-
1
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
STUDIU DE FEZABILITATE
Denumire: INSTALATIE PRODUCTIE BIOGAZ
Amplasament: Comuna Condeesti, judeul Ialomia Consultant: SC
TRINERGI GRUP SRL Bucureti
Faza de proiectare: S.F. -pentru proiecte care prevad lucrari de
constructii i/sau montaj-
Mai 2012
-
2
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
FOAIE DE CAPAT
INSTALATIE PRODUCTIE BIOGAZ
PROIECT REALIZAT DE SC TRINERGI GRUP SRL Faza: S.F. Consultant:
SC TRINERGI GRUP SRL Bucureti Director: Dr. Augustin Ofiteru
......................................... Colectiv de elaborare:
Dr. Mihai Adamescu ........................................ Dr.
Augustin Ofiteru ....................................... Dr. Dan
Ionescu .........................................
Mai 2012
-
3
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
CUPRINS : 1.1. Introducere
...................................................................................................................
4 1.2 Date generale Judetul Ialomita
......................................................................................
6 1.3 Tipuri de biomas i cantitile disponibile
..................................................................
8 1.4 Metodologia de lucru
....................................................................................................
9 1.5. Evaluarea potenialului de biomas n Romnia
........................................................ 11 1.6
Dimensionarea fabricilor de biogaz care utilizeaz materii prime
provenite din fermele de cretere a animalelor
.......................................................................................
14 1.7 Fabrici de biogaz de nivel fermier
..............................................................................
15 1.8 Fabrici de co-digestie centralizate
..............................................................................
19 2. Evaluare costuri ale materiei prime
..............................................................................
22 2.1 Considerente generale privind asigurarea cu materii prime pe
termen lung ............. 23 2.2. Fluxurile de alimentare
(ritmicitate, mrimea depozitului tampon etc) ....................
24 2.3. Modalitati de depozitare
............................................................................................
25 2.4 Asigurarea sigurantei, conditiilor de mediu si calitatii
materiei prime la depozitare . 27 3. Prepararea biogazului in
vederea utilizarii
...................................................................
41 3.1 Plan de
amplasament...................................................................................................
41 3.2 Parametrii biogazului si necesitatea conditionarii acestuia
........................................ 42 3.4. Posibilitatea unui
stoc tampon de biogaz
...................................................................
49 3.4.1 Tancuri de joas presiune
.........................................................................................
49 3.4.2 Tancuri de inalta presiune
........................................................................................
50 4. Instalaia de cogenerare
.............................................................................................
50 4.1 Caracteristici generale
.................................................................................................
50 5. Calcule preliminare cu privire la profitabilitatea
investiiei, costuri, recuperare. ........ 57 5.1. Calcule cu
privire la dimensionarea unei instalatii care are ca baza o ferma
de 500 capete de bovine, 200 hectare teren cu culturi energetice
(porumb), 300 tone glicerina. 57 5.3. Venituri
......................................................................................................................
59 5.3.1 Venituri din valorificarea digestatului
.....................................................................
60 5.3.2 Venituri din valorificarea biogazului
.......................................................................
60 5.3.3 Venituri totale
..........................................................................................................
62 5.4. Costuri
........................................................................................................................
62 5.4.1 Costuri de capital
.....................................................................................................
62 5.4.2 Costurile cu finatarea
...............................................................................................
63 5.4.3. Costurile operationale
.............................................................................................
63 5.4.4. Alte costuri
..............................................................................................................
63 5.4.5. Sumar financiar:
......................................................................................................
64 5.4.5. Profiturile totale
......................................................................................................
65 5.4.6. Durata de recuperare
...............................................................................................
65 6. Concluzii:
..................................................................................................................
66
-
4
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figuri: Figura 1. Zona pentru evaluarea potentialului pentru
productia de biogaz 5 Figura 2. Producia de culturi energetice n
Romnia. ...................................................... 11
Figura 3. Deeuri agricole din producia primar n
Romnia.......................................... 12 Figura 4.
Deeuri agricole din producia secundar n Romnia.
..................................... 13 Figura 5 Reprezentare
schematic a unei fabrici de biogaz de nivel fermier, dotat cu un
digestor orizontal din oel
.................................................................................................
16 Figura 6 Digestor orizontal, construit n Danemarca (Nordisk
Folkecenter, 2001) ......... 16 Figura 7. Reprezentare schematic a
unei fabrici de nivel fermier, dotat cu un digestor de tip dou
ntr-unul, acoperit cu o membran uoar (folie)
....................................... 17 Figura 8. Imagine a unei
fabrici de biogaz de nivel fermier din Danemarca, de co-digestie a
gunoiului animal i a materialului provenit din culturi energetice
................................ 17 Figura 9. Digestor vertical din
Germania, pentru procesarea dejeciilor provenite din fermele de
porci i psri i a biomasei vegetale nsilozate
.............................................. 17 Figura 10.
Digestor vertical din Germania, construit n 2005 pentru digestia
biomasei provenite din culturi energetice
........................................................................................
18 Figura 11 Imagine a unei fabrici de co-digestie centralizat din
Danemarca (LEMVIG BIOGAS)
..........................................................................................................................
19 Figura 13 Principalele fluxuri ale conceptului integrat al unei
fabrici de co-digestie centralizate
........................................................................................................................
21 Figura 14 Localizarea celor 4 ferme care au potentialul (d.p.d.v
al materiei prime) sa produca biogas.
.................................................................................................................
24 Figura 15 Siloz de tip buncr (WIKIPEDIA, 2008)
......................................................... 26 Figura
16. Porumb depozitat pe sol, n grmezi mari, acoperite cu un strat
nierbat ....... 26 Figura 17. Sistem de alimentare pentru curarea
resturilor menajere solide (stnga) i materialele nedorite separate
din resturile alimentare provenite din activitatea de
catering...........................................................................................................................................
28 Figura 18 Exemplu de procedur standard de curare la Ribe biogas
plant, Danemarca 36 Figura 20 Principalele componente ale unei
fabrici de biogaz ......................................... 38
Figura 21. Etapele de procesare n fabricile agricole de biogaz
....................................... 39 Figura 22 Fabric agricol
de biogaz prin co-digestie, care utilizeaz ca materii prime gunoiul
de grajd i porumbul nsilozat
..............................................................................
40 Figura 23 Dispozitive de siguran la presiune i valvele aferente
................................... 42 Figura 24. Sulf elementar,
rezultat n urma desulfurrii biologice n interiorul
digestorului...........................................................................................................................................
45 Figura 25 Schema sistemului de desulfurare n cazul oxidrii
biologice a H2S. .............. 45 Figura 26 Tanc de reacie pentru
ndeprtarea hidrogenului sulfurat ............................... 46
Figura 27. Tancuri de stocare a gazului la joas presiune
................................................ 49 Figura 28.
Copertin constituit dintr-o membran impermeabil pentru gaze, montat
peste digestor, vzut din interiorul acestuia (stnga) (AGRINZ GmbH,
2006), i vedere din exterior
........................................................................................................................
49 Figura 29 Cuptor cu biogaz pentru producerea cldurii
................................................... 51 Figura 30
Motoare Otto cu gaz
.........................................................................................
52 Figura 31 Structura unei microturbine
..............................................................................
54 Figura 32. Schema simplificat a unei pile de combustie
................................................. 55 Figura 33
Prima pil de combustie MCFC pentru biogaz din lume, funcionnd n
Germania
...........................................................................................................................
56
-
5
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
1.1. Introducere Oportunitatea dezvoltrii produciei de biogaz
este n principal legat de disponibilitatea materiei prime necesare
produciei biogazului. Prin urmare, pentru estimarea potenialului de
biogaz este necesar estimarea acestei disponibiliti, a diferitelor
surse de materii prime ce pot fi supuse digestiei anaerobe, precum
deeurile organice i culturile energetice. Scopul acestui studiu
este identificarea zonelor cu cea mai mare densitate de asemenea
surse, care pot fi considerate cele mai potrivite pentru
dezvoltarea de instalaii pentru biogaz. Zona in care are loc
evaluarea potenialului pentru producia de biogaz a fost selectata
ca fiind Judeul Ialomia (Fig. 1).
Figura 1. Zona pentru evaluarea potenialului pentru producia de
biogaz
-
6
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
1.2 Date generale Judetul Ialomita Relieful judeului Ialomia
poart amprenta siturii sale n diviziunea estic a Cmpiei Romne
Brganul, fiind dominat de cmpuri tabulare ntinse i lunci. Circa 65%
din suprafaa judeului aparine Cmpiei Brganului, 15% Luncii Dunrii,
9% Cmpiei Vlsiei i 11% luncii Ialomiei i cmpiei de divagare Arge
Buzu. Altitudinal, relieful n jude se desfoar n trepte de la nord
la sud i de la vest spre est. Zona cea mai nalt 91 m se afl pe
Platoul Hagienilor, lng satul Platoneti, ei alturndu-i-se Piscul
Crsani 81 m i Cmpul Grindu 71 m. Altitudinea minim este de 8 m, n
nordul incintei ndiguite a Braului Borcea. Clima judeului Ialomia
este temperat-continental caracterizndu-se prin veri foarte calde i
ierni foarte reci, printr-o amplitudine termic anual, diurn relativ
mare i prin precipitaii n cantiti reduse. Durata medie anual de
strlucire a Soarelui este cuprins ntre 2.100 i 2300 ore, numrul
anual de zile cu cer senin este de 110; cu cer noros de 123, iar cu
cer acoperit 130 de zile. Temperatura medie anual a aerului crete
de la Nord-Vest (10,40 C la Armeti), ctre Sud-Est (11,10 C la
Feteti). Minima absolut a ajuns pn la 32,50C la Armeti (25
ian.1942), iar maxima absolut pn la +440 C la Amara (august 1951),
fapt ce determin o amplitudine termic maxim de 76,50C.
