kis tápanyagveszteség Javul a növények tápanyag-hasznosítása A biotrágya higiénizálása 22
A berendezés méretezésének lépései Az alapanyagok mennyiségének felmérése Szárazanyag- és a szerves anyag-tartalom meghatározása Erjesztő reaktor térfogat méretezése A biotrágya tároló térfogatának méretezése Napi gáztermelés előzetes számítása A gáztároló térfogatának megválasztása Gázkazán vagy gázmotor teljesítményének meghatározása 23
Fermentorok és gáztárolók 24
Nyírbátori biomassza- biogáz telep távlati képe 25
Kitekintés az Európai Unióra Spanyolországban, Svédországban, Ausztri- ában,németországban és Dániában összesen kb. 6000 biogáz telep üzemel, Németországban3000 darab Az összesen kb. 3000 MW villamos teljesítm tményű 6000 db.biogázüzem zem megközel zelítőleg leg 1,3 milliárd tonna trágy gyát ártalmatlanít és s több t mint 22 millió MWh villamos áramot termel az EU terület letén évente. 26
Biogázból keletkező villamos energia átvételi ára Németországban 150 kw teljesítményig 11,5 Cent/kWh (29Ft) 500 kw teljesítményig 9,9 Cent/kWh (25Ft) 5 MW teljesítményig 8,9 Cent/kWh (22Ft) 5 MW felett 8,4 Cent/kWh (21Ft) 27
C Kommunális szilárd hulladékból keletkező biogáz : depóniagáz Keletkezés: lassú szerves anyag lebomlás Gyűjtés: gázkutakkal, elvezetés csővezetékkel Ártalmatlanítás - hasznosítás (22/2001. (X.10.) KöM rendelet) előírásai alapján 28
29
30
Depóniagáz összetétele Fő komponensek: Metán 45-55% 55% Szén-dioxid 30-40% Nitrogén 2-2 8% Oxigén 0-0 1% Mellék komponensek: A gáz képződés melléktermékei (kén-hidrogén, ammónia, hidrogén) A beszállított hulladék összetevői (szilícium vegyületek, stb.) 31
Depóniagáz ártalmatlanítás a metántartalom függvényében Gázmotoros hasznosítás CH 4 > 45% Gázfáklyás égetés CH 4 > 25% Biofilter CH 4 < 4% Nem katalitikus oxidáció 1,5% < CH4 < ~30% Megjegyzés: Az oxidáció 1,5 % alatt is lehetséges támasztó gáz hozzákeverése mellett. 32
A biogáz- depóniagáz hasznosításának Hőtermelés általános lehetőségei Villamos energia termelés Kapcsolt energia termelés, villamos energia és hő együttes előállítása értékesítés (ÜHG gázok, CO 2 egység, CH 4 21-szeres hatás) CO 2 értékesítés Gáztisztítás, értékesítés Tüzelőanyag cella (hidrogén és oxigén elektrokémiai egyesítése, egyen-áram keletkezik, valamint víz és széndioxid) Mindig a helyi adottságok és a gazdaságosság alapján kell dönteni! 33
Biogáz tüzelés kapcsolt villamos energia termeléssel - lehetőségei Gázmotor Kombinált ciklusú gázturbinával megvalósított kogeneráció (gáz körfolyamat) (gáz-gőz gőz Nyílt ciklusú gázturbinával megvalósított kogeneráció (hőkiadás a hőhasznosító kazánból) Micro-gázturbina (egységteljesítmény max: : 100 kw) 34
Jogszabályok 1995. évi LIII Környezetvédelmi törvény 2000. évi XLIII Hulladékgazd kgazdálkodási törvény 1994. évi LV Termőföldr ldről törvény 253/1997. Kormányrendelet az Országos településrend srendészeti szeti és építési követelményekről 110/2002 OGY határozat az az országos hulladékgazd kgazdálkodási tervről 20/2001. Kormányrendelet a környezeti hatásvizsg svizsgálatról 23/2001 KöM rendelet A 140 kwth és s az ennél l nagyobb, de 50 MWth-nál kisebb névleges n bemenő hőteljesítményű tüzelőberendezésekről 10/2000. KöM-EüM EüM-FVM-KHVM rendelet a felszíni víz v és s a földtani f közeg k minőségi védelmv delméhez szüks kséges határért rtékekről 49/2001. Kormányrendelet a vizek mezõgazdas gazdasági gi eredetû nitrátszennyez tszennyezéssel ssel szembeni védelmv delmérõl 56/2002. GKM rendelet Az átvételi teli kötelezettsk telezettség g alá eső villamos energia átvételének. szabályair lyairól és árainak megállap llapításáról (megváltozott!) 2005. Évi LXXIX Villamos energia törvt rvény 78/2005.(X.7.) GKM rendelet Az átvételi kötelezettség alá eső villamos v energia árainak megállapításáról. Az 56/2002. GKM rendelet módosítása 35
Célok, szabályozás Szigetszerű kiépítés sok helyszínen Helyben hasznosítása a hőnek és biotrágyának Magas hatásfok elérése Áram átvételi árgarancia 15-20 évre Alapanyag biztosítási garancia Biogáz üzemekben termelt villamos áram kötelező átvételi árai Ausztriában: 100 kw villamos áram teljesítményig 16,5 Cent/kWh (41Ft) 100-500 kw közötti teljesítménynél 14,5 Cent/kWh 500-1.000 kw közötti teljesítménynél 12,5 Cent/kWh 1 MW villamos áram teljesítmény felett 10,3 Cent/kWh (25Ft) Magyar valóság: 18,6Ft/kWh (56/2002 r.) várható: 22,10 Ft/KWh 36
Új átvételi árak 78/2005(X.7.) GKM rendelet időjárás függő időjárástól független (FT/kWh kwh) Csúcs 23 26,12 Völgy 23 23,00 Mélyvölgy 23 9,38 Napi átlag 22,47 Hétvégi átlag 21,30 Éves átlag 22,10 37
Biogáz gázmotoros hasznosítása (gázmotor elektromos teljesítmény) Jelenlegi állapot: Szennyvíztisztítói biogázból: 3,6 MW Mezőgazdasági biogázból: 1,5 MW Depóniagázból: : 0,5 MW Közeljövőben várható: Épül: 3,5 MW Tervezés alatt: 6,5 MW 38
Képek megvalósult berendezésekről 39
Az épülő győri rothasztó tornyok 40
Nyíregyházi anaerob rothasztók 41
Nyíregyházi rothasztó biogáz gázdómja 42
Dunakeszi anaerob rothasztó 43
Dél-pesti termofil rothasztó V = 2000 m 3 44
Biogáz tároló tartály 45
Biogáz fáklya 46
Fúrt depóniagáz kút gázelvezetéssel 47
Műanyag depóniagáz kút 48
Felszín feletti depóniagáz elvezetés 49
Depóniagáz elszívó kompresszor és gázfáklya 50
Biogázt eltüzelő kazánok 51
Gázmotor 52
Biogáz gázmotor 53
Köszönöm érdeklődésüket és figyelmüket! HÓDI JÁNOS MÉLYÉPTERV KOMPLEX MÉRNÖKI RT. 1012 Budapest Várfok u. 14. Telefon:361-214-0380 Email: hodijan@t-online.hu 54