Az ENA adalék talán a legjelentősebb felfedezés a műanyagok feltalálása óta

 

 

 Segítjük az ipart és az üzleti vállalkozásokat, hogy a műanyagszennyezés csökkentésével ökobarátabbakká válhassanak

Bioüzemanyag műanyagból és fahulladékból

Ha ENA-val kezelt műanyaghulladékot vagy ENA-AD vagy ENA-ADW adalékot adunk egy anaerob reaktorba, amelyben szokványos műanyag hulladékot vagy fahasadékot is használnak nyersanyagként, akkor a műanyaghulladék és a fahasadék természetes módon lebomlik és metán biogázt termel.

Earth Nurture Anaorob reaktor,

 amely műanyaghulladékot + ENA adalékot használ

Reaktor fedele

                                BIOGÁZ                                     biogázmérő

                                    Biogáz-kivezetés

Gázfáklyához vagy

kapcsolt energiatermelésre

 

Buborék és lebegőanyag         Effluens kimenet         Másodlagos lagúnába

keverése                                                 másodlagos fermentációra

PORÍTOTT fahasadék vagy műanyaghulladék + ENA

Komplex szubsztrátok

CH4 + CO2

aktív szilárd anyag

A reaktorokat a tartózkodási idő optimalizálásával tervezik (jellemzően 22-28 nap) a metánbefogás maximalizálása érdekében.

 

Gyors tények

Az anaerob reaktorok számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek előnyösek a környezetre és a lakosság egészségére nézve, például csökkentik az üvegházhatást okozó gázok és a szerves hulladékok mennyiségét, csökkennek a szagok és lebomlanak a kórokozók.

  • Az anaerob rothasztás technológiája szén-semleges, és célja, hogy olyan biogázt termeljen, amely alkalmas fűtésre, elektromos vagy mechanikai energiatermelésre vagy a természetes gázellátás pótlására.
  • 2010-ben 162 anaerob reaktor 453 kWh energiát termelt az Egyesült Államokban mezőgazdasági műveletekben.  Ez az energia elegendő 25.000 átlagos méretű lakás energiaellátásához.
  • Európában az anaerob reaktorokat arra használják, hogy a mezőgazdasági, ipari és lakossági hulladékokat biogázzá alakítsák, amit 97%-os tiszta metánra lehet feldúsítani és földgáz helyett vagy elektromos áramtermelésre használni.  Az európai nemzetek közül Németország áll vezető helyen 6.800 nagyipari anaerob reaktorral, amit Ausztria követ 551-gyel.
  • A fejlődő országokban kisipari anaerob reaktorokat használnak önálló vidéki közösségek fűtési és főzési igényeinek a kielégítésére. Kínában becslések szerint 8 millió anaerob reaktor van, Nepálban pedig 50.000. Indiában egy új, állam által támogatott rendszer van fellendülőben.

Az alábbi ábra mutatja az anaerob reaktorok számát néhány kiválasztott európai országban

 

 

Németország

Ausztria

Franciaország

Svájc

Hollandia

Svédország

Egyesült Királyság

Finnország

Törökország

Írország

 

Forrás: tagállamok országos jelentése, Isztambul, 2011. április, IEA Bioenergiai feladat, 37

 

Háttér

Az anaerob rothasztás olyan természetes folyamat, amelyben a baktériumok levegőtől elzárt körülmények között bontják le a szerves anyagot, és biogázt, valamint biotrágyát termelnek. A szerves anyagok széles választéka szolgálhat alapanyagul, például trágya, ételhulladék és szennyvíz, bár az összetétel az adott iparágtól függ, hogy például mezőgazdasági, ipari vagy szennyvízkezelési vagy egyéb ágazatról van-e szó.  Az anaerob reaktorokat mezofil vagy termofil üzemelésre (35°C vagy 55°C) is tervezhetik. A hőmérsékletet szigorúan szabályozzák a bomlási folyamat alatt, hogy a mezofil vagy termofil baktériumok életben maradjanak.  Az eredményül kapott biogáz éghető és így fűtésre és elektromos áram termelésére használható, vagy feldúsítható  megújuló földgázzá, ami autók üzemanyagául szolgálhat vagy kiegészítheti a földgázellátást.  A biotrágyát pedig trágyaként lehet felhasználni.