Precipitaiile atmosferice, variaz ntre 400 i 520 mm/an, cele mai
mici fiind repartizate n Lunca Dunrii, iar cele mai mari fiind n
restul judeului. Vnturile au ca direcii dominante nord-est, nord,
sud-vest i sud, dominante fiind crivul, austrul, bltreul i
suhoveiul. Umezeala relativ a cerului variaz ntre 74 i 76%. Dintre
fenomenele climatice caracteristice se remarc ngheul, bruma i
viscolul, n perioada rece, seceta, roua i grindina, n perioadele
calde ale anului. Reeaua hidrografic a judeului Ialomia cuprinde
:
ape curgtoare : Dunrea veche (75 km.), Braul Borcea (48 km.),
Ialomia (175 km.), Prahova (30 km.), Cricovu Srat, Livezile (7
km.), Bisericii (10 km.);
limane fluviatile : Strachina (5,75 km2), Fundata (3,91 km2),
Iezerul (2,16 km2), cheauca (1,07 km2), Cotorca (0,72 km2),
Jilavele (0,59 km2), Sruica (0,52 km2), Comana (0,43 km2), Maia
(0,29 km2), Rogozu (0,26 km2), Ratca, Murgeanca, Valea Ciorii,
Ctruneti, Hagieti, i altele.
lacuri de lunc : Piersica, Bentu, Bataluri, Marsilieni, Brbtescu
; lacuri de albie : Amara (1,68 km2) ; lacuri artificiale : Dridu
(9,69 km2). Reeaua hidrologic este format din ape freatice
potabile, aflate la adncimi de 2 7
m n lunci i 5 30 m n cea mai mare parte a judeului. Au fost
identificate resurse de ap termal n zonele Amara i Giurgeni, cu o
temperatur de 400C.
Resursele naturale
-
7
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Solurile judeului Ialomia sunt cernoziomuri (193.000 ha.),
cambice (25.000 ha.) i brun rocat ( 1.000 ha.), solurile aluviale
(36.000 ha.) i solurile srturate solonceacuri i soloneuri (800
ha.). i altele. Majoritatea solurilor sunt favorabile agriculturii
constituind una dintre bogiile judeului Ialomia.
Modul de folosin al terenurilor
Suprafaa total a judeului Ialomia este de 445.289 ha. din care :
a. suprafaa agricol 373.690 ha (83,92%) ; b. 25.855 ha pduri i alte
terenuri cu vegetaie forestier (5,8% ); c. 19.360 ha terenuri sub
ape (4,27% ) ; d. 19.532 ha terenuri cu alt destinaie : drumuri i
construcii (4,4%); e. 6.852 ha terenuri neproductive (1,6%). Modul
de folosin a suprafeei agricole este urmtorul : 348.767 ha teren
arabil (93,33% din totalul suprafeei agricole) ; 18.230 ha puni +
fnee (4,87%) ; 386 ha livezi (0,1%) ; 6.307 ha vii i pepiniere
viticole (1,68%).
n judeul Ialomia 204.293 ha sunt amenajate pentru irigat (54,67%
din suprafaa arabil), iar 182.527 ha. pentru desecare (41% din
suprafaa total).
Populaia
La recensmintele organizate n ultimele decenii, populaia
judeului a nregistrat urmtoarele cifre:
- 19 decembrie 1912 172.869 locuitori - 6 aprilie 1941 239.862
locuitori - 5 ianuarie 1977 295.965 locuitori - 7 ianuarie 1992
306.145 locuitori - martie 2002 296.486 locuitori Structura
populaiei de la ultimul recensmnt se poate clasifica astfel: Dup
mediul n care triesc : - n mediul urban triesc 115.478 locuitori,
reprezentnd 38,95% ; - n mediul rural triesc 181.008 locuitori,
reprezentnd 61,05%.
Densitatea populaiei era n martie 2002 de 67 locuitori/km2.
Populaia este grupat n municipiul Slobozia (52.677 locuitori ),
Feteti (33.197 locuitori ) i Urziceni (17.089 locuitori), oraul
ndrei (12.515 locuitori ), iar restul locuiesc n mediul rural
(181.008 locuitori ). Structura populaiei pe grupe de vrste la
ultimul recensmnt arat c 22,27% au ntre 0-14 ani, 23,1% au ntre
15-29 ani, 37,2% au ntre 30-59 ani, 17,3% au peste 60 de ani.
Economia Economia judeului Ialomia reflect caracteristica
resurselor de care dispune, pe suportul produciei agricole
dezvoltndu-se, n special, industria alimentar.
Mediul de afaceri este reprezentat la 1 iunie 2005 de un numr de
aproape 9976 ageni economici nmatriculai, din care cei mai muli
sunt constituii n societi comerciale cu rspundere limitat (5505),
asociaii familiale (1885) i activiti cu caracter independent
-
8
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
(1851). Repartiia teritorial a agenilor economici este: 32% n
Slobozia, 14% la Feteti, 11% la Urziceni, 4% la ndrei, 2% la Amara,
1,5% la Czneti, 1,2% la Fierbini i 34,3% n mediul rural. Dup
domeniul principal de activitate 9,0% ageni economici desfoar
activiti n industrie, 8,8% n agricultur, 3,6% n construcii, 67,7% n
comer, 18,9% n servicii. n jude sunt nmatriculate 185 de societi
comerciale cu participare strin la capitalul social.
1.3 Tipuri de biomas i cantitile disponibile
Agricultura n judeul Ialomia este reprezentat de un sector
preponderent privat care deine, ca urmare a aplicrii legilor
fondului funciar, peste 331.000 ha, adic 95% din suprafaa agricol a
judeului. Judeul Ialomia produce anual, n medie, aproape 900.000
tone cereale, 140.000 de tone plante tehnice, 90.000 de tone
legume, etc. Dispunnd de o larg baz cerealier i furajer judeul
Ialomia are condiii i pentru creterea animalelor, efectivele nsumnd
aproximativ 46 mii capete bovine, 140 mii capete porcine, 125 mii
capete ovine i caprine, 20 mii capete cabaline, 2,4 milioane psri i
altele. Structura agrar Suprafaa agricola a judeului Ialomia la
sfritul anului 2008 era de 374.614 ha, in cretere cu 837 ha fata de
anul 2003. Comparatia anilor 2003-2008 scoate in relief anumite
modificari: cresterea efectivelor de bovine in anul 2008 cu 3.554
capete fata de anul 2003, la ovine cu 45.056 capete in anul 2008
fata de anul 2003, la caprine cu 13.840 capete in anul 2008 fata de
anul 2003, la pasari cu 356.130 capete in anul 2008 fata de anul
2003 si micsorarea efectivelor de porcine cu 3.835 in anul 2008
fata de anul 2003. Productia totala animala a avut o crestere in
perioada 2002-2007 la: carnea de bovine - 831 mii tone si oua - 27
mil. buc. si o scadere la: carnea de ovine si caprine - 956 mii
tone, carnea de porcine - 2.150 mii tone si pasare - 1.283 mii
tone. Productiile totale in perioada 2003 - 2008 la cereale au
inregistrat cresteri cu 390.965 mii tone in anul 2008 fata de anul
2003; la porumb a fost in scadere cu 89.846 mii tone in anul 2008
fata de anul 2003; la floarea soarelui a fost in scadere cu 17.270
mii tone in anul 2008 fata de anul 2003; la cartof a scazut cu
4.262 mii tone in anul 2008 fata de anul 2003.
-
9
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
1.4 Metodologia de lucru Disponibilitatea i evaluarea resurselor
naturale, regenerabile i neregenerabile, constituie probleme
complexe, dintre acestea nefcnd excepie evaluarea biomasei pentru
producia de energie. Rezultatele numeroaselor studii fcute n acest
domeniu sunt strict dependente de obiectivele urmrite de
respectivele studii, precum i de diferite presupuneri. Nici acest
studiu nu face excepie i el avnd o serie de presupuneri i o serie
de limite. Pentru evaluarea disponibilitii resurselor pentru
producia biogazului este n primul rnd necesar estimarea cantitativ
a materiei (biomasei) rezultate din practicile agricole. Trebuie sa
mentionam ca nu am luat in calcul resursele reprezentate de
deeurile urbane, spatiul in care urmeaza sa fie implementat
proiectul fiind reprezentat de mediul rural. Ca atare au fost
estimate/evaluate cantitatile de materie ce pot fi recuperate din
aceste deeuri, avnd n vedere o serie de constrngeri tehnologice i
de mediu asociate cu ali factori locali. Datele utilizate pentru
aceasta evaluare de potential de producere biogaz sunt cele de
management al terenului furnizate de beneficiar cat i din
informaiile raportate la instituiile de statistic naionale i
europene. Pe baza acestora au fost calculate: produciile agricole i
cele de reziduuri agricole asociate recoltelor medii anuale per
hectar i au fost estimai coeficienii de generare a reziduurilor.
Pentru zootehnie estimarea lor s-a realizat pe baza cantitii
rezultate pe cap de animal. n ceea ce privete culturile energetice,
parametrii necesari (productii de biomasa obtinute la hectar,
productia de biogaz pe tona de biomasa si pe tip de cultura, etc)
au fost definiti in diferite proiecte europene (cum ar fi
BiG>East). Ipoteza de baz a acestui studiu este c potenialul de
biogaz este proporional cu potenialul total de biomas al zonei int.
Din potenialul total (vzut ca biomasa total) anumite categorii de
biomas sunt mai potrivite pentru producia de biogaz dect altele i
de asemenea diferite categorii de biomas au disponibilitate diferit
(n termeni cantitativi) i disponibilitate tehnologic diferit (n
termenii accesului real la aceast biomas ca materie prim pentru
biogaz). Pentru a nu se genera confuzii: n acest studiu referirile
la culturile energetice trebuie vzute ca biomas total produs de
terenul agricol i nu n sens strict cultur pentru producia de
energie. De fapt, toat biomasa produs de zonele agricole are n fond
valoare energetic, nsemnnd c poate reprezenta teoretic materie prim
pentru producia de biogaz (sau alt energie produs prin procesarea
biomasei). Asta nu nseamn c va fi realmente folosit ca materie prim
pentru producia de biogaz. Primul pas n dezvoltarea ideii
proiectului unei fabrici de biogaz este acela al realizrii unui
inventar critic al surselor, tipurilor i cantitilor de materii
prime organice disponibile n regiunea Ialomitei.
