KUTATÁS + FEJLESZTÉS PROGRAM - AKF2013/1. ütem - AGROWATT biogáz kutató központ Kecskemét, 2013. január - március 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 első kutatási ütemének végrehajtásának menete az év elején kezdődött és március 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
2013/1. ütem 1. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel: Szarvasmarha almos trágya Kecskemét, szarvasmarha telep Szalmával kevert istállótrágya Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: szilárd, szálas szalma (aprítás előfeltétel!) Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Szárazanyag tartalom: 30,4 % Szerves szárazanyag tartalom: 54,2 % Elméleti gázkihozatal: 90 l/kg szerves szárazanyag 297 l/kg szárazanyag 108 l/kg teljes anyag Elméleti metánpotenciál: 54,0 % 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 szarvasmarha almos trágya a biogáz üzemek számára az ország szinte teljes területén elérhető alapanyag, emiatt az AGROWATT Kft. is fontosnak tartotta a kutatásba való bevonását. Az istállótrágya a beszállítást követően napi kb. 8 10 tonnás adagokban került fermentálásra. Az anyagnak a fermentorba történő beadagolása a fogadó bunkeren keresztül, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. Az almos trágya sajnos gyakran tartalmaz idegen, a technológiai szempontjából káros hatást jelenthető anyagot, például bálamadzagot, fémdarabot vagy akár köveket. Ezeket a technológiába adagolás előtt teljes mértékben nem lehet eltávolítani, emiatt előfordulhatnak eltömődések, vagy akár károsodások is. A próba során kb. 500 tonna mennyiség került fermentálásra 55 napon keresztül. Az eredmények alapján az anyag biogáz potenciálja nem érte el a laborvizsgálat során mért értéket, 1 tonna marha trágyából kb. 60-70 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 szalmás szarvasmarha trágya 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
2013/1. ütem 2. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely, beszállító: Összetétel, leírás: Zöldség- és gyümölcshulladék Áruház zöldség- és gyümölcs osztálya Lejárt szavatosságú különböző gyümölcsök, zöldségek Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, darabos Laborvizsgálat, előminősítés eredményei Az anyag heterogén jellege miatt nem került sor laborvizsgálatra. Szakirodalmi adatok alapján a különböző gyümölcsök és zöldségek biogáz potenciálja a szerves szárazanyagra vetítve 500 700 l/kg, míg a teljes anyagra vetítve 50 és 100 m 3 /t között váltakozik. 6
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei Az áruházak polcairól lekerülő zöldségek és gyümölcsök teherautóval érkeznek a biogáz erőműbe. A fermentorba történő adagolás a szilárdanyag betápláló vonalon, azaz a fogadó bunkeren át, toló padozat, szállítócsigák közreműködésével valósult meg. A beszállított hulladék jelentős mértékben tartalmazott nem hasznosítható anyagokat, elsősorban csomagolóanyagokat, mint fóliát, hálót vagy papírdobozt. A fogadóbunkerbe történő adagolás előtt tehát ezeket el kellett távolítani. A beadagolás további előfeltétele az aprítás, elsősorban olyan nagyméretű zöldségek, mint a karalábé, vagy a fejes káposzta miatt. A próba során kb. 25 tonna mennyiség került fermentálásra. Az üzemi adatok alapján az anyag mixtúra biogáz potenciálja megegyezik a szakirodalomban fellelhető adatokkal, 1 tonna anyagból kb. 60-70 m 3 biogáz nyerhető ki. Az anyag felhasználása nem okozott kedvezőtlen hatást a rothasztótér biológiájában. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: Az áruházak lejárt szavatosságú vagy romlott zöldség- és gyümölcs hulladékai összetételüknél fogva természetesen alkalmasak biogáz üzemi alapanyagnak. Magas, átlagosan kb. 90 %-os nedvességtartalmuk miatt azonban viszonylag alacsony a biogáz termelő potenciáljuk. A válogatás, aprítás miatt ráadásul magas előkezelési költség jellemzi őket, emiatt felhasználásuk valószínűleg csak ártalmatlanítási díj mellett lehet gazdaságos. 7
2013/1. ütem 3. sz. kutatott alapanyag Vizsgált anyag: Származási hely: Összetétel, leírás: Sütőipari hulladék Kecskemét Üzletekből visszakerült, el nem adott sült péksütemény. Fotó: Fizikai állag, halmazállapot: Szilárd, darabos Laborvizsgálat, előminősítés Nem készült laborvizsgálat. Szakirodalmi adatok alapján a pékségi hulladékok biogáz potenciálja a szerves szárazanyagra vetítve 550 750 l/kg, míg a teljes anyagra vetítve 500 és 650 m 3 /t között váltakozik. 8
Üzemi, kísérleti próba leírása, eredményei A sütőipari hulladék a beszállítást követően napi kb. 2 tonnás adagokban került fermentálásra. A fermentorba történő adagolás a szilárdanyag betápláló vonalon keresztül valósult meg. Ez a típusú sütőipari hulladék (szemben a korábban már kipróbált, fagyasztott állagúval) sült állapotban, műanyag zsákokban került a biogáz üzembe, felhasználására a kicsomagolást követően kerülhetett sor. A próba során kb. 50 tonna mennyiség került fermentálásra 25 napon keresztül. Az üzemi adatok alapján az anyag biogáz potenciálját kb. 400-450 m 3 /t értékre lehet becsülni. 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 volt. Az anyag kutatási értékelése, ítélete: A sütőipari hulladék jól alkalmas biogáz erőműben történő felhasználásra, biogáz termelő potenciálja kiemelkedő. 9
Összefoglalás A kutatási fejlesztési program 2013/1-es ütemében a fent bemutatott három anyag került kipróbálásra. Mindhárom alapanyag jól hasznosítható biogáz üzemi alapanyagként, de ugyancsak mindhárom esetében a bekerülési költségek korlátozhatják gazdaságos felhasználásukat. Egyik kipróbált anyag esetében sem volt tapasztalható negatív következmény a biológiai folyamatokra. 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 Szarvasmarha trágya Gyümölcs és zöldség hull. Sütőipari hulladék X X X A K + F Program 2013/1. ütem lezárult. Kelt: Kecskemét, 2013. április 9. 10