 

Leírás

Az anaerob rothasztásnak meghatározott folyamata van, amely négy elkülönülő fázisból áll: előkezelés, rothasztás, biogáz-feldolgozás és felhasználás, valamint a szilárd hulladék elhelyezése vagy újrahasznosítása.

 

Az előkezelés során a hulladékokat elkülönítve vagy keverve úgy kell feldolgozni, hogy biztosítva legyen a lebonthatóságuk a reaktorban.

 

  1. A rothasztás során a hulladékokat a baktériumok bontják le, miközben biogáz termelődik.
  2. A biogázt vagy elégetik vagy feldúsítják és a fosszilis tüzelőanyag pótlására használják. A feldúsítás során tisztítóberendezésekkel, membránokkal vagy más eszközökkel eltávolítják a szennyeződéseket és a széndioxidot (CO2) a biogázból és
  3. újrahasznosítják vagy elhelyezik a szilárd bomlásterméket.  A bomlástermék magas tápértéket tartalmaz, ezért trágyaként felhasználható, amennyiben nem tartalmaz kórokozókat vagy mérgező anyagokat, vagy pedig tovább komposztálható a tápanyagtartalom növelésére.

 

A rothasztás folyamata

A rothasztás vagy bomlás három lépésben történik. Az első lépés hidrolízissel és savtermeléssel jár, ahol az enzimeket kiválasztó baktériumok a polimereket olyan monomerekké változtatják át, mint például a glükóz és aminosavak, majd ezek a monomerek nagyobb illékonyságú zsírsavakká változnak át. A második lépés a savtermelés, amelyben acetogén (savtermelő) baktériumok hidrogénné (H2), széndioxiddá (CO2) és ecetsavvá alakítják át ezeket a zsírsavakat. Az utolsó lépés a metántermelés, ahol a metanogén (metántermelő) baktériumok biogázt termelnek a H2, CO2 és az ecetsav felhasználásával, amelynek összetétele 55-70% metán (CH4) és 30-45% CO2.

 

Anaerob reaktorok típusai

Bár sokféle különböző reaktor típus létezik, amely alkalmas mezőgazdasági, ipari és szennyvízkezelési hulladékokhoz, a reaktorokat annak alapján is lehet csoportosítani, hogy folyékony vagy szilárd hulladéktípusokat tudnak-e feldolgozni (1. táblázat).

 

Hulladék típusa

Folyékony hulladék

Iszapszerű hulladék

Fél-szilárd hulladék

Megfelelő reaktor

Fedett lagúna reaktor/UASB reaktor (aktív biomassza visszatartás/FFR reaktor

CSTR reaktor (tökéletesen kevert reaktor)

Plug-flow reaktor

Leírás

A fedett lagúna reaktorat vagy az UASB reaktorokat a vízbe engedett hulladékokkal használják. A hulladékok vízben történő lebontása természetes anaerob környezetet hoz létre..

A CSTR reaktorok iszapszerű trágyával  vagy olyan hulladékkal üzemelnek a legjobban, ami fél-folyadék állagú (általában amikor a hulladék szárazanyag-tartalma 10%-nál kevesebb). Ezeket a hulladékokat fűtött tankba helyezik és periodikusan keverik. A fejlődő biogáz a tankban marad a felhasználásig vagy az elégetésig.

A plug-flow reaktorokat szilárd trágyához vagy hulladékhoz használják (általában akkor, amikor a hulladék szárazanyag-tartalma 11% vagy ennél nagyobb). A hulladékot egy hosszú, fűtött tankba helyezik, ami jellemzően a föld alatt helyezkedik el. A biogáz a tankban marad felhasználásig vagy az elégetésig.

 

Az anaerob reaktorok használata

Anaerob reaktort sokféle helyzetben használnak, ahol az ipari vagy  mezőgazdasági műveletek jelentős mennyiségű szerves hulladékot hoznak létre. Ezenkívül a lakossági hulladéklerakó telepeken is keletkezik a szerves anyagok természetes lebomlásából olyan gáz, amelyet fel lehet fogni és energiaforrásként használni. Sok hulladéktelepen már vannak biogáz felfogó kutak, amelyek a hulladék bomlásából keletkező gázokat fogják föl. A szennyvízkezelő telepeket szintén anaerob üzeművé lehet átalakítani, és biogázt termelni számos különböző fajta hulladékból.