Exist dou categorii principale de resurse de biomas care pot fi
utilizate drept materii
-
10
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
prime n fabrica de biogaz. Prima categorie include materialul
organic produs n ferme, care cuprinde gunoiul de grajd, culturile
energetice (spre exemplu, porumbul, fnul nsilozat), reziduurile
vegetale, produii secundari rezultai din activitile agricole i
deeurile fermelor. Cea de-a doua categorie const dintr-o serie larg
de reziduuri organice adecvate procesrii n fabricile de biogaz,
precum reziduurile provenite din activitile de catering, deeurile
solide menajere, dar i cele rezultate din industria alimentar i cea
farmaceutic. Conformitatea tuturor tipurilor de materii prime cu
scopul propus trebuie analizat n funcie de potenialul lor
metanogen, digestibilitate, contaminarea posibil cu diverse
substane chimice sau contaminani de natur biologic sau fizic,
precum i din punct de vedere economic (taxe de poart, costuri de
colectare i de transport, costuri cauzate de activitatea de tip
sezonier etc.).
Dimensiunile viitoarei fabrici de biogaz se afl n strns legtur
cu cantitatea disponibil, n mod constant, de materie prim, lucru de
care se ine seam n elaborarea planului acesteia. Costurile de
aprovizionare cu un anumit tip de materie prim trebuie ntotdeauna
luate n considerare n analizele privitoare la conformitatea
acesteia pentru utilizare n procesul de digestie anaeroba.
-
11
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
1.5. Evaluarea potenialului de biomas n Romnia Potenialul pentru
culturi energetice Potentialul judetului Ialomita este unul
considerabil pentru producia primar (inclusiv cea de culturi
energetice) figura 2.
Figura 2. Producia de culturi energetice n Romnia. Se observa
capacitatea mare a Judetului Ialomita de productie culturi
energetice. Se observ cteva zone potrivite pentru producie mare a
culturilor energetice, n special n prile de sud i sud-est ale rii,
cu o producie medie (pentru ntreaga suprafa a unitii) de peste 17
mil tone. Cmpiile din zonele de est, inclusiv judetul Ialomita sunt
pretabile culturii porumbului i prin urmare pentru producia de
biogaz pe baz de culturi energetice. Deeuri agricole
-
12
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 3. Deeuri agricole din producia primar n Romnia Se observ
c aceleai zone cu producie primar energetic ridicat prezint i o
producie ridicat de deeuri agricole. n ultimii ani capacitatea
maxim de deeuri agricole a fost n jur de 6 milioane tone pe an.
-
13
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 4. Deeuri agricole din producia secundar n Romnia.
Judetul Ialomita este un judet cu potential mic spre mediu din
acest punct de vedere. Deeuri din industria alimentar n ceea ce
privete deeurile alimentare, sunt importante dou regiuni, cu
producie n jur de 150000 tone pe an.
-
14
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
1.6 Dimensionarea fabricilor de biogaz care utilizeaz materii
prime provenite din fermele de cretere a animalelor Gunoiul animal
i culturile energetice sunt printre cele mai comune tipuri de
materii prime provenite din activitatea fermier utilizate pentru
aprovizionarea fabricilor agricole de biogaz. n scopul determinrii
dimensiunilor potrivite ale fabricii de biogaz, de exemplu, n ceea
ce privete producia de energie electric, trebuie luat n calcul
tipul materiei prime avute la dispoziie.
Mai mult decat atat pentru ca zona Judetului Ialomita este o
zona cu un sector zootehnic dezvoltat (46 mii capete bovine, 140
mii capete porcine, 125 mii capete ovine i caprine, 20 mii capete
cabaline, 2,4 milioane psri i altele) consideram ca in principiu
prima preocupare pentru producerea de biogaz ar trebui canalizata
catre valorificarea deseurilor rezultate din zootehnie pe de o
parte si pe utilizarea combinata reziduri vegetale/culturi
energetice acolo unde nu exista capacitatea de a promova instalatii
de productie biogaz numai utilizand ca materie prima reziduurile
animaliere. In functie de locatie si de distantele pana la alte
ferme din apropiere, se poate propune dezvoltarea unui cluster de
instalatii producatoare de biogaz in zona de interes. Una din
ideile de baza, in cazul in care sunt mai multi fermieri interesati
de acest sistem este sa se dezvolte intr-o locatie centrala o
facilitate producatoare de biogaz iar ceilalti furnizori de materie
prima si /sau utiliatori ai energiei termice sa se conecteze la
acest sistem. Dezvoltarea unui astfel de cluster care sa integreze
ferme agricole (producatoare de materii prime) instalatia
producatoare de biogaz si instalatile care sa utilizeze caldura
generata va fi mult mai eficienta.
Fabricile agricole de biogaz pot beneficia de pe urma
dimensiunilor mari. Experiena german actual demonstreaz faptul c, n
cazul utilizrii biomasei provenit din culturi energetice drept
materie prim, fabricile de biogaz cu o putere electric instalat mai
mic de 250 kWel necesit eforturi speciale pentru a putea fi
meninute n stare viabil din punct de vedere economic. Dac, dup o
prim evaluare, se constat c dimensiunile fabricii de biogaz sunt
prea mici, ar trebui luat n calcul cooperarea cu ali parteneri,
pentru atingerea dimensiunilor necesare profitabilitii economice.
Aceasta reprezint o practic obinuit n Germania, unde exist fabrici
de biogaz cu mai mult de 15 fermieri asociai, care lucreaz n
cooperare.
Ca exemple au fost realizate estimari pentru mai multe scenarii
de utilizare potentiala a materiilor prime vegetale si respectiv a
deseurilor animaliere. Utilizarea caldurii generate prin arderea
biogazului rezultat constituie in fapt cheia utilizarii eficiente a
unor potentiale instalatii de producere a biogazului. Utilizarea
eficienta a caldurii se rezuma si la dezvoltarea unor
industrii/activitati adiacente cum ar fi procesarea si stocarea
produselor agricole, realizarea de sere, sau utilizarea caldurii
generate pentru incalzirea locuintelor (cu costurile aferente
pentru dezvoltarea infrastructurii necesare transportului la
locuinte).
-
15
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Pentru zona Judetului Ialomita consideram ca sunt posibile 2
scenarii de baza:
a) fabrici de biogaz dezvoltate de fermierii care au ferme
suficient de mari (peste 1500 capete bovine ce echivaleaza cu
productia a 0,5Mwhel si 0,3 MWh cal), si
b) gruparea mai multor fermieri care au capacitati medii de
productie 100- 1000 bovine dar si teren pentru suplimentarea cu
materie vegetala astfel incat sa se obtina cantitati mai mari de
energie electrica si de caldura. Un astfel de sistem denumit
fabrica de co-digestie centralizata are numeroase avantaje in
valorificarea energetica, in special datorita utilizarii eficiente
a caldurii generate. Desigur decizia privind alegerea uneia sau
alteia dintre solutiile prezentate aici este in mainile
investitorilor care pot decide functie de resursele disponibile si
de indicatorii investitiilor care din variante este cea mai
profitabila. 1.7 Fabrici de biogaz de nivel fermier n prezent,
interesul fermierilor pentru tehnologia AD este din ce n ce mai
crescut. Producia de biogaz creeaz noi oportuniti n afaceri, reduce
cantitatea deeurilor i produce un ngrmnt de nalt calitate. La nivel
mondial, exist numeroase tipuri de fabrici pentru biogaz de nivel
fermier. n Europa, ri precum Germania, Austria i Danemarca sunt
printre pionierii produciei de biogaz la scar de ferm. O fabric de
biogaz de nivel fermier deservete o singur ferm, digernd materia
prim rezultat n cursul activitii proprii. Multe fabrici de biogaz
folosesc i co-digestia unor cantiti mici de substraturi bogate n
metan (de exemplu, deeuri uleioase din industria de prelucrare a
petelui, reziduuri de uleiuri vegetale etc.), cu scopul creterii
productivitii n metan. De asemenea, este posibil i alimentarea cu
gunoi animal provenit de la una sau dou ferme vecine (de exemplu,
prin transport auto). Fabricile pentru biogaz de nivel fermier
prezint dimensiuni variate, diverse tipologii constructive, precum
i o serie ntreag de tehnologii de procesare. Unele dintre aceste
fabrici sunt de dimensiuni foarte mici i utilizeaz tehnologii
simple, n timp ce altele sunt foarte mari i complexe, asemntoare
fabricilor centralizate de co-digestie. Totui, toate funcioneaz dup
acelai plan constructiv general: gunoiul este colectat ntr-un bazin
de pre-stocare, situat n apropierea digestorului, care este
alimentat prin pomparea materiei prime pre-stocate. Digestorul este
construit sub forma unui rezervor etan, realizat din oel sau beton
armat i izolat termic, pentru meninerea constant a temperaturii
procesului (mezofil, la aproximativ 350C, sau termofil, la
aproximativ 550C). Digestoarele pot fi de tip orizontal sau
vertical, de obicei prevzute cu sisteme de amestecare, n vederea
omogenizrii substratului i minimizrii riscului de formare a
straturilor de flotaie i sedimentelor. Amestecarea asigur, de
asemenea, i aprovizionarea microorganismelor cu toi nutrienii
necesari. HRT mediu este, de obicei, de 20-40 zile, n funcie de
tipul de substrat i de temperatura de digestie. Digestatul este
utilizat ca ngrmnt pe terenurile agricole ale fermei, iar surplusul
este comercializat ctre fermele care posed culturi vegetale din
vecintate. Biogazul produs
-
16
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
este folosit drept combustibil ntr-un motor cu gaz, n scopul
producerii energiei electrice i a cldurii. O cantitate de
aproximativ 10-30% din cldura i energia electric produs n acest mod
este folosit pentru necesitile proprii ale fabricii de biogaz i
pentru consumul menajer al fermei, n timp ce surplusul este vndut
companiilor energetice, respectiv consumatorilor de energie termic
din zonele nvecinate. Schema de baz a unei fabrici tipice de biogaz
de nivel fermier, dotat cu un digestor orizontal, din oel
inoxidabil, este prezentat n Figurile 4.2. i 4.3..
Figura 5 Reprezentare schematic a unei fabrici de biogaz de
nivel fermier, dotat cu un digestor orizontal din oel
(HJORT-GREGERSEN, 1998). n afara digestorului, avnd un volum de
100-200 m3 i echipat cu un sistem de amestecare lent, fabrica mai
cuprinde i un tanc de pre-stocare a gunoiului, un tanc de stocare a
biomasei digestate, un spaiu de depozitare a biogazului i o unitate
de co-generare a energiei electrice i termice (CHP). Temperatura
procesului AD poate varia, din domeniul mezofil pn la cel
semi-termofil (35-480C), iar timpul de retenie hidraulic, n
intervalul de 15-25 zile. Producia de biogaz se situeaz ntre 40-50
m3 de biogaz per m3 de biomas digerat.
