KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2014/2. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2014. 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 2014-es év második kutatási ütemének végrehajtásának menete 2014 április és június között zajlott le. 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
2014/2. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Kínai kel levél Hűtőház Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 12,9 % Szerves szárazanyag tartalom: 81,8 % Elméleti gázkihozatal: 610 l/kg szerves szárazanyag 499 l/kg szárazanyag 64,3 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 54,7 % 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 kínai kel levél a beszállítást követően napi kb. 1,5 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével, problémamentesen valósult meg. A próba során kb. 15 tonna mennyiség került fermentálásra 10 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja kb. 60 m 3 a teljes anyagra vetítve. Az anyag felhasználása a fermentációs folyamatokban nem váltott ki negatív hatást. A kínai kel levele jól kezelhető, biogáz üzemben optimálisan felhasználható. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A kínai kel levél alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra, de biogáz kihozatali képessége alacsony. 5
2014/2. ütem 2. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Fű (frissen kaszált) Ipari üzem kaszált területe, Kecskemét Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, szálas Laborvizsgálat Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 12,0 % Szerves szárazanyag tartalom: 95,0 % Elméleti gázkihozatal: 579 l/kg szerves szárazanyag 550 l/kg szárazanyag 66,0 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 57,9 % Gátlóanyag teszt: Értékelés: negatív minden vizsgált ph tartományban A laboreredmények alapján az anyag alkalmas biogáz üzemben történő felhasználásra. 6
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A fű a beszállítást követően napi 0,5-1 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A friss fű egy nagy kecskeméti gyár kaszált, jól rendben tartott zöldterületéről érkezett az üzembe, ezért idegen anyagot, faágat, illetve kommunális hulladékot csak elenyésző mennyiségben tartalmazott. Fontos ezt kihangsúlyozni, hiszen a 2011/1-es kutatási ütemben már vizsgálat tárgyát képezte parkokból, közterületekből érkező zöldkaszálék. Az akkori negatív tapasztalatokkal szemben tehát ebben az esetben az idegen anyagtól gyakorlatilag mentes fű bejuttatása problémamentesen megvalósult. A próba során kb. 50 tonna mennyiség került fermentálásra kb. 65 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja kb. 60-65 m 3 tonnánként stabil, 55% közeli metántermelés mellett. Az anyag felhasználása nem váltott ki negatív irányú hatást a fermentációs folyamatokban. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A friss fű ebben a formában alkalmas biogáz üzemi feldolgozásra, de az anyagból kinyerhető biogáz mennyisége a kínai kel levélhez hasonlóan viszonylag alacsony. 7
2014/2. ütem 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Borsó szilázs Állattenyésztő telep Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd Laborvizsgálat eredményei Szárazanyag tartalom: 24,1 % Szerves szárazanyag tartalom: 88,6 % Elméleti gázkihozatal: 504 l/kg szerves szárazanyag 447 l/kg szárazanyag 107,6 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 54,7 % Gátlóanyag teszt: Értékelés: negatív minden tartományban A laboreredmény alapján az anyag alkalmas biogáz üzemben történő felhasználásra. 8
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A borsó szilázs a beszállítást követően napi 5 6 tonnás adagokban került felhasználásra. Az anyagnak a fermentorba történő bejuttatása a több szilárd halmazállapotú alapanyaghoz hasonlóan fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A bejuttatás során az anyag jellegéből adódó nedvesség okozott némi problémát, mivel nagyobb mennyiségben történő betöltés mellett az anyag olykor eltömítette az anyagtovábbító csigákat. A próba során kb. 175 tonna mennyiség került fermentálásra kb. 30 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálja kb. 100 m 3 a teljes anyagra vetítve. Az anyag felhasználása során a fermentációs folyamatokban negatív hatás nem volt tapasztalható. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A borsó szilázs jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra. 9
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2014/2-es ütemében a fent leírt három növényi alapanyag került a kutatási programba. A lefolytatott vizsgálatok alapján mindhárom anyag alkalmas biogáz technológiában történő hasznosításra, bár a kínai kel levélből és a friss fűből nyerhető biogáz mértéke viszonylag alacsony. 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 Kínai kel levél X Fű (frissen kaszált) X Borsó szilázs X A K + F Program 2014/2. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2014. július 8. 10