 

Mezőgazdaság

A mezőgazdaságban az állati és növényi hulladékokat jellemzően az anaerob reaktorok táplálására használják.  Országosan mintegy 162 mezőgazdasági anaerob reaktor rendszer üzemel. Ezek összesen körülbelül 453.000 MWh energiát termeltek 2010-ben, amely elegendő 25.000 átlagos amerikai lakás energiaellátásához.  Az egyes mezőgazdasági telepek hulladékgazdálkodásától függően különböző típusú reaktorokat használnak.

 

A biogázkinyerő rendszer elemei és termékei

 

 

 

Effluens tároló

 

 

 

Reaktor

 

 

Áramfejlesztő rendszer

Trágyaforrás és begyűjtő rendszer

 

 

 

 

 

 

 

Gázkezelő rendszer

 

 

 

 

 

Égetés vagy hőforrás

 

Forrás: Trágya kezelés biogázfeltáró rendszerekkel: Javított teljesítmény versenyképes árakon, EPA AgSTAR

 

Ipari

Az ipari folyamatok által létrehozott szerves hulladékokat, főleg az élelmiszer-feldolgozó iparágból, az anaerob reaktorok táplálására lehet használni. Az élelmiszerhulladék kiváló alapanyag, mivel a metántermelése 15-szöröse a szarvasmarha trágyáénak. Az élelmiszerhulladék szubsztrátot keverni is lehet a trágyával a metánfejlődés javítása érdekében.  Ezt a folyamatot ko-szubsztrát rothasztásnak hívják. A mezőgazdasági felhasználáshoz hasonlóan itt is különböző reaktorokat használnak a hulladék-alapanyag nedvességtartalmától függően. Az ipari hulladékból származó biogázt jellemzően hő vagy más energiatermelésre használják.

 

Szennyvízkezelő telepek

A szennyvízkezelő telepeken az anaerob reaktorokat arra használják, hogy lebontsák a szennyvíziszapot és megszüntessék a szennyvízben lévő kórokozókat. Gyakran a biogázt is felfogják a reaktorból és közeli létesítmények fűtésére használják. Vannak olyan települések, ahol az élelmiszerhulladékot átirányítják a hulladéklerakóból a szennyvízkezelő telepre; ez enyhíti a hulladéklerakó terheit és lehetővé teszi az energiatermelést.

 

Lakossági szilárd hulladék

A szemét tömörítése és betemetése a lakossági hulladéktelepeken anaerob körülményeket teremt a bomlás számára. Ennek következtében a hulladéklerakók természetes módon is nagymennyiségű metánt termelnek.  A lakossági hulladéklerakó telepek által kibocsájtott gázokat jellemzően nem biogáznak, hanem depóniagáznak hívják.  Az elsődleges különbség e kettő között az, hogy a depóniagáz metántartalma alacsonyabb a biogázénál – körülbelül 45-60% szemben az 55-70%-kal.  Az Egyesült Államokban 510 olyan lakossági hulladéktelep van, amely felfogja a depóniagázokat a természetes módon kibocsájtott metán kinyerésére, amely 433.000 lakást tud ellátni energiával.

 

Hulladéklerakók műveletei

A hulladéklerakó gázgyűjtő rendszerében a gázt különböző eredési pontokról a központi feldolgozó helyre vezetik kutak, fúvóeszközök, kúpos nyílások és ventillátorok rendszerével. Ott feldúsítják és vagy gázfáklyán elégetik, hogy csökkentsék a szagokat és az üvegházhatású gázok kibocsájtását, vagy elégetik, hogy hőt és energiát termeljenek. Mivel ennek alacsonyabb a metántartalma, mint a biogáznak, nagyobb mértékű dúsításra szorul annak érdekében, hogy a földgázt helyettesíthesse. A lenti ábra egy lakossági hulladéktelep gázrendszerét mutatja be.

 

A környezeti előnyök és a kibocsájtás csökkentésének lehetősége

Az anaerob reaktorok több területen is hozzájárulnak a klímaváltozás enyhítéséhez. Először is sok esetben a reaktor olyan biogázokat vagy depóniagázokat fog föl, amelyek amúgy is bekerültek volna a légkörbe a szerves hulladékkezelés természete miatt ott, ahol a reaktor üzemel.  A biogáz vagy depóniagáz felfogásával és elégetésével az anaerob reaktorok megelőzik az elszökő metán kibocsájtást.  A metán potenciális üvegházhatású gáz, melynek a globális felmelegedést okozó hatása 25-szöröse a CO2 hatásának.  Amikor a felfogott biogázt vagy hulladék-gázt elégetik, a metán CO2-dá és vízzé alakul át, ami összességében az üvegházhatású gázok kibocsájtásának csökkenését eredményezi. Vannak olyan reaktorok is, amelyek a felfogott biogázt egyszerűen gázfáklyán ellobbantják ahelyett, hogy fűtési vagy energia célokra használnák.  Ezt általában ott alkalmazzák, ahol nem lenne költséghatékony a hő- vagy energiatermelő berendezések kiépítése a reaktor mellett.

