KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2014/3. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2014. július - szeptember 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 2014-es év harmadik kutatási ütemének végrehajtásának menete 2014 júliusától szeptemberig között zajlott. 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 öszszetétele 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. A 2014/3-as kutatási ciklus a szalma biogáz üzemi felhasználhatóságát járta körbe. A szalma cellulózt tartalmaz, ami közvetlenül nem, illetve csak csekély mértékben erjeszthető. Elsősorban emiatt fontos a szalma kutatása, vagyis annak lehetőségének vizsgálata, hogy milyen módon és milyen hatékonysággal illeszthető egy biogáz erőmű receptúrájába. 3
2014/3. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Szalma - kezeletlen, ömlesztett Biomassza erőmű Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, hosszú szálas Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A szalma a beszállítást követően változó, de jellemzően napi kb. 4-6 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A biomassza erőműből beszállított ömlesztett szalma sajnos jelentős mennyiségben tartalmaz idegenanyagot, elsősorban bálakötöző zsineget, illetve követ. Ezek eltávolítása a bejuttatás előtt rendkívül fontos, hiszen jelenlétük ellehetetleníti az anyag felhasználását. A próba során kb. 150 tonna mennyiség került fermentálásra 30 napon keresztül. A keletkező biogáz mennyisége azonban rendkívül csekélynek bizonyult, egy tonnára vetítve csak kb. 50 60 m 3 értéket érte el. A fermentorban jellemzően rendelkezésre álló 50 60 nap tartózkodási idő alatt a szalma beltartalmánál fogva nem bomlott le kellő mértékben, a kigázosodás mértéke elégtelennek bizonyult. Ráadásul a hosszú szálas, helyenként összeálló, összetapadó anyag erősen hajlamos a felúszásra, vagyis a 4
fermentorban uszadék réteg képzésére. Ezáltal többletkeverés vált szükségessé, ami természetesen többletköltséget is jelent. A fotón is jól látszik, hogy a kutatás alá vont szalma összedőlt bálákból áll. A szalma néhol laza, néhol viszont erősen összeállt, összetapadt. Helyenként rothadásnak indult, de a nagyobb hányada száraz. E száraz szalmát előbontás nélkül csak nagyon alacsony hatásfokkal lehet fermentálással hasznosítani, kiváltképp az ebben az esetben rendelkezésre álló tartózkodási idővel. Feltételezhető, hogy magasabb tartózkodási idő (80 120 nap) mellett a biogáz kihozatali érték akár jelentősen is nőhet. Ilyen tartózkodási idő azonban egy normál biogáz üzemben kivitelezhetetlen, tehát a magasabb hatásfok érdekében egyéb módszereket szükséges keresni. Vagyis valamilyen módon a szalmát előkezelni kell, azaz a szalmaszálak előbontásán keresztül egy jobban hasznosítható anyagot kell a fermentortérbe juttatni. A kutatási anyag további két részében két előkezelési módot, illetve a tapasztalatokat ismertetjük. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A (kezeletlen, ömlesztett) szalma ebben a formában csak erősen korlátozott mennyiségben alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 5
2014/3. ütem 2. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Szalma - kukoricás lével előkezelt Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei Az előzőekben ismertetett szalma a korábbi tapasztalatok miatt előkezelést kapott. Az előkezelés az egyébként egy korábbi kutatási ütemben már bemutatott horgász csali gyártási melléktermékkel ( kukoricás lével ) valósult meg. (Fotón az anyag, a szállítási eszköz, mellyel a szalma belocsolása is történt, illetve a kezelésre váró szalma.) A szalmát a kukoricás lével belocsolták, majd átforgatták, hogy a lehető legteljesebb mértékben elkeveredjen egymással a két anyag. Ezt követően az átlocsolt, átkevert ömlesztett szalma mintegy 4 hétig mozgatás nélkül maradt a kezelés helyén. 4 hét után kezdődött meg a kezelt szalma felhasználása, vagyis 6
fermentorba adagolása. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A próba során kb. 150 tonna mennyiség került fermentálásra 30 napon keresztül. A keletkező biogáz mennyisége a kezeletlen szalmához hasonlóan csekélynek bizonyult, egy tonnára vetítve csak kb. 50 60 m 3 értéket érte el, vagyis a fentebb már ismertetett, kezeletlen szalmához viszonyítva nem mutatott pozitív változást. A kukoricás lével kezelt szalma továbbra sem bomlott le kellő mértékben, a kigázosodás mértéke elégtelennek bizonyult. Ráadásul a hosszú szálas, helyenként összeálló, összetapadó anyag továbbra is erősen hajlamosnak bizonyult a felúszásra, a fermentorban uszadék réteg képzésére. Ezáltal ugyanúgy többletkeverés vált szükségessé, mint a kezeletlen szalma esetében. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A kukoricás lével előkezelt szalma csak erősen korlátozott mennyiségben alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 2014/3. ütem 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Szalma biozaggyal előkezelt Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei Az előzőekben ismertetett szalma a korábbi tapasztalatok miatt előkezelést kapott. Az előkezelés a biogáz üzem végtermékével, vagyis a fermentálás során visszamaradó biozaggyal valósult meg. (A fotón a biozaggyal kezelt szalma látható.) 7
A szalmát a biozaggyal belocsolták, majd átforgatták, hogy a lehető legteljesebb mértékben elkeveredjen egymással a két anyag. Ezt követően az átlocsolt, átkevert ömlesztett szalma mintegy 4 hétig mozgatás nélkül maradt a kezelés helyén. A 4 hét után kezdődött meg a kezelt szalma felhasználása, vagyis fermentorba adagolása. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A próba során kb. 150 tonna mennyiség került fermentálásra 30 napon keresztül. A keletkező biogáz mennyisége a kezeletlen, illetve a kukoricás lével kezelt szalmához képest magasabbnak bizonyult, egy tonnára vetítve kb. 80-90 m 3 értéket ért el, vagyis az eddigiekhez képest pozitív változást mutatott. A biozaggyal kezelt szalma a tárolás alatt szemmel is jól láthatóan rothadásnak, bomlásnak indult, ami a kigázosodás mértékét is növelni tudta. Ráadásul az összerothadt szalmaszálak kevésbé bizonyultak hajlamosnak a felúszásra, a fermentorban uszadék réteg képzésére. Bár megjegyzendő, hogy ez csak a kezeletlen, illetve kukoricás lével előkezelt szalmához képest mutat jobb képet, hiszen többletkeverésre így is szükség volt. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A biozaggyal előkezelt szalma ugyan behatárolt mennyiségben, de alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 8
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2014/3-as üteme a szalma fermentálásának lehetőségét járta körbe. A lefolytatott vizsgálatok alapján a kezeletlen, illetve a kukoricás lével kezelt szalma kevésbé, illetve csak erősen korlátozott mennyiségben alkalmas biogáz technológiai feldolgozásra. A biozaggyal, tehát a fermentációs végtermékkel előkezelt szalma viszont jobban hasznosíthatónak bizonyult. További vizsgálata ezzel együtt szükséges lehet, melyben hosszabb előkezelési idő mellett történne az anyag vizsgálata. A program során feldolgozott és fentebb bemutatott anyagok mellett természetesen ezúttal is több további anyag kutatásra történő előkészítése valósult meg ezen ütem időszakában. Az anyag ítélete biogáz technológiai feldolgozhatóság szempontjából. nem alkalmas kevésbé alkalmas alkalmas jól alkalmas kiválóan alkalmas Kezeletlen szalma X Kukoricás lével kezelt szalma X Biozaggyal kezelt szalma X A K + F Program 2014/3. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2014. október 16. 9