KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2013/3. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2013. 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 2013-as év harmadik kutatási ütemének végrehajtásának menete júliustól szeptember 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 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. 3
2013/3. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel: Juh almos trágya Kecskemét Szalmával, kukoricaszárral kevert trágya Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: szilárd, szálas szalma Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 30,0 % Szerves szárazanyag tartalom: 80,0 % Elméleti gázkihozatal: 400 l/kg szerves szárazanyag 320 l/kg szárazanyag 96 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 55,0 % Gátlóanyag teszt: Értékelés: negatív minden vizsgált ph tartományban A laboreredmények alapján az anyag alkalmas biogáz üzemben történő felhasználásra. 4
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A szalmás juhtrágya a beszállítást követően napi kb. 5 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő beadagolása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A juhtrágya alomtartama hosszú szálas szalma, sőt olykor kukoricaszár. Ezek a technológia szempontjából hátrányosat, hiszen eltömődésekhez vezethetnek. A próba során kb. 100 tonna mennyiség került fermentálásra 20 napon keresztül. Az eredmények alapján az anyag biogáz potenciálja nem érte el a laborvizsgálat során mért értéket, 1 tonna birka trágyából kb. 75 m 3 biogáz keletkezett 50-53 % metán tartalom mellett. Az anyag felhasználása nem váltott ki negatív irányú biológiai hatást a fermentorban. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A juhtrágya alkalmas biogáz üzemi felhasználásra, de meg kell jegyezni, hogy használata gazdaságosan (a viszonylag alacsony gázkihozatali potenciálja miatt) csak minimális szállítási távolság, minimális bekerülési költség mellett elképzelhető. 5
2013/3. ütem 2. és 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Túró- és sajthulladék Kőröstetétlen Forgalomba nem hozható sajt, illetve túróhulladék, selejt Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, tömbös Laborvizsgálat, előminősítés Nem készült laborvizsgálat. Szakirodalmi adatok alapján az anyagok gázkihozatali értéke megközelítőleg 100 130 m 3 /t lehet. 6
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A sajt- és túróhulladék azonos időben került az erőműbe, emiatt kutatásba történő bevonásuk is egy időben, egymással párhuzamosan zajlott. Emiatt kiértékelésüket sem lehet egymástól függetlenül lefolytatni, együttes kezelésük itt is indokolt. A hulladékok csomagolva, illetve műanyag hordókban érkeznek a biogáz üzembe, fermentálásukra a túróhulladék esetében kicsomagolást követően kerülhetett sor. A próba során kb. 60 tonna mennyiség került fermentálásra 30 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyagok biogáz potenciálját kb. 100 m 3 /t értékre lehet becsülni. Felhasználásuk 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 sajt- és túróhulladékok jól alkalmasak biogáz erőműben történő felhasználásra. 7
2013/3. ütem 4. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Összetétel, leírás: CGF takarmány Szabadegyháza A kukorica nedves úti keményítő gyártás során, a keményítő nagyobb része, a csíra és a kukorica glutén kiválasztása után visszamaradó anyag. Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd. Szárazanyag tartalom: kb. 90 % Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Laborvizsgálat nem készült. 8
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A CGF takarmány a beszállítást követően napi kb. 10 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. Az anyag idegen anyagot nem tartalmaz. A próba során kb. 100 tonna mennyiség került fermentálásra 10 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja kb. 250 300 m 3 /tonna. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: Akárcsak a szarvasmarháknál, a CGF takarmány természetes rost, magas fehérje és energia tartalmánál fogva elősegíti a fermentorban zajló biológiai folyamatokat, emiatt kiváló biogáz képző tulajdonságokkal rendelkező anyag. 9
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2013/3-as ütemében a fent részletezett négy anyag került kipróbálásra. A tapasztalatok alapján mind a négy anyag alkalmas biogáz technológiában történő feldolgozásra, a CGF takarmány különösen kiválósan. A programban feldolgozott és most leírt anyagok mellett további számos anyag feltérképezése, illetve néhány laboratóriumi vizsgálat történt meg az ütem időszakában. 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 Juhtrágya X Túróhulladék Sajthulladék CGF takarmány X X X A K + F Program 2013/3. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2013. október 9. 10