Figura 6 Digestor orizontal, construit n Danemarca (Nordisk
Folkecenter, 2001)
-
17
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Digestorul poate fi construit i sub forma unui cilindru
vertical, cu baza conic constnd dintr-un tanc aa-numit dou
ntr-unul, folosit att pentru stocarea materiei prime, ct i pentru
digestie. Digestorul este construit n interiorul tancului de
stocare a digestatului, tangenial la peretele acestuia, i este
acoperit cu ajutorul unei membrane impermeabile pentru gaz, care va
fi meninut n stare tensionat sub influena biogazului produs. Tancul
este prevzut i cu un mixer electric cu elice. De asemenea, fabrica
deine i un tanc de pre-stocare a co-substratului, precum i o
unitate CHP. Temperatura de procesare este de 22-250C, iar timpul
de retenie hidraulic de peste 50 de zile.
Figura 7. Reprezentare schematic a unei fabrici de nivel
fermier, dotat cu un digestor de tip dou ntr-unul, acoperit cu o
membran uoar (folie) (HJORT-GREGERSEN, 1998)
Figura 8. Imagine a unei fabrici de biogaz de nivel fermier din
Danemarca, de co-digestie a gunoiului animal i a materialului
provenit din culturi energetice (GROENGAS A/S)
Figura 9. Digestor vertical din Germania, pentru procesarea
dejeciilor provenite din fermele de porci i psri i a biomasei
vegetale nsilozate (KRIEG AND FISHER, 2008) O evoluie recent n
domeniul fabricilor de biogaz de nivel fermier este aceea a
utilizrii biomasei rezultate din culturi energetice dedicate.
Avantajul const n coninutul
-
18
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
energetic al acestui tip de biomas, cu mult mai ridicat dect n
cazul celor mai multe deeuri organice. Totui, apar unele limitri i
probleme referitoare la costurile de operare, la modul de utilizare
i la disponibilitatea terenului pentru acest tip de culturi.
Figura 10. Digestor vertical din Germania, construit n 2005
pentru digestia biomasei provenite din culturi energetice (KRIEG
&FISHER, 2008) Pentru zona Ialomitei au fost analizate o serie
de cazuri atat pentru productia in ferme de dimensiuni mici
(d.p.d.v. al productiei potentiale de biogaz) astfel a fost
analizata productia de biogaz ce provine din ferme de vaci cu un
numar de capete de la 500 la 829, 1000, 1500, 2000 capete.
Tip ferma
nr. Capete dejectii/zi KWhcal KWhel total
Suprafata ocupata (ha)
Cost estimat total (mii
euro) bovine 500 34 87 173 260 0.4 1276
829 56.37 162 330 492 0.4 1328 1000 68 202 346 548 0.8 1883 1500
102 318 518 836 0.8 1953 2000 136 434 691 1125 1.8 2480
Anexa 1 cuprinde analiza fermelor de bovine din punctul de
vedere al productiei de biogaz. Astfel se poate observa ca la
aproximativ 1500 capete de bovine productia de energie electrica
ajunge la 0,5 MWh iar cea de energie termica la 0,3 MWh. Costurile
estimate pentru o astfel de investitie se cifreaza la aproximativ
1,953,000 euro. La costuri similare (aprox. 2 mil euro) se ajunge
si daca se utilizeaza biogazul produs intr-o instalatie care
utilizeaza un amestec de siloz de porumb (de pe o suprafata de 200
hectare) si dejectiile animale de la o ferma de 500 capete bovine.
Un caz concret in acest analiza il reprezinta posibilitatea ca spre
exemplu o astfel de unitate de producere de curent electric si
caldura utilizand biogazul sa fie amplasata in Judetul Ialomita in
localitatea Condeesti (unde exista o ferma de 648 capete bovine).
In analiza a fost utilizat un numar de 500 capete de bovine si o
suprafata de 200 hectare.
-
19
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Ca urmare cu o investitie de aproximativ 2 mil euro se poate
realiza o productie de 0.5 MWhel. 1.8 Fabrici de co-digestie
centralizate Co-digestia centralizat reprezint un concept bazat pe
digestia gunoiului animal, colectat din mai multe ferme, ntr-o
fabric de biogaz amplasat central fa de acestea. Localizarea
central a fabricii de biogaz este fcut cu scopul reducerii
costurilor, a timpului i a necesarului de for de munc pentru
transportul gunoiului i a digestatului ntre ferm i fabrica de
biogaz. Gunoiul animal este supus co-digestiei, mpreun cu o
varietate de tipuri de materii prime (de exemplu, reziduuri
agricole digerabile, reziduuri din industriile alimentar, piscicol
si agro-industrii, deeuri organice sortate sau nmol de canalizare).
Fabricile de co-digestie centralizate (de asemenea, denumite i
fabrici de co-digestie comune) sunt folosite la scar mare n
Danemarca (figura 11) dar i n alte regiuni ale lumii cu un sector
zootehnic dezvoltat.
Figura 11 Imagine a unei fabrici de co-digestie centralizat din
Danemarca (LEMVIG BIOGAS) Gunoiul animal (gunoiul de grajd bovin,
cel porcin, precum i dejeciile provenite de la nurci i psri) este
depozitat n tancurile de pre-stocare ale fermei i n canalele pentru
colectarea nmolurilor. De la facilitile de pre-stocare, gunoiul
este transportat, conform unei scheme stabilite, pn la fabrica de
biogaz, n containere tubulare speciale, vidate. La destinaie,
acestea sunt amestecate cu alte co-substraturi, omogenizate i
pompate n tancul de digestie. Fabrica de biogaz este responsabil
pentru colectarea i transportul gunoiului proaspt de la ferme ctre
fabric i a digestatului n sens invers. Digestatul este transportat
direct la suprafeele de teren pe care trebuie aplicat ca ngrmnt,
unde fermierii i-au stabilit, deja, un numr de faciliti de
post-stocare a acestuia. Procesul de digestie are loc att la
temperaturi mezofile, ct i la temperaturi termofile, iar HRT este
de 12-25 zile. Dup digestie, are loc un proces controlat de
igienizare a substratului, n scopul realizrii unei reduceri
eficiente a populaiilor de ageni patogeni i a capacitii germinative
a seminelor buruienilor, asigurndu-se, n acest mod, o reciclare
sigur a digestatului, ca ngrmnt.
-
20
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Alimentarea digestorului se face n flux continuu, amestecul de
biomas fiind pompat n digestor i evacuat din acesta n cantiti
egale, ntr-o secven de pompare strict. Digestatul evacuat este
transportat prin conducte pn la tancurile de stocare. n multe
cazuri, aceste tancuri sunt acoperite cu ajutorul unor membrane
impermeabile, n scopul captrii biogazului produs n faza de
post-digestie (pn la 15% din total), la temperaturi mai sczute.
Biogazul rezultat este colectat mpreun cu cel produs n interiorul
digestorului. Digestatul este supus analizelor i se realizeaz
caracterizarea acestuia din Figura 12 Reprezentare schematic a
circuitului nchis al unei fabrici de biogaz centralizate (AL SEADI,
2003)
punct de vedere al coninutului n nutrieni (DM, VS, N, P, K, pH),
dup care este transportat ctre ferme (furnizorilor de materie prim)
i depozitat n tancurile de post-stocare de pe teren. Fermierii
primesc numai cantitatea de digestat permis prin lege a fi
dispersat pe terenul agricol, excesul fiind comercializat ctre
fermele nvecinate. n toate cazurile, digestatul este inclus n
planurile pentru fertilizare ale fiecrei ferme, acesta nlocuind
ngrmintele minerale. Astfel, producia de biogaz reprezint o etap n
circuitul de reciclare a nutrienilor din gunoiul animal i deeurile
organice (Figura 4.9.). Multe fabrici centralizate sunt echipate,
de asemenea, i cu instalaii pentru separarea fraciilor lichid i
solid din digestat.
-
21
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 13 Principalele fluxuri ale conceptului integrat al unei
fabrici de co-digestie centralizate (TAFDRUP, 1994 and AL SEADI,
2003)
-
22
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Co-digestia centralizat reprezint un sistem integrat de producie
a energiei regenerabile, de tratament al deeurilor organice i de
reciclare a nutrienilor. Aceasta genereaz beneficii la nivel
agricol, de mediu i economic pentru fermieri, pentru personalul
operator al fabricii de biogaz i pentru societate n ansamblu,
asigurnd: Reciclarea ieftin i fr riscuri de mediu a gunoiului
animal i a deeurilor organice. Producerea energiei regenerabile.
Reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser. O securitate veterinar
mbuntit, prin sterilizarea digestatului. O eficien a fertilizrii
mbuntit. Mai puine inconveniente cauzate de mirosuri neplcute i
insecte. Beneficii economice pentru fermieri. Cele mai multe
fabrici de co-digestie centralizate sunt organizate sub forma
companiilor cooperatiste, fermierii care le aprovizioneaz cu
materii prime fiind, n acelai timp, acionari i proprietari. De
obicei, aceste companii posed un comitet de directori, responsabil
cu managementul fabricii, cu angajarea personalului necesar, precum
i cu ncheierea tuturor acordurilor economice i legale de cooperare
cu privire la construcia fabricii, aprovizionarea acesteia cu
materie prim, distribuirea/redistribuirea ngrmntului rezultat,
comercializarea energiei i finanare. n Danemarca, companiile
cooperatiste s-au dovedit a fi structuri organizaionale fezabile
din punct de vedere economic i funcional. 2. Evaluare costuri ale
materiei prime Pentru evaluarea costurilor materiei prime au fost
utilizate valorile de pe site-ul Ministerului Agriculturii care
sunt valori medii inregistrate in cursul anului 2010. Astfel pentru
siloz de porumb a fost utilizata valoarea de 0,12 RON pe kg (28 ,3
euro/tona). Productia la porumb siloz a fost estimata ca fiind
cuprinsa intre 25 si 40 tone/ha la terenul neirigat si de 60-80
tone/hectar la porumbul irigat. Valoarea utilizata de noi a fost de
40 tone/ha. Evaluarile realizate in cadrul acestui studiu se
bazeaza pe participarea activa fermierilor astfel incat nu au fost
luat in calcul nici un pret al dejectiilor animaliere. Singurul
pret inclus in calcul este cel legat de trasnportul acestora catre
instalatiile de biogaz. Pentru calcule am utilizat o distanta medie
de aproximativ 25 km intre diferitele facilitati cu un cost mediu
de 1.5 RON/Km, rezultand un cost mediu de 75 RON pe trasnportul de
50 tone. Costul pe tona al materiei prime (gunoi de grajd) este
estimat in acest caz la 1,5 RON pe tona.
