KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2013/2. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2013. április - június Készítette: AGROWATT Nonprofit KFT. 1
Előzmények: Az Agrowatt Kft. biogáz kutató központ építkezési munkái 2011 áprilisában befejeződtek. Az ezt követő technológiai próbák, beüzemelés eredményeképp az erőmű próbaüzeme, ezzel párhuzamosan a K + F tevékenység 2011 szeptemberében kezdődött meg. Célok: A kutatás fejlesztési program során különböző, biogáz technológiai felhasználásra feltehetőleg alkalmas anyagok üzemi körülmények között történő kipróbálása történik. A program célja az eredmények folyamatos kiértékelése, dokumentálása, s egy a gyakorlati felhasználókat segítő, ösztönző tudásháttér kialakítása. A program végrehajtásának műszaki feltételei: Az alkalmazott technológia alkálikus iszaprothasztás, menynek során a szerves anyagok lebontása anaerob környezetben történik meg. A technológia mezofil hőmérsékleti tartományban végzett fermentálás. A lebontást különböző baktérium populációk munkája eredményezi. A folyamat eredményeképp egyrészt biogáz, másrészt kierjedt fermentlé keletkezik. A rothasztás műtárgya a fermentor. Az Agrowatt biogáz kutató központban két fermentor, egy normál üzemi, illetve egy kísérleti fermentor található. A fermentor egy szigetelt, megerősített kör alakú betonacél tartály, mely trapézlemez-burkolattal van ellátva. A fermentorban történik az erjesztendő szubsztrát fermentálása 35 és 40 C között. A feltöltés egy szubsztrát vezetéken keresztül történik, amelyik a fermentor folyadékszintje felett végződik. A töltés idővezérelten történik. A beadagolt szubsztrát mennyiségének függvényében az erjedő folyadékba merülő túlfolyó-vezetéken keresztül, adott mennyiségű végtermék kerül átvezetésre a végterméktárolóba. A folyadékszint felett található a gáztér, amely egy gázfóliával le van zárva. A gázfóliát egy szilárdan felszerelt, megerősített szövetből készült ponyvatető burkolja és védi. Nettó térfogata kb. 3080 m 3. A kísérleti fermentor szerkezeti kialakítás szempontjából mindenben megegyezik a fő fermentorral. Térfogata 200 m 3, alapanyag-ellátása a fő fermentorral megegyező módon, de kézi üzemben történik. A kutatási munkát továbbá különböző online mérő berendezések segítik, melyekkel a következő paraméterek folyamatosan nyomon követhetők: közeg hőmérséklet, gáznyomás, üzemidő, tartózkodási idő, rothasztótér szerves anyag-terhelés, gázösszetétel (metán, kén-hidrogén és oxigén), biogáz mennység, betáplált anyag mennyiség, redoxpotenciál. 2
A program végrehajtásának menete: A program ciklusokra osztja az erőmű kutatás-fejlesztési tevékenységét. Egy évben 4 6 ciklus zajlik, tehát egy ütem kb. 60 90 napig tart. A 2013-as év második kutatási ütemének végrehajtásának menete áprilistól június végéig tartott. Egy egy ütemben előreláthatólag 2 5 különböző alapanyag üzemi próbájára van lehetőség. Minden ciklus végén kiértékelésre kerülnek a kísérleti / üzemi eredmények. A kiértékelés az alapanyagok szerint felosztva, az egyes próbákat bemutatva történik. A kutatás-fejlesztési eredmények minél hatékonyabbá tétele, valamint az esetleges kockázatok időben történő elkerülése érdekében az egyes alapanyagok még a tényleges felhasználás előtt többnyire laboratóriumi kivizsgálásra kerülnek. Az anyagokból vett minták laboratóriumi feldolgozását egy nagy tapasztalatokkal rendelkező németországi labor végzi. A laboratóriumi feldolgozás során megállapítást nyer, hogy az adott minta tartalmaz-e a fermentációt, a baktériumok működését gátló anyagokat. Az eljárás a bakteriális életet akadályozó maradványanyagok, mint pl. az antibiotikumok, szulfonamidok kimutatására szolgál. A teszt során nem meghatározott gátlóanyagokat vizsgálnak, hanem azt ellenőrzik, hogy általános gátlóhatás kimutatható-e az adott mintában. A folyamatot szükséges 6,0, 7,2, 7,4 és 8,0 ph tartományban is vizsgálni, mivel a gátlóanyagok hatás optimuma különböző. A gátlóanyag teszt mellett mindig megállapításra kerül a minta száraz, valamint szerves szárazanyag tartalma. Az anyag kémiai összetétele alapján pedig megbecsülik az egyes szubsztrátok üzemi körülmények között várható biogáz potenciálját szerves szárazanyagra, száraz anyagra, valamint teljes anyagra vetítve, valamint a metánképző potenciálját is. A laboratóriumi eredmények ezt követően kiértékelésre kerülnek. A kiértékelés alapján születik döntés arról, hogy az adott alapanyag érdemes, illetve a gátlóanyag teszt alapján alkalmas üzemi / kísérleti feldolgozásra vagy sem. A kiértékelés alapján alkalmas alapanyagok ezután kerülnek a tényleges, üzemi körülmények között zajló szakaszba. Az anyagok feldolgozásának üzemi körülmények között történő kiértékelése folyamatosan történik, a tapasztalatok, eredmények dokumentálását a K + F Program egyes ütemeinek leírása tartalmazza. 3