 

Az anaerob reaktorok másik előnye a fosszilis tüzelőanyag-alapú energiatermelés kiváltása a biogáz elégetése általi energiatermeléssel. A biogázt általában szén-semleges energiaforrásnak tekintik, mert az égetés során kibocsájtott szén a légkörből származó szén volt, amit a növények vagy más szervezetek nemrégiben kötöttek meg, szemben a fosszilis energiahordozók elégetésével, ahol az évmilliók során elzárva tartott szénatomok kerülnek bele a légkörbe. Ebből adódóan, ha a biogázból származó energiával helyettesítjük a fosszilis energiahordozókból származó energiát, az csökkenti az energiatermeléshez kapcsolódó üvegházhatású gázkibocsájtást.

 

Az üvegházhatású gázok kibocsájtását az is csökkenti, ha az anaerob rothasztásból származó, tápanyagban gazdag biotrágyát használjuk fel a növénytermesztésben a fosszilis energiahordozó-alapú műtrágyák helyett. Ez a biotrágya természetes trágya, amely megújuló energiából készül és nem fosszilis energiahordozóból.

 

Az üvegházhatású gázok csökkentésén túl további környezeti előnyök is származnak az anaerob reaktorok használatából. Először is az anaerob rothasztás csökkenti a hulladék mennyiségét azáltal, hogy szerves anyagokat bont le. Ez csökkenti a hulladéklerakók terheit és a nagy mennyiségű hulladék lerakásával és felhalmozódásával kapcsolatos környezeti problémákat, többek között az ivóvíz elszennyeződését, eutrofizációt – ahol a környező vizekben lévő oxigénszint lecsökkenhet a tápanyagok megnövekedése következtében elszaporodó algák miatt.  Az anaerob reaktorok és a biogáz elégetése szintén kiküszöböli az anaerob bomlás által keltett kellemetlen szagokat. A lakossági hulladéklerakó telepek esetében a gázbefogó készülékek megakadályozzák annak a veszélyét, hogy a gyúlékony depóniagáz összegyűljön és a föld alatt vándoroljon. Végül az anaerob reaktorok csökkentik a kórokozók számát sokféle típusú hulladékban.

 

Költség

Az anaerob reaktorok nettó költsége számos tényezőtől függ, többek között a következőktől:

 

  • a nyersanyag metánfejlesztő képessége
  • a reaktor típusa
  • a hulladék térfogata és a tervezett hidraulikus tartózkodási idő
  • a nyersanyagként rendelkezésre álló hulladék mennyisége
  • a konkrét alkalmazáshoz szükséges reaktortípus beruházási és üzemeltetési költsége
  • az előállított biogáz tervezett felhasználása és
  • a rothasztás melléktermékeként előállított trágya értéke

 

A használt reaktor típusa és mérete erősen hatással van a költségekre, mivel bizonyos reaktorokat drágább megépíteni és üzemeltetni.  A biogáz használata szintén hatással lesz az anaerob reaktor nettó árára. A projekttől és attól a régiótól függően, ahol a fejlesztés lesz, az is hatással lesz a nettó árra, hogy milyen típusú tüzelőanyagot fog helyettesíteni a reaktor. Például ha a feldúsított biogázzal a földgázt váltják ki – és nem elektromos energia termelésére használják - egy olyan térségben, ahol az elektromos energia olcsóbb, akkor a projekt költséghatékonyabbá válik.  Bizonyos esetekben a reaktor használata olyan külső előnyökkel is fog járni, amely nem a költségekben mutatkozik meg. Például az anaerob rothasztás csökkentheti a lakossági hulladéklerakó költségeit azzal, hogy csökkenti a telepen elhelyezett hulladék mennyiségét. Szintén csökkentheti a környezetvédelmi előírások betartásával kapcsolatos költségeket is, például a vízvédelemmel és a szagok kibocsájtásával kapcsolatos költségeket.