-
23
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
2.1 Considerente generale privind asigurarea cu materii prime pe
termen lung Planificarea cu succes a unui proiect pentru biogaz
implic elaborarea unor scheme de aprovizionare cu materii prime.
Exist dou tipuri de scheme de aprovizionare: pentru cazul existenei
unui singur furnizor i pentru acela al existenei mai multor
furnizori. 1. Un singur furnizor (spre exemplu, ferm, productor de
deeuri organice) posed suficient
gunoi animal, deeuri organice, teren agricol sau toate cele
menionate aici, pentru a putea furniza ntreaga cantitate de materie
prim necesar funcionrii fabricii de biogaz.
2. Mai muli furnizori (de exemplu, ferme mai mici, productori de
deeuri organice) care lucreaz mpreun ntr-un consoriu (de exemplu,
ntr-o cooperativ, societate civic) pentru a construi, opera i livra
materie prim ctre o fabric de biogaz.
n ambele cazuri este important asigurarea unei aprovizionri
constante i pe termen lung cu cantitatea necesar de materie prim
pentru procesul AD. Acest lucru este destul de simplu de realizat,
n cazul n care furnizorul este reprezentat de o singur ferm, cu
terenul propriu aferent pentru cultivare. n cazul consoriului de
proprietari i furnizori de materie prim, fiecare furnizor trebuie s
semneze un contract pe termen lung, coninnd, cel puin, urmtoarele
precizri i prevederi: Durata contractului. Garantarea cantitii de
materie prim sau a suprafeei cultivate. Garantarea calitii biomasei
livrate. Plile condiionate de cantitatea i calitatea materiei prime
livrate. n situaia n care furnizorii de materie prim sunt, de
asemenea, i investitori sau coproprietari ai fabricii de biogaz,
trebuie negociat un contract separat cu fiecare dintre acetia, n
care sunt stipulate ndatoririle i obligaiile lor.
-
24
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 14 Localizarea fermelor care insumeaza potenialul necesar
de biomasa pentru biogas.
Loc. Tip Ferma Nume proprietar Societate comerciala
numar capete
Productie MW
ferme care ar putea produce biogaz
Amara Bovine Amara Manea Toni 829 4.7 2.4
Balaciu Bovine BALACIU List Ronen S.C. GHENIA FARM S.R.L. 880
5.0 2.5
Cazanesti Porcine CAZANESTI Matei Nistor
S. C. AGRISOL INT. RO. SRL 44377 24.0 12.0
Cazanesti Porcine CAZANESTI Balaban Adrian
S. C. FERMEPLUS S.R.L. 22467 12.1 6.1
Slobozia Pasari Slobozia Stanoiu Dumitru S. C. AVICOLA SA 498500
8.7 4.3
Total 54.5 27.3 2.2. Fluxurile de alimentare (ritmicitate,
mrimea depozitului tampon) Furnizarea i transportul materiei prime
joac un rol important n cadrul operrii unei fabrici de biogaz. Este
important asigurarea unei alimentri stabile i continue cu materie
prim, ntr-o cantitate i de o calitate corespunztoare. n cazul n
care operatorul fabricii de biogaz este, n acelai timp, i
productorul materiei prime, calitatea superioar a acesteia poate fi
garantat cu uurin. n numeroase situaii, fabricile de biogaz
folosesc materii prime suplimentare, provenite de la fermele din
vecintate, din industrie sau din gospodrii. n aceste cazuri,
managementul calitii materiilor prime este, n mod inevitabil,
necesar, n scopul verificrii i analizrii atente a
-
25
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
materialului furnizat. ntr-o prim etap, este absolut necesar un
control vizual al fiecrui lot de materie prim. Apoi, trebuie
nregistrat masa de material, precum i toate celelalte date
privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul materiei
prime, procesul de obinere i calitatea sa). O atenie sporit trebuie
acordat n cazul materiilor prime clasificate drept reziduuri, cnd
poate fi necesar ndeplinirea unor cerine obligatorii (n funcie de
categoria n care acestea se ncadreaz), precum i a unor condiii de
ordin legal i administrativ. 2.3. Modalitati de depozitare
Silozuri de tip buncr pentru materii prime energetice Silozurile
de tip buncr au fost proiectate iniial pentru depozitarea
nutreurilor, astfel nct s fie compensat variaia sezonier a
acestora. n prezent, acest mod de depozitare este folosit din ce n
ce mai mult n cazul materiilor prime utilizate pentru producerea
biogazului, adic a materiilor prime energetice. Materiile
depozitate trebuie s fie de provenien vegetal, cu un coninut
adecvat de umiditate (55-70%, n funcie de modul de depozitare, de
gradul de compresie i de coninutul de ap ce va fi pierdut n cursul
depozitrii). Materia prim stocat sufer un proces de fermentaie, iar
bacteriile fermentative utilizeaz energie pentru a produce acizi
grai volatili (VFA), precum: acetat, propionat, lactat i butirat,
care ajut la conservarea materialului depozitat. Rezultatul acestor
procese este scderea coninutului energetic fa de materia vegetal
original, de vreme ce bacteriile fermentative folosesc o parte din
cantitatea de carbohidrai pentru a produce VFA. n ri precum
Germania, materiile prime sunt depozitate n silozuri de tip buncr,
construite din beton armat (figura 15) sau n grmezi mari, pe sol
(Figura 16) Materialul este compactat cu ajutorul buldozerelor,
pentru a fi obinut un volum minim de depozitare, n acest mod fiind
eliminat i aerul coninut. Minimizarea coninutului de oxigen este
necesar, cu scopul evitrii proceselor aerobe. n acest sens, se
procedeaz i la acoperirea materialului cu folii din material
plastic, fixate n loc cu ajutorul anvelopelor de main sau al
sacilor cu nisip. Ca o alternativ, se poate folosi i acoperirea
natural, de exemplu, prin aplicarea unui strat nierbat, care ajut i
la compactarea silozului. Pe unele silozuri se cultiv chiar i gru,
n timp ce altele sunt lsate complet descoperite, lucru care conduce
la scderea costurilor pentru acoperire, ns mrete pierderile de
energie ale silozului. n cazul silozurilor de tip buncr, trebuie
ntotdeauna luat n considerare faptul c, n urma procesului de
fermentaie a materiei depozitate, sunt eliberate lichide ce pot
contamina cursurile de ap, dac nu sunt luate msuri de precauie.
Coninutul ridicat de nutrieni poate duce la eutrofizare
(dezvoltarea algelor, adic nflorirea apelor). De asemenea,
efluentul conine acid azotic, cu efect coroziv.
-
26
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 15 Siloz de tip buncr (WIKIPEDIA, 2008)
Figura 16. Porumb depozitat pe sol, n grmezi mari, acoperite cu
un strat nierbat (RUTZ, 2007)
Tancuri pentru stocarea materiilor prime fluide Materiile prime
fluide sunt, n general, depozitate n tancuri subterane din beton
armat, ermetizate mpotriva scurgerilor. Aceste tancuri, similare
celor utilizate n agricultur pentru stocarea gunoiului de grajd
fluid, au o capacitate suficient pentru depozitarea pe o perioad de
1-2 zile. n scopul prevenirii emisiilor, toate tancurile de stocare
trebuie acoperite. Soluia aleas pentru acoperire trebuie s asigure
o descoperire uoar i posibilitatea ndeprtrii sedimentelor formate.
Atunci cnd tancurile de stocare sunt plasate la un nivel mai
ridicat comparativ cu digestorul (topografie n pant), fora
hidraulic determinat de nclinaie elimin necesitatea echipamentelor
de transport (pompelor), n acest fel economisindu-se energie.
Co-substraturile (fie lichide, fie solide) pot fi amestecate, n
tancul de stocare, cu substratul principal, zdrobite, omogenizate i
transformate ntr-o mixtur fluid. n acest amestec trebuie evitat
formarea cocoloaelor, sedimentarea, apariia straturilor de flotaie
i separrile fazelor. Din acest motiv, tancurile de stocare sunt
dotate cu mixere, combinate adeseori cu instrumente de tiere i
zdrobire pentru omogenizarea substraturilor. n cazul tancurilor de
stocare, amestecarea se efectueaz cu aceleai tehnici folosite i n
cazul digestoarelor.
-
27
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Tancurile de stocare necesit operaii simple de ntreinere,
acestea incluznd ndeprtarea straturilor de sedimente, precum i
nisipul i pietriul, care altfel ar reduce capacitatea de depozitare
a tancului. Sedimentele sunt ndeprtate folosindu-se platforme de
rzuire, dispozitive cu melc rotativ, pompe de vidanjare, tancuri de
colectare sau agregate montate n podea. Materiile prime de
provenien industrial pot necesita msuri de sanitaie i, din acest
motiv, trebuie ntotdeauna manevrate i depozitate strict separat de
locul de recepie al materiilor prime provenite din agricultur, n
scopul prevenirii amestecrii acestora, nainte de procesarea cu
ajutorul echipamentului de sanitaie. n scopul minimizrii
mirosurilor neplcute emanate de fabrica de biogaz, ca i din motive
practice, livrarea, stocarea i prepararea materiilor prime trebuie
s fie executate n ncperi echipate cu sisteme de ventilaie dotate cu
biofiltre. Astfel, echipamentul este protejat, i att operarea, ct i
activitile de monitorizare pot fi conduse indiferent de condiiile
meteo. 2.4 Asigurarea sigurantei, conditiilor de mediu si calitatii
materiei prime la depozitare Condiionarea materiilor prime
influeneaz eficiena i fluxul procesului AD. Scopul condiionrii l
constituie, pe de o parte, ndeplinirea cerinelor de sanitaie, iar
pe de alta, creterea digestibilitii materiei prime. Condiionarea
materiei prime confer un potenial important pentru optimizarea
procesului AD i conduce la creterea ratei digestiei i a produciei
de biogaz. Exist cteva posibiliti de condiionare i optimizare a
materiilor organice folosite n fabrica de biogaz, cum ar fi
zdrobirea mecanic, procese de dezintegrare (deja utilizate pentru
tratarea reziduurilor menajere) i etapa de hidroliz n
contra-curent.