2013/2. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Kamilla Törökbálint Gőzölésen átesett kamillamaradvány Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szálas anyag, jelentős nedvességtartalommal Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Nem történt laborvizsgálat. 4
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A kamilla (vagy orvosi székfű) terméshozama 4 8 t hektáronként. Illóolaj-lepárlása vízgőz-desztillálással történik, a folyamat végén megmaradó szárrész maradvány került a biogáz erőműbe. Az anyagnak a fermentorba történő beadagolása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A kamillaszár hosszú szálas formában érkezett az üzembe. Emiatt beadagolása előtt aprítás szükséges, amit viszont a magas nedvességtartalma nehezít meg. A próba során kb. 50 tonna menynyiség került fermentálásra. Az eredmények alapján az anyag biogáz potenciálja alacsony, 1 tonna kamillaszárból kb. 60 m 3 biogáz keletkezett. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A kamillaszár kevésbé alkalmas biogáz üzemi felhasználásra, hiszen használata gazdaságosan egyrészről a viszonylag alacsony biogáz potenciál, másrészről a magas előkészítési költség miatt nehézkes. 5
2013/2. ütem 2. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Összetétel, leírás: Árpa léha Gabonatisztító Árpamag tisztítása után fennmaradó hulladék. Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, szemcsés. Szárazanyag tartalom: 90,3 % Szerves szárazanyag tartalom: 90,7 % Elméleti gázkihozatal: 611 l/kg szerves szárazanyag 549 l/kg szárazanyag 496 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 57,7 % Gátlóanyag teszt: negatív minden tartományban Laborvizsgálat, előminősítés eredményei A laborvizsgálat alapján a kutatási szakaszba bocsátható. 6
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A gabonaporlási melléktermék a beszállítást követően napi kb. 3 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. Az árpa léha csekély mennyiségben tartalmaz idegen anyagot, mint például hosszú szárat. A próba során kb. 60 tonna mennyiség került fermentálásra 20 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja megközelíti a laborvizsgálat során mért értéket, 1 tonna árpa porlásból kb. 400 450 m 3 biogáz keletkezett. Az anyag felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentorban. Az anyag adagolása során azonban fokozott felügyelet szükséges, mivel az anyag hajlamos a felúszásra, ezáltal úszó réteg képzésére. Használata többletkeverést tehet szükségessé a fermentorban. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: Az árpa léha megfelelő tisztítást követően és folyamatos felügyelet mellett- alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 7
2013/2. ütem 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Tejiszap Kőröstetétlen Tejipari feldolgozás során keletkező tejiszap Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Folyékony Laborvizsgálat, előminősítés Szárazanyag tartalom: 13,9 % Szerves szárazanyag tartalom: 84,2 % Elméleti gázkihozatal: 675 l/kg szerves szárazanyag 568 l/kg szárazanyag 79 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 68,0 % Gátlóanyag teszt: negatív minden tartományban Laborvizsgálat, előminősítés eredményei A laborvizsgálat alapján a kutatási szakaszba bocsátható. 8
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A tejiszap tartálykocsiban érkezik a biogáz üzembe, ahol az alapanyag fogadó tartályba kerül előtárolásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása szivattyú segítségével a keverőtartályon keresztül történik. A próba során kb. 300 m 3 mennyiség került fermentálásra. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja megközelíti a laborvizsgálat során mért értéket, 1 m 3 tejiszapból kb. 60-70 m 3 biogáz nyerhető ki. Az anyag felhasználása nem váltott ki kedvezőtlen hatást a rothasztó folyamataira. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A tejiszap jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 9
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2013/2-es ütemében a fent bemutatott három anyag került kipróbálásra. A tapasztalatok alapján a kamilla felhasználása, kiváltképp gazdaságos felhasználása nehézkes, ellenben az árpa tisztítási maradék, valamint a tejiszap jól hasznosíthatónak bizonyult. A programban feldolgozott és most leírt anyagok mellett további számos anyag feltérképezése, illetve néhány laboratóriumi vizsgálat történt meg az ütem időszakában. Így például hamarosan sor kerülhet túró-, illetve sajthulladék, valamint a CGF takarmány, a szalma, és a kukoricaszár próbájára. Ezen anyagok a program következő ciklusaiban kerülhetnek a kutatási fázisba. Az anyag ítélete biogáz technológiai feldolgozhatóság szempontjából. nem alkalmas kevésbé alkalmas alkalmas jól alkalmas kiválóan alkalmas Kamilla X Árpa léha X Tejiszap X A K + F Program 2013/2. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2013. július 8. 10