Współpraca biogazowni z gorzelnią na przykładzie instalacji w Altheim wg technologii firmy INNOVAS Krzysztof Roszak, RENBIO Sp. z o.o. We współpracy z: Anselm J. Gleixner INNOVAS Innovative Energie- u. Umwelttechnik Anselm Gleixner und Stefan Reitberger GbR Monachium, Niemcy II Ogólnopolskie Forum Gorzelników 11 maja 2012 1
Gorzelnia niezależna energetycznie zamknięty obieg energii i materii Gorzelnia Alkohol dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego, paliwowego Wywar Kocioł parowy Fermentacja metanowa Ko-generacja Woda technologiczna Materiał pofermentacyjny Przetwarzanie materiału pofermentacyjnego 2
Schemat biogazowni na wywar przy gorzelni 3 3
Przepływ masy i energii w gorzelni i biogazowni 4 4
Biogazownie produkujące energię z odpadów gorzelnianych pracują w Europie od ponad 30 lat. Tworzą one z gorzelnią zamknięty obieg zielonej energii i surowców. Założyciele firmy Innovas pracowali nad rozwojem systemu wysoko-sprawnej fermentacji biogazowej wywaru gorzelnianego od 1980 roku, po założeniu w 1994 roku firmy Innovas kontynuują oni pracę nad udoskonalaniem tej technologii. Nie ma znaczenia, z czego produkowany jest alkohol: kukurydza, zboża, ryż, ziemniaki, trzcina cukrowa lub melasa; wszystkie te rodzaje wywarów są dobrze przyswajalne (strawne) biorąc pod uwagę typowy charakter różnych substratów. W biogazowni przy gorzelni mogą być przetwarzane odpady z rektyfikacji, nadwyżki drożdży i surowce do produkcji alkoholu. Wszystkie odpady z gorzelni mogą być sfermentowane jako mono-substrat, lub w mieszankach z innymi pozostałościami organicznymi, takimi jak odpady warzywne, gliceryna czy ścieków z produkcji biodiesla. W takim przypadku należy brać pod uwagę możliwe zaburzenia procesu fermentacji wywoływane przez wyższe stężenie soli lub inne inhibitory. Gnojowica jako podstawowy substrat jest niepotrzebna! 5
Biogazownia na wywar musi być zaprojektowany jako system dwu stopniowy, oznacza to, że faza hydrolizy musi być oddzielona od fazy metanogenezy. Przebieg procesu fermentacji biogazowej jest porównywalny z działaniem układu pokarmowego zwierząt przeżuwających, co jest poglądowo pokazane na rycinie "krowy Weihenstehana". (Politechnika Monachium-Weihenstephan) 6
Zasadniczo do wytwarzania biogazu wykorzystywane są składniki pokarmowe takie jak tłuszcze (lipidy), białka i węglowodany, natomiast włókno (lignina) nie ulega rozkładowi w fermentacji beztlenowej. Dlatego praktycznie nie będzie możliwe wytwarzanie biogazu z włókna surowego, jeśli łańcuchy wiązań chemicznych włókna są wystarczająco mocne. Typowe optymalne parametry procesu fermentacji biogazowej: Temperatura Wartość ph Mezofilowe Termofilowe Hydroliza/Kwasogeneza Acetogeneza/Metanogeneza Proporcje pierwiastków C:N:P:S = 2000:15:5:3 Preferowana stabilna proporcje substratów Preferowana homogeniczność substratów Laminarny przepływ substratów Unikanie wymywania mikroorganizmów z biogazowni 35 40 O C 52 55 O C 4 (5) 6 6,8 7,5 Etap metanogenezy może zachodzić w zakresie temperatury życia bakterii mezofilnych, tj. pomiędzy 35-40 C, może również być realizowany przez bakterie termofilne w zakresie temperatury 52-55 C. lecz w danej biogazowni może żyć tylko jeden rodzaj bakterii, czyli albo biogazownia mezofilna, albo termofilna. Preferujemy zakres temperatury bakterii mezofilnych ze względu na większą stabilność i mniejszą podatność na zakłócenia procesu (jest to również temperatura krwi wszystkich organizmów endotermicznych). 7
Typowe wydajności biogazu z różnych wywarów (bez separacji) dla lepszego porównania wszystkie obliczenia dla zawartości suchej masy 7% SM. Rodzaj wywaru SM/OSM (%) Tłuszcze (g/kg SM) Białka (g/kg SM) Węglowodany. (g/kg SM) Włókno surowe (g/kg SM) Wydatek biogazu (m³/kg OSM) Biogazu z 1 m³ wywaru (m³/m³) Ziemniaczany 7,0 / 85 % 17 g 285 g 451 g 106 g 0,60 m³/kg 36 m³ Pszenniczny 7,0 / 88 % 67 g 362 g 416 g 97 g 0,65 m³/kg 38 m³ Żytni 7,0 / 88 % 54 g 431 g 406 g 56 g 0,68 m³/kg 40 m³ Kukurydziany 7,0 / 94 % 82 g 297 g 466 g 104 g 0,70 m³/kg 45 m³ Przykładowy skład kwasów tłuszczowych i stopień ich rozkładu w biogazowni Kwasy tłuszczowe C-2 octowy C-3 propionowy i-c-4 izomasłowy C-4 masłowy i-c-5 izowalerianowy C-5 walerianowv C-6 kapronowy C-7 enentowy Suma Hydroliza (mg/l) 4357 1606 104 2612 145 1413 1722 666 12623 Metanogeneza (mg/l) 206 16 5 22 5 30 28 14 323 Redukcja (%) 95,3 99,0 95,7 99,2 96,2 96,5 97,9 98,4 97,4 8
W zależności od potrzeb biogazownia na wywar gorzelniany może być bardzo duża... 12 komór fermentacji każda o pojemności 6,000 m³. Koncepcja techniczna fabryki biopaliwa o wydajności 100.000 m³ biopaliwa rocznie (Wyciąg z dokumentacji budowlanej...) 9