Sortarea i separarea Necesitatea sortrii i separrii impuritilor
i a materialelor nedorite coninute n substraturile materiilor prime
depinde de originea i de compoziia acestora. Materialele de siloz
sunt printre cele mai curate materii prime, n timp ce, spre
exemplu, gunoiul de grajd i cel menajer pot conine pietre i alte
impuriti mecanice. Acestea sunt ndeprtate, n general, prin
sedimentare, n tancurile de stocare (iar, n cazul nisipului, chiar
n interiorul digestoarelor), fiind necesar, apoi, ndeprtarea
periodic a acestora de pe fundul recipienilor respectivi. n multe
cazuri este utilizat i un pre-tanc, dotat cu grtare speciale pentru
reinerea pietrelor i a celorlalte corpuri strine, naintea pomprii
materiei prime n tancul principal de stocare. Gunoiul menajer i
resturile alimentare provenite din activitatea de catering pot
conine diferite impuriti (reziduuri din ambalajele din material
plastic, metale, lemn, sticl i alte materiale non-digestibile),
care pot s deterioreze pompele i s blocheze conductele i
digestoarele (Figura 17). Aceste impuriti pot fi ndeprtate cu
ajutorul unui sistem separat de colectare a resturilor menajere,
spre exemplu, sau pot fi ndeprtate manual sau prin metode mecanice
sau magnetice.
-
28
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 17. Sistem de alimentare pentru curarea resturilor
menajere solide (stnga) i materialele nedorite separate din
resturile alimentare provenite din activitatea de catering
(dreapta) (RUTZ, 2007)
Sanitaia Manipularea, tratarea i reciclarea resturilor organice
trebuie fcut fr vtmarea oamenilor, vieuitoarelor i a mediului
nconjurtor. Legislaia european i cea naional reglementeaz
practicile de tratare a deeurilor, pentru prevenirea riscurilor
epidemice i de igien, stabilind tratamentul termic potrivit n cazul
materialelor de risc. n toate cazurile, sanitaia materiilor prime
trebuie efectuat nainte de pomparea acestora n digestor. Motivul l
constituie evitarea contaminrii ntregii cantiti de material i
pstrarea la nivel sczut a costurilor de sanitaie. Sanitaia este
condus, de obicei, n tancuri separate, din oel inoxidabil, nclzite
i conectate la sistemul de alimentare al digestorului. Parametrii
tipici pentru sanitaie sunt: temperatura, presiunea, timpul minim
garantat de retenie (MGRT) i volumul. Temperatura materialului,
ulterior procesului de sanitaie, este mai ridicat dect temperatura
din timpul procesului AD. Din acest motiv, nainte de a alimenta
digestorul, materialul sanitizat este trecut printr-un schimbtor de
cldur, unde are loc transferul unei pri din cldur ctre biomasa cu
temperatur mai sczut, care este pompat n digestor.
Zdrobirea Zdrobirea materiilor prime pregtete suprafeele
particulelor pentru procesul de descompunere biologic, deci pentru
producerea subsecvent de metan. Procesul de descompunere decurge
mai rapid atunci cnd mrimea particulelor este mai redus. Cu toate
acestea, mrimea particulelor influeneaz doar timpul de digestie, ns
nu determin, n mod necesar, i creterea cantitii de metan produse.
Zdrobirea materiei prime se afl n conexiune direct cu sistemul de
alimentare. Ambele operaii pot fi conduse prin intermediul unui
motor electric sau cu ajutorul arborelui de transmisie al unui
tractor.
nmuierea i omogenizarea nmuierea materiei prime este necesar n
scopul obinerii unui coninut relativ ridicat de ap al acesteia,
astfel nct s poat fi ncrcat n digestor prin pompare. nmuierea are
loc n tancurile de stocare sau n pre-digestoare, naintea pomprii
materialului n digestorul principal. Lichidele folosite n procesul
de nmuiere sunt alese n funcie de disponibilitatea acestora i
sunt
-
29
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
constituite, n general, din gunoi de grajd lichid brut,
digestat, ap de procesare sau chiar ap proaspt. Avantajul utilizrii
digestatului n procesul de nmuiere este acela al reducerii
consumului de ap proaspt i al inoculrii substratului cu
microorganismele necesare procesului AD, care are loc la nivelul
digestorului. Acest lucru poate prezenta importan n post-sanitaie
sau n cadrul procesului de curgere lent. Cu toate acestea,
folosirea digestatului pentru nmuiere poate avea drept consecin
creterea coninutului n sruri i nutrieni al substratului, ceea ce
poate conduce la dezechilibrarea procesului sau chiar la inhibiia
acestuia. Aceleai precauii trebuie luate i n cazul utilizrii apei
provenite din procesele de splare, deoarece substanele
dezinfectante pot avea un impact negativ asupra microorganismelor
necesare procesului AD. Folosirea apei potabile trebuie evitat din
cauza costurilor crescute. Omogenitatea substratului este important
pentru stabilitatea procesului AD. Materiile prime fluide sunt
omogenizate prin amestecare n tancul de stocare, n timp ce
materiile solide trebuie omogenizate n cursul procesului de
alimentare. Fluctuaiile mari ale tipurilor de materii prime
livrate, precum i ale compoziiei acestora, supun microorganismele
AD stresului, acestea fiind obligate s se adapteze continuu noilor
substraturi i schimbrii permanente a condiiilor de mediu. De
obicei, acest fapt conduce la scderea produciei de biogaz.
Experiena demonstreaz necesitatea existenei unor loturi stabile i
constante de materie prim, pe perioade mai lungi de timp, n scopul
obinerii unui proces AD stabil i sntos (echilibrat), lucru care va
determina o producie mai ridicat de metan. Procesul AD aplicat
gunoiului animal i deeurilor biologice poate conduce la apariia de
noi ci de transmitere a agenilor patogeni i a bolilor provocate de
ctre acetia, ntre oameni, vieuitoare i mediul nconjurtor:
n cazul oamenilor, poate determina apariia bolilor infecioase,
iritaia mucoaselor, bronit, astm i alergie.
n cazul animalelor domestice i a faunei slbatice, poate
determina transmiterea zoonozelor, precum i a altor boli.
Deeurile de origine animal i uman, utilizate drept materii prime
pentru procesul AD, conin diverse bacterii patogene, parazii i
virui. Speciile patogene prezente n mod normal n gunoiul de origine
animal i n cel menajer sunt reprezentate de bacterii (de exemplu,
Salmonellae, Enterobacter, Clostridiae, Listeria), parazii (de
exemplu, Ascaris, Trichostrangylidae, Coccidae), virui i fungi.
Co-digestia deeurilor provenite din abatoare i din industria de
procesare a petelui, a nmolurilor de canalizare i a bioreziduurilor
prezint un potenial de cretere a diversitii agenilor patogeni, care
se pot raspndi n sol i pot ptrunde n lanul alimentar al oamenilor i
al celorlalte vieuitoare. Digestatul produs de fabricile de biogaz
este, de obicei, aplicat ca ngrmnt pe cmpurile agricole aparinnd
ctorva ferme individuale. Riscul de rspndire a agenilor patogeni
prin aplicarea digestatului trebuie prevenit, prin implementarea
msurilor standard de siguran veterinar. Msurile sanitare enumerate
mai jos contribuie la controlul efectiv al agenilor patogeni i al
altor materii infecioase prin procesul AD:
-
30
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Controlul sntii eptelului. Nu se vor utiliza materii prime
provenite din fermele n care eptelul prezint probleme de
sntate.
Controlul materiilor prime. Tipurile de biomas care prezint un
risc nalt de contaminare cu ageni patogeni trebuie excluse din
procesul AD.
Pre-sanitaia separat a categoriilor specifice de materii prime
este obligatorie, dup cum este prevzut n Regulamentul European EC
1774/20021. n funcie de categoria materiei prime, reglementrile
solicit fie pasteurizarea (la 70oC, timp de o or), fie sterilizarea
sub presiune (la minimum 133oC, pentru cel puin 20 de minute i o
presiune absolut a aburului de minimum 3 bari).
Sanitaia controlat. n cazul categoriilor de materii prime care
nu necesit un proces separat de pre-sanitaie, conform
Regulamentului EC 1774/2002, combinaia dintre temperatura
procesului AD i timpul minim garantat de retenie (MGRT), la aceast
temperatur, n interiorul digestorului, va conferi o
reducere/inactivare eficient a agenilor patogeni din digestat.
Controlul eficienei reducerii agenilor patogeni din digestat,
prin utilizarea organismelor indicatoare. Eficiena reducerii
agenilor patogeni nu trebuie presupus, ci verificat prin folosirea
uneia dintre metodele acreditate care utilizeaz organisme
indicatoare (de exemplu, log10 al FS).
Reducerea efectiv a numrului agenilor patogeni din digestat este
asigurat prin implementarea unui proces separat de pre-sanitaie, n
cazul tipurilor de materie prim care necesit msuri speciale de
sanitaie (de exemplu, ape reziduale provenite din abatoare,
reziduuri alimentare din industria de catering, reziduuri de
flotaie). n cazul tipurilor de materie prim care nu necesit msuri
separate de sanitaie (gunoi animal, culturi energetice, reziduuri
vegetale, alte reziduuri), sanitaia i reducerea numrului agenilor
patogeni este asigurat prin nsui procesul AD. Unii parametri de
procesare, precum temperatura, timpul de retenie n interiorul
digestorului, pH-ul etc., au o influen direct sau indirect asupra
eficienei sanitaiei prin procesul AD.
Temperatura Temperatura de procesare influeneaz procesul de
sanitaie. n cazul pre-tratamentului materiilor prime, eficiena
reducerii numrului agenilor patogeni crete odat cu creterea
temperaturii.
Timpul de retenie n cazul fabricilor de biogaz care trateaz
gunoiul animal, biomasa vegetal provenit din activitile fermelor,
precum i alte tipuri de materii prime non-problematice, sanitaia
este rezultatul combinrii temperaturii i a MGRT. Influena
temperaturii i a MGRT asupra distrugerii agenilor patogeni este
artat n Tabelul 9.4., care prezint timpii de decimare, n cazul
ctorva tipuri comune de ageni patogeni prezeni n gunoiul animal.