 

Az EPA (USA Környezetvédelmi Hivatal) kiadott néhány költségbecslést, amelyek állatállománynál üzemelő reaktorokra vonatkoznak. Ezek a becslések a gazdaság és az állatállomány nagyságára épülnek és élőállat-egységre (AU) fejezték ki őket, ahol az AU egység megfelel 1.000 font súlyú élőállatnak.  A költségbecslések a következők:

 

  • fedett lagúna reaktor: 150-400$/AU
  • Tökéletesen kevert vagy plug-flow reaktor: 200-400 $/AU

 

Ezek a becslések kizárólag a reaktor induló beruházási költségeire alapulnak és nem tartalmazzák az üzemeltetési költségeket vagy az energiatermelő berendezések, pl. turbinák beszerelési költségeit.

 

Az anaerob reaktorok jelenlegi helyzete

Az ellenőrzött ipari anaerob reaktorokkal való kísérletezés a 19. század közepén indult.  Angliában, Exeter-ben használtak biogázt egy szennyvíztisztító telepről az utcai lámpák világításához.  Bár a fosszilis tüzelőanyagok viszonylagosan alacsony ára akadályozta az anaerob reaktorok fejlesztését az ipari országokban, azóta a fejlődő országok használnak kisipari méretű reaktorokat hő és energia céljára.  Kínában például becslések szerint mintegy 8 millió kisipari méretű reaktor rendszer üzemel manapság, többnyire a háztartások főzési és fűtési igényeit biogázzal kielégítve.  Az amerikai farmokon az 1970-es években kezdtek el reaktorokat használni.  Az 1980-as évekre mintegy 120 mezőgazdasági reaktor létezett a szövetségi ösztönzéseknek köszönhetően, de a további fejlődést a költségek és a teljesítmény problémái akadályozták. A további fejlődést a támogatások és a politika újabb irányai indították be a mezőgazdasági reaktorok területén. Például az EPA AgStar programjának támogatásai és kölcsön garanciái, valamint a megújuló elektromos portfolió szabványainak irányelvei ösztönzőül hatottak és beindították a rothasztó reaktorok létesítését. Ma már körülbelül 162 ezer mezőgazdasági anaerob reaktor rendszer van, melyek közül sok új. Ezek összesen mintegy 453.000 MWh energiát termeltek 2010-ben. Átlagadatok nem állnak rendelkezésre az ipari reaktorokra, de az új reaktor-technológia megkönnyítette a hulladékok feldolgozását, az ösztönzők pedig költséghatékonyabbá tették az ipari reaktorok használatát.

 

Sok lakossági hulladéklerakó telep kezdett el használni bioreaktorokat elektromos áram előállítására, a szagok magszüntetésére és a veszélyek megelőzésére. Az EPA becslése szerinte jelenleg körülbelül 510 lakossági hulladéktelep égeti el a depóniagázt és termel elektromos áramot és hőt, valamint további 510 lakossági hulladéktelepet lehetne átalakítani az elektromos termelésre költséghatékonyan.

 

A szennyvízkezelő telepek nagyobb számban kezdtek el alkalmazni reaktorokat a hulladékok csökkentése és az energiai előnyök kihasználása érdekében.  Az EPA becslése szerint 544 nagy (naponta több mint 5 millió gallon szennyvizet feldolgozó) szennyvízkezelő telep használ jelenleg anaerob reaktort biogáz előállítására.  Ez országosan mintegy a felét teszi ki az ilyen méretű szennyvízkezelő telepeknek.

 

Több európai országnak is ambiciózus tervei vannak a biogáz autókban való felhasználására. Németországban és Ausztriában rendelet írja elő, hogy a földgázüzemű gépjárművekben 20% biogázt kell használni.  A biogáz tarifái Németországban szintén elősegítették az anaerob reaktorok fejlődését.  Jelenleg 6.800 mezőgazdasági reaktor van Németországban, ami 4000-es növekedést jelentett 2009-ben. Svédországban, ahol közel 11.500 földgázüzemű gépjármű üzemel, becslések szerint a biogáz az üzemanyagigények felét kielégíti, és továbbra is támogatják a biogáz gépjármű-üzemanyagként való felhasználását.  Becslések szerint globálisan 200.000 gépjármű fog biogázzal üzemeli 2013-ra.

Content copyright 2009-2010. Biogreen Products Europe. All rights reserved.