KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2011/2. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2011. november december 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 5 6 ciklus zajlik, tehát egy ütem kb. 60 75 napig tart. A második ütem végrehajtásának menete 2011 novemberében kezdődött és december 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, leírását a K + F Program egyes ütemeinek leírása tartalmazza. 3
2011/2. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel: Kukorica léha Gabonatisztító üzem, Szentkirály Kukorica tisztítása során keletkező léha Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szemcseméret: szilárd, könnyen szálló növényi rész 5 10 mm Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 88,1 % Szerves szárazanyag tartalom: 92,0 % Elméleti gázkihozatal: 578 l/kg szerves szárazanyag 526 l/kg szárazanyag 463 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 54,6 % Gátlóanyag teszt: Értékelés: negatív minden tartományban A laboreredmény alapján az anyag alkalmas biogáz üzemben történő felhasználásra. 4
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A kukorica léha a beszállítást követően napi kb. 2 2,5 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A kukorica léha csekély mennyiségben tartalmaz növényi, fás, illetve egyéb más idegen, vagy a technológia szempontjából túlságosan nagyméretű anyagot. Ezek eltávolítása nehezíti, lassítja kissé a felhasználást. A próba során kb. 25 tonna mennyiség került fermentálásra 12 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja megközelíti a laborvizsgálat során mért értéket, 1 tonna léhából kb. 400 m 3 biogáz keletkezett 52 54 % metán tartalom mellett. Az anyag felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentorban. A fermentációs értékek a laboratóriumi vizsgálatok alapján végig megfelelően alakultak, a biológiai folyamatok lefutása optimális. Az anyag hajlamos a felúszásra, ezáltal úszó réteg képzésére, de a vegyes gabonaporlási melléktermékhez képest kevésbé. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A kukorica léha megfelelő tisztítást követően - jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 5
2011/2. ütem 2. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Napraforgó héj Gabonatisztító üzem, Szentkirály Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szemcseméret: Szilárd, szemcsés 10 20 mm Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 90,8 % Szerves szárazanyag tartalom: 96,4 % Elméleti gázkihozatal: 587 l/kg szerves szárazanyag 564 l/kg szárazanyag 512 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 52,7 % Gátlóanyag teszt: Értékelés: negatív minden tartományban A laboreredmény alapján az anyag alkalmas biogáz üzemben történő felhasználásra. 6
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A napraforgó héj a beszállítást követően napi kb. 2 2,5 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A napraforgó héj csekély mennyiségben tartalmaz növényi, fás, illetve egyéb más idegen, vagy a technológia szempontjából túlságosan nagyméretű anyagot. Ezek eltávolítása nehezíti, lassítja kissé a felhasználást. A próba során kb. 25 tonna mennyiség került fermentálásra 12 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja elmarad a laborvizsgálat során mért értéktől, 1 tonna napraforgó héjból kb. 300 m 3 biogáz keletkezett 52 54 % metán tartalom mellett. A baktériumok általi biológiai feltárás korlátozott, a gázkihozatal elmarad az optimálistól. Az anyag felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentorban. Etetése során mindenképp fokozott felügyelet szükséges, mivel az anyag hajlamos a felúszásra, ezáltal úszó réteg képzésére. Használata többletkeverést tesz szükségessé a fermentorban. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A napraforgó héj megfelelő tisztítást követően és folyamatos felügyelet mellett bár alkalmas fermentálásra, biogáz üzemi felhasználása kevésbé ajánlott más, hasonló tisztítási maradványokhoz képest. 7
2011/2. ütem 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Roppantott kukorica Városföldi Agrárgazdasági ZRt. szarvasmarha telepe Állatok takarmányozására nem alkalmas, bepenészedett roppantott kukorica Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szemcseméret: Szilárd, szemcsés 5 15 mm Laborvizsgálat, előminősítés Nem készült laborvizsgálat. A penészedés- mely miatt az állatok már nem eszik meg a takarmányt - a biogáz üzem biológiai folyamataira még nem veszélyes, mértéke elhanyagolható. Az anyag csekély adagokban kockázat nélkül alkalmas a próbára. 8
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A roppantott kukorica a beszállítást követően napi kb. 2,5 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A roppantott kukorica csak csekély mennyiségben tartalmaz idegen anyagot. A próba során kb. 50 tonna mennyiség került fermentálásra 20 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálját kb. 450 m 3 /t értékre lehet becsülni. Az anyagból keletkező biogáz metántartalma kb. 50 %. A kukorica felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentorban. A fermentációs értékek a laboratóriumi vizsgálatok alapján végig megfelelően alakultak, a biológiai folyamatok lefutása optimális. Az anyag hajlamos a felúszásra, ezáltal úszó réteg képzésére. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A roppantott kukorica jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 9
2011/2. ütem 4. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Sütőipari hulladék Kecskemét Üzletekből visszakerült, el nem adott tésztahulladék Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, tömbös Laborvizsgálat, előminősítés Az anyag jellege miatt fagyott, tehát folyamatosan olvad - nem készült laborvizsgálat. Az anyag csekély adagokban kockázat nélkül alkalmas a próbára. 10
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A sütőipari hulladék a beszállítást követően napi kb. 2 tonnás adagokban került fermentálásra. A sütőipari hulladék fagyasztott állapotban került a biogáz üzembe, felhasználására a felolvadást követően kerülhetett sor. A próba során kb. 60 tonna mennyiség került fermentálásra 30 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálját nagyon magas, kb. 600-650 m 3 /t értékre lehet becsülni. A tészta adagolása viszont negatív hatással volt a biogáz elegy metántartalmára, azt 50 % alá lökte. A tészta felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentorban. A fermentációs értékek a laboratóriumi vizsgálatok alapján végig megfelelően alakultak, a biológiai folyamatok lefutása optimális. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A sütőipari hulladék jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra, biogáz termelő potenciálja kiemelkedő. 11
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2011. évi 2. ütemében a fent megnevezett négy anyag került kipróbálásra. Három anyag (kukorica léha, roppantott kukorica, sütőipari hulladék) esetében egyértelműen kijelenthető, hogy biogáz technológiai szempontból felhasználásuk jól bevált, ajánlott. A napraforgó héj fermentálásra kevésbé javasolt. Egyik kipróbált anyag esetében sem volt tapasztalható probléma a biológiai folyamatokban, a fermentációs minták laboreredményei mindig optimálisak voltak. A programban feldolgozott és most leírt anyagok mellett a további anyagok feltérképezése, adott esetben feldolgozásra való előkészítése történt meg ezen ütem időszakában: konzervgyári szennyvíziszap, baromfi hígtrágya, száraz tyúktrágya, konzervgyári melléktermék, szeszmoslék. Ezen anyagok a program következő ciklusában kerülhetnek a kutatási fázisba. Az anyag ítélete biogáz technológiai feldolgozhatóság szempontjából. nem alkalmas kevésbé alkalmas alkalmas jól alkalmas kiválóan alkalmas Kukorica léha Napraforgó héj Roppantott kukorica Sütőipari hulladék X X X X A K + F Program 2011/2. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2012. január 11. 12