Spre exemplu, n cazul Salmonella typhimurium, distrugerea a 90% din
populaie are loc n 0,7 ore ntr-un digestor care funcioneaz la
temperatura de 53oC (digestie
1 Textul complet al (EC)No1774/2002 preciznd regulile sanitare
aplicate produselor secundare de origine animal, nealimentare este
disponibil pentru descrcare la adresa www.big-east.eu
-
31
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
termofil), n 2,4 zile ntr-un digestor care opereaz la 35oC
(digestie mezofil), ns aceeai reducere a populaiei de Salmonella
are loc n 2-6 sptmni la temperatura ambiental, n gunoiul
netratat.
Valoarea pH-lui Reducerea populaiilor de microorganisme
(bacterii) poate avea loc n medii acide sau alcaline. Din acest
motiv, pre-hidroliza anumitor tipuri de biomas determin o scdere
semnificativ a valorii pH-ului i reduce populaiile de
microorganisme cu pn la 90% (din cauza efectului toxic al acizilor
organici).
-
32
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Tabelul 1 Timpii de decimare (T-90)* ai unor bacterii patogene
comparaie ntre gunoiul animal tratat prin procesul AD i gunoiul
netratat (BENDIXEN, 1999)
Bacteria Gunoi tratat prin procesul AD Gunoi netratat 530C
(temperatur
termofil) ore
350C (temperatur mezofil)
zile
18-210C spt.
6-150C spt.
Salmonella typhimurium
0,7 2,4 2,0 5,9
Salmonella dublin 0,6 2,1 - - Escherichia coli 0,4 1,8 2,0 8,8
Staphilococcus aureus 0,5 0,9 0,9 7,1 Mycobacterium
paratuberculosis
0,7 6,0 - -
Coliform bacteria - 3,1 2,1 9,3 Grupul D-Streptococi - 7,1 5,7
21,4 Streptococcus faecalis 1,0 2,0 - -
* Timpul de decimare T-90 reprezint timpul de supravieuire al
microorganismelor cercetate. Timpul decimare T-90 este definit
drept timpul necesar descreterii unei populaii viabile cu o unitate
logaritmic (log10), ceea ce este echivalent cu o reducere de 90%
(SCHLUNDT, 1984).
Originea gunoiului de grajd lichid Timpul de via al agenilor
patogeni depinde de originea gunoiului lichid. Salmonellae, de
pild, supravieuiete un timp mai ndelungat n gunoiul de grajd de
origine bovin, dar, pe de alt parte, gunoiul porcin conine mai
multe organisme infecioase, din cauza densitii mai mari a
animalelor i a prezenei agenilor patogeni n hran. Efecte
pozitive/negative Aglomerarea n scop protectiv a microorganismelor
(bacteriilor) poate prelungi procesul de inactivare a agenilor
patogeni.
Coninutul de substan uscat Unele tulpini de Salmonella
supravieuiesc o perioad mai lung n cazul unui coninut de substan
uscat mai mare de 7%.
Coninutul de amoniac Inactivarea agenilor patogeni este mai
eficient n substraturile cu un coninut ridicat de amoniac. Datorit
faptului c, n digestat, concentraia amoniacului este mai mare dect
n cazul gunoiului brut, i eficiena inactivrii agenilor patogeni
este, n mod corespunztor, mai mare.
Tipul digestorului n digestoarele cu amestecare complet, materia
prim proaspt adugat poate oricnd s contamineze substratul deja
sanitizat. Chiar i n interiorul unui reactor cu flux lent, n care
particulele se mic uniform, o uoar amestecare nu poate fi prevenit.
Din aceast
-
33
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
cauz, n reactoarele cu amestecare nu poate fi garantat un timp
minim de retenie. Acest lucru poate fi asigurat numai n sisteme cu
alimentare discontinu, n care digestorul este, mai nti, umplut, iar
apoi complet golit dup digestie (de exemplu, metoda de alimentare n
trane a unui sistem AD uscat).
O serie de ri europene posed reglementri de nivel naional ce
prevd standarde de igien/sanitaie de urmat n cursul operrii
fabricilor de biogaz care fie utilizeaz pentru procesele de
digestie gunoiul animal provenit de la mai multe ferme, fie
folosesc procese de co-digestie a gunoiului animal i reziduurilor
organice. Una dintre cele mai importante reglementri europene
privitoare la procesul AD este aa-numitul Regulament privitor la
produsele secundare de origine animal EC 1774/2002, care stabilete
condiiile necesare pentru tratarea i reciclarea deeurilor de
origine animal. Regulamentul identific trei categorii principale de
produse secundare de origine animal i precizeaz condiiile de
tratare i de sanitaie a acestora, echipamentul necesar etc. Conform
Tabelului 9.5., tratamentul produselor secundare de origine animal
din categoria 1, n fabricile de biogaz, nu este permis. Cu excepia
gunoiului de grajd lichid, al coninutului stomacal i intestinal
(separat din stomac i intestine), al laptelui i colostrului (permis
a fi utilizat fr pre-tratament, atunci cnd nu exist niciun pericol
de rspndire a bolilor), toate produsele secundare de origine animal
din categoria 2, nainte de a fi procesate ntr-o fabric de biogaz,
trebuie sterilizate cu abur sub presiune, la 133C, 3 bari, i, de
asemenea, s fie supuse tratamentului termic, timp de cel puin 20 de
minute, dup atingerea temperaturii de 133oC, ntr-o fabric special
autorizat pentru acest scop. Dimensiunile particulelor substratului
tratat trebuie s fie
-
34
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
2. Gunoi animal provenit de la toate speciile i coninutul
tractului digestiv al mamiferelor
- Toate materialele de origine animal colectate la tratarea
apelor reziduale provenite din abatoare sau din fabricile de
procesare din categoria 2, cu excepia fabricilor din categoria 1 de
tratare a apelor reziduale provenite de la abatoare.
- Produse de origine animal care conin reziduuri de substane
medicamentoase de uz veterinar. Animale moarte, altele dect
rumegtoarele.
n vederea supunerii la procesul AD trebuie sterilizate sub
presiune, timp de 20 de minute, la 1330C i 3 bari. NB: Gunoiul de
grajd i coninutul tractului digestiv pot fi utlizate direct n
procesul AD, fr un tratament prealabil.
3. Toate prile animalelor sacrificate, declarate ca fiind
potrivite consumului uman, sau neafectate de orice semne de boal -
Piei de animale.
n vederea supunerii la procesul AD trebuie sanitizate n tancuri
separate, timp de 1or, la 70 0C.
n plus fa de tratamentul termic obligatoriu, Regulamentul
privitor la produsele secundare de origine animal definete o serie
de alte condiii obligatorii de procesare, pentru operarea
fabricilor de biogaz, precum i condiiile de igien care trebuie
ndeplinite de produii finali. n cazul reziduurilor provenite din
buctrii i a altor resturi alimentare aparinnd categoriei 3,
autoritile naionale responsabile pot s autorizeze excepii de la
condiiile de procesare menionate mai sus, cu condiia aplicrii unei
sanitaii echivalente (Tabelul 9.6.). Principala condiie pentru
autorizarea metodelor alternative de procesare o constituie dovada
distrugerii tuturor agenilor patogeni, echivalent pasteurizrii.
Tabelul Error! No text of specified style in document..2. Exemplu
de sanitaie controlat, echivalent pasteurizrii la 70oC timp de 1 or
(Danemarca) (BENDIXEN, 1995)
Temperatura Timpul de retenie (MGRT) ntr-un
tanc pentru digestie termofil a)
Timpul de retenie (MGRT) prin tratamentul ntr-un tanc de
sanitaie
separat b)
nainte sau dup digestie ntr-un tanc de reacie
termofil c)
nainte sau dup digestie ntr-un tanc de
reacie mezofil d)
52,0oC 10 ore
53,5oC 8 ore
55,0oC 6 ore 5,5 ore 7,5 ore
60,0oC 2,5 ore 3,5 ore
-
35
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Tratamentul trebuie efectuat ntr-un tanc de digestie, la
temperaturi termofile, sau ntr-un tanc de sanitaie, combinat cu
digestia ntr-un tanc de reacie termofil sau mezofil. Combinaia
dintre temperatura specific/MGRT trebuie respectat. a) Digestia
termofil are loc, n acest caz, la 52oC. Timpul de retenie hidraulic
(HRT)
n interiorul digestorului trebuie s fie de cel puin 7 zile. b)
Digestia poate avea loc fie nainte, fie dup procesul de
pasteurizare. c) Vezi punctul a) d) Temperatura de digestie mezofil
trebuie s fie cuprins ntre 20-52oC. Timpul de
retenie hidraulic trebuie s fie de cel puin 14 zile. Condiiile
de sanitaie difer n funcie de tipul fabricii de biogaz (proces
termofil sau mezofil). Mai mult, n cazul tratamentului colectiv al
materialelor aparinnd categoriilor diferite sunt utilizate cele mai
stricte reglementri aplicabile. n cazul reziduurilor provenite din
buctrii i a altor resturi alimentare, precum i n cazul mrfurilor
alimentare expirate care nu au venit n contact cu produse secundare
de origine animal netratate, trebuie asigurai urmtorii parametri
pentru procesul AD termofil: temperatura 55C, timpul de retenie
hidraulic de 20 de zile, cu un timp minim de reziden garantat de 24
de ore, dimensiunile particulelor 12 mm. n fabricile de biogaz care
folosesc procesele mezofile (n intervalul de temperatur n jurul
valorii de 37C), sanitaia termic are loc numai ntr-o msur redus. n
acest caz, sanitaia trebuie asigurat prin tratamentul termic al
tuturor materialelor care conin reziduuri domestice provenite din
buctrii, sau prin demonstrarea, n mod relevant, a reducerii
satisfctoare a populaiilor de ageni patogeni. Pentru evitarea
apariiei riscului de infecie, reglementrile stabilesc separarea
strict a activitilor de cretere a animalelor de zonele n care sunt
amplasate fabricile de biogaz. Transportul, depozitarea
intermediar, pre-tratamentul necesar (mrunirea, reducerea
dimensiunilor particulelor), precum i procesarea n fabricile de
biogaz sunt strict reglementate. Aceleai reglementri se aplic i n
cazul sectoarelor de curare, dispozitivelor de curare, zonelor de
dezinfecie, controlului duntorilor, obligaiilor de nregistrare i
documentare, controalelor de igien, precum i ntreinerii
corespunztoare a tuturor instalaiilor i calibrrii tuturor
instrumentelor de msur. Mai mult, toate fabricile de biogaz trebuie
s aib la dispoziie un laborator propriu, autorizat oficial, sau s
apeleze la serviciile unui laborator extern autorizat, pentru
analiza probelor i efectuarea testelor asupra eficienei reducerii
populaiilor de ageni patogeni.
-
36
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 18 Exemplu de procedur standard de curare la Ribe biogas
plant, Danemarca (AL SEADI, 2000) Suprafaa pe care i desfoar
activitatea fabrica de biogaz trebuie separat n zone necontaminate
i zone contaminate. Cele dou zone trebuie pstrate strict separate.
Spaiile de curare a mijloacelor de transport, cisternelor de
vidanjare, precum i cele destinate decontaminrii personalului
fabricii trebuie, de asemenea, bine delimitate. Figura 9.1. prezint
un exemplu de procedur standard pentru curarea vehiculelor
utilizate pentru transportul biomasei, la Ribe Biogas Plant,
Danemarca. n scopul evitrii deplasrilor fr ncrctur, cisternele de
vidanjare trebuie s transporte gunoiul de grajd proaspt de la ferme
pn la fabrica de biogaz i digestatul de la fabrica de biogaz ctre
ferme. Pentru evitarea contaminrii dintre gunoiul proaspt i
digestat, cisterna trebuie splat dup fiecare transport, n
conformitate cu procedura descris mai sus. Contaminarea ntre ferme
este mpiedicat prin deservirea cte unei singure ferme i evitarea
transporturilor ntre acestea. 2.4 Evaluare initiala instalaii
necesare la depozitare Deoarece exist o serie ntreag de tipuri
diferite de materii prime, de diverse origini, care se preteaz
proceselor de digestie n fabricile de biogaz, exist, n mod
corespunztor, i tehnici variate de tratare a acestor tipuri de
materii prime, precum i numeroase modaliti de construcie a
digestoarelor i sistemelor de operare. Mai mult, n funcie de tipul,
mrimea i condiiile de operare ale fiecrei fabrici de biogaz, exist
variate tehnologii pentru condiionarea, stocarea i utilizarea
biogazului, posibil de a fi implementate. n ceea ce privete
stocarea i utilizarea digestatului, acestea sunt, n principal,
orientate ctre folosirea sa ca ngrmnt, i, de asemenea, ctre msurile
necesare pentru protecia mediului legate de aceast activitate.
Procedura standard de curare a vehiculelor de transport al
gunoiului de grajd: Dup ce coninutul de biomas a fost complet
evacuat din cistern, toate suprafeele interioare ale cisternei
sunt cltite cu ap de robinet, pn cnd apele reziduale devin complet
limpezi.
Dup ce cisterna este goal i cltit complet,
toate suprafeele interioare sunt splate cu o soluie de NaOH
0,2%, de cel puin 200 litri n cazul unui tanc de dimensiuni mai
mari, i de cel puin 150 litri n cazul unuia de mici dimensiuni.
Dup un interval de 2 minute, cisterna este
pregtit pentru a fi reumplut cu biomas digestat.
n timpul dezinfectrii, trebuie cltite toate
zonele exterioare ale cisternei i ale vehiculului, n special
roile acestuia.
-
37
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Principalele etape de procesare care au loc ntr-o fabric de
biogaz sunt prezentate schematizat n figura 19. Etapele de
procesare descrise cu caractere italice nu sunt practici comune
pentru fabricile agricole de biogaz. Figura 19. Etapele de
procesare n tehnologia biogazului (PRAL, 2008) Diferenierea n
procese AD umede i uscate este numai una teoretic, de vreme ce
toate procesele microbiologice au loc, ntotdeauna, n medii fluide.
Delimitarea dintre procesele de digestie umed i uscat este
determinat de gradul de fluiditate al materiei prime. Un coninut de
substan uscat (DM) de peste 15% desemneaz faptul c materialul este
prea puin fluid i nu poate fi pompat, n acest caz, procesul AD
fiind definit drept digestie uscat. Alimentarea direct a
digestorului cu materie prim relativ uscat (cum este porumbul
nsilozat) conduce la creterea coninutului de substan uscat a
mixturii folosite ca materie prim. Componenta principal a unei
fabrici de biogaz este digestorul (tancul de reacie AD), care este
acompaniat de un numr de alte componente (Figura 20).
Zdrobire Sortare Pasteurizare
Descrcare
Desulfurare
Uscare
Sechestrarea CO2
Stocarea gazului
Digestie umed Digestie uscat
Substraturi de materie prim
Substrat Condiionarea substratului
Tehnologia de digestie
Sistemul de procesare a biogazului
Livrare Stocare
Utilizarea biogazului
Stocarea i utilizarea digestatului
-
38
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 20 Principalele componente ale unei fabrici de biogaz
(PRAL, 2008) Fabricile agricole de biogaz opereaz, n general, n
patru mari etape de procesare (Figura 21.):
1. Transportul, livrarea, stocarea i pre-tratamentul materiei
prime. 2. Producerea biogazului (AD). 3. Stocarea digestatului,
eventual condiionarea i utilizarea acestuia. 4. Stocarea
biogazului, condiionarea i utilizarea sa.
Etapele de procesare prezentate n Figura 7.3. sunt, mai departe,
ilustrate n Figura 7.4., n care se reprezint, simplificat, schema
unei fabrici agricole de biogaz prin co-digestie.
1. Prima etap de procesare (stocarea, condiionarea, transportul
i alimentarea cu materie prim) necesit un tanc de stocare pentru
gunoiul de grajd (2), recipieni de colectare (3), tancul de
sanitaie (4), tancuri de stocare cu ncrcare direct din mijloacele
de transport (5) i sistemul de alimentare cu materie prim solid
(6).
2. A doua etap de procesare const n producerea de biogaz n
reactorul de biogaz (7), de asemenea denumit i digestor.
3. A treia etap a procesrii este reprezentat de stocarea
digestatului n tancul de stocare (10) i de utilizarea acestuia ca
ngrmnt pe terenurile de cultur (11).
4. A patra etap de procesare (stocarea biogazului, condiionarea
i utilizarea acestuia) are loc la nivelul tancului de stocare a
biogazului (8) i a unitii de co-generare a energiei (CHP) (9).
Cele patru etape de mai sus ale procesrii sunt strns legate ntre
ele. n particular, ntre etapa a doua i cea de a patra exist o
legtur strns, ntruct etapa a patra asigur, n mod obinuit, cldura
necesar procesrii n cadrul etapei a doua.
-
39
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 21. Etapele de procesare n fabricile agricole de biogaz
(PRAL, 2008)
Livrare i depozitare
Condiionare i pre-tratare (opional) Separare, sortare, zdrobire,
nmuiere,
omogenizare
Alimentare transport, dozare
Producerea biogazului Digestie anaerob n interiorul
digestorului
Digestat Biogaz
1. Etap de procesare
2. Etap de procesare
Depozitarea digestatului i/sau
post-digestie Condiionarea digestatului
Biogaz
ndeprtare sau
compostare fr
separare solid-lichid
Separare solid-lichid (opional)
ngrmnt lichid
ndeprtare, compostare
4. Etap de procesare 3. Etap de procesare
Depozitarea biogazului
Condiionarea biogazului
Utilizarea biogazului
-
40
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
Figura 22 Fabric agricol de biogaz prin co-digestie, care
utilizeaz ca materii prime gunoiul de grajd i porumbul nsilozat
(LORENZ, 2008) Alegerea tipului i a planului general al unei
fabrici de biogaz depinde, n principal, de natura materiei prime
avute la dispoziie. Cantitatea materiei prime determin
dimensionarea digestorului, a capacitilor de stocare, precum i a
unitii energetice. Calitatea materiei prime (coninutul n substan
uscat, structura i originea acesteia etc.) determin alegerea
tehnologiei de procesare. n funcie de compoziia materiei prime,
poate fi necesar un proces de separare a materialelor nedorite,
nmuierea i zdrobirea materiei prime sau adugarea de ap, astfel nct
amestecul s devin fluid i s poat fi pompat. n cazul n care materia
prim este susceptibil la contaminare, devine necesar includerea
unei etape de sanitaie n schema general de funcionare a viitoarei
fabrici de biogaz. n cazul folosirii tehnologiei AD umede,
proiectarea fabricii se realizeaz, n mod normal, pentru o procesare
AD ntr-o singur etap, n flux, a materiei prime. Atunci cnd
procesarea include dou etape, naintea digestorului principal se
adaug un pre-digestor. Pre-digestorul creeaz condiiile optime
pentru reaciile care au loc n cadrul primelor
1 Grajduri 2 Tancuri pentru gunoiul lichid 3 Recipiente de
colectare pentru reziduuri biologice 4 Tanc de sanitaie 5 Tancuri
de stocare cu ncarcare direct din mijloacele de transport 6 Sistem
de alimentare cu materii prime solide 7 Digestor (reactor de
biogaz)
8 Tanc de stocare a biogazului 9 Uzina energetic n co-generare
10 Tanc de stocare a digestatului 11 Terenuri agricole 12
Transformator/Energie n reea 13 Utilizarea cldurii
-
41
SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1,
Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel:
+4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected]
www.trinergi.ro
dou faze ale procesului AD (hidroliza i formarea mediului acid).
Dup ieirea din pre-digestor, materia prim este introdus n
digestorul principal, unde au loc fazele urmtoare ale procesului
AD. Substratul digestat (digestatul) este evacuat din digestor prin
pompare i ncrcat n tancurile de stocare. Acestea trebuie acoperite
cu copertine impermeabile pentru gaze, deoarece producerea i
colectarea biogazului poate continua i la temperatura ambiental
(post-digestie). Ca o alternativ la aceasta, digestatul poate fi
stocat i n containere deschise, avnd la suprafaa sa un strat de
flotaie, natural sau artificial, n scopul minimizrii emisiilor de
suprafa. Utilizarea standard a digestatului este aceea de ngrmnt
lichid pe terenurile agricole. Biogazul produs este stocat,
condiionat i folosit pentru producerea energiei. Utilizarea
standard a acestuia este pentru producerea de energie prin
co-generare, n centrale termice de tip bloc, unde are loc generarea
s