... jak również bardzo mała i mobilna Zbiornik ze stali nierdzewnej o pojemności 30 m³. Biogazownia była zbudowana w 1999 roku w Japonii na wyspie Kiusiu i pracuje specjalnie dla małej destylarni. 10
Biogazownia przy gorzelni Spradau, Twistringen Heiligenloh, Niemcy Gorzelnia Ta biogazownia była eksploatowana od 1982 do 2002 roku, dopóki gorzelnia została zamknięta. Komora fermentacji Zbiornik biogazu Laguna na poferment Położona w centrum małej miejscowości biogazownia pracowała bez przerw i bez protestów sąsiedztwa. Wytworzono w niej ponad 10 mln m³ biogazu. 20 lat! doświadczenia 11
Biogazownia przy gorzelni Altheim, Niemcy Ta biogazownia została zbudowana w 1998 roku i wciąż pracuje. Wsadem tej biogazowni przez pół roku jest w 100% wywar zbożowy lub ziemniaczany z gorzelni, Gorzelnia pracuje przez pół roku, z racji wysokości limitu produkcji przyznanego przez niemiecki monopol państwowy. Przez kolejne pół roku wsadem jest pulpa ziemniaczana, odpady warzywne i zacier z pszenżyta. Zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy ponadto 5 innych biogazowni tego typu, które albo zostały zamknięte wraz z gorzelnią, albo zostały przebudowane na biogazownie rolnicze. 12
Gorzelnia Altheim 13
Biogazownia Altheim 14
Biogazownia Altheim 15
Biogazownia Altheim 16
Biogazownia Altheim 17
Cechy technologii INNOVAS Brak mieszadeł dzięki równomiernemu napełnianiu komór Niższe nakłady inwestycyjne Niższe zużycie własne energii elektrycznej Niższe koszty eksploatacji i serwisu Czas retencji (fermentacji) dostatecznie długi aby poferment nie emitował odorów Żelazobetonowe stropy komór rozwiązanie tańsze i zapewniające lepszą izolację cieplną (energooszczędne) niż dachy membranowe 18
Wnioski Dysponujemy rozwiniętą, dopracowaną i niezawodną technologią fermentacji wywaru gorzelnianego w mono-fermentacji w biogazowni, co poparte jest długoletnim doświadczeniem eksploatacyjnym. Wywar jest predysponowany do fermentacji beztlenowej, jako substrat ciepły, zasobny w cenne i wstępnie rozłożone składniki pokarmowe i wodę proces fermentacji zachodzi w środowisku wodnym. Możliwe jest wykorzystanie w biogazowni innych odpadów jako substratu (np. gliceryna), ale wymaga to dodatkowej dbałości o stabilność procesu. Niezależnie od tego, że gliceryna zawiera bardzo duży potencjał energii, np. ponad 1000 litrów biogazu z 1 kg (dla 100% gliceryny) to jej wykorzystanie jest możliwe tylko we współ-fermentacji z innym substratem, w zależności od podstawowej zawartości składników odżywczych i substancji hamujących proces. Przy dobrze zaplanowanej koncepcji współdziałania z biogazownią rentowność gorzelni będzie wyższa i zabezpieczona na przyszłość!!! 19
Porównanie technologii mezofilnej i termofilnej Mikroorganizmy znane przydatne w biogazowni Formy przetrwalnikowe mikroorganizmów Czas ponownego rozruchu procesu Czas retencji Produkcja biogazu Mezofilna 3-4 tys Tak 2-4 dni 20 25 dni TAK Termofilna Ok 100 Nie 4 tygodnie Ok 16 dni TAK 20
Engineering inżynieria inwestycyjna Engineering to poszukiwanie najlepszego rozwiązania problemu, biogazownia to tylko jedno z możliwych rozwiązań. Planując biogazownię należy na samym początku określić jasny cel i przyjąć metodyczne podejście do jego osiągnięcia. Najważniejsze jest jasne i zrozumiałe określenie punktu docelowego. Definicja celu: Dlaczego chcę zbudować biogazownię? Nie wystarczy powiedzieć ", że to z korzyścią dla środowiska" lub "bo inni też to robią". Należy jasno i precyzyjnie określić korzyści jakie przyniesie biogazownia Jaki cel ma budowa biogazowni? Produkcja energii odnawialnej, unieszkodliwianie/zagospodarowanie odpadów. Dlaczego? Na to pytanie należy uczciwie sobie odpowiedzieć. Jakich środków potrzebuję do osiągnięcia celu? Bardzo niebezpieczne i ryzykowne jest powiedzenie na początku planowania... "Chcę wydać tyle i nie więcej... lub " Ja też będę miał taką biogazownię, jaką widziałem w... Celem jest zbudowanie rozwiązania kompletnego i dedykowanego, wyposażonego we wszystkie niezbędne urządzenia w danej lokalizacji. 21
Engineering inżynieria inwestycyjna Pozostałe pytania: Jak jest sytuacja na rynku i w zakresie konkurencji Dostępność substratów alternatywnych dla biogazowni Zapotrzebowanie na energię Odpady pofermentacyjne Plan działania - Kamienie milowe projektu 22
Engineering inżynieria inwestycyjna Etap 1: Studium wykonalności projektu. Etap 2: Projektowanie wstępne. Etap 3: Opracowanie projektów wykonawczych = Szczegóły projektu i planowanie realizacji inwestycji. Etap 4: Uzyskanie pozwolenia na budowę. Etap 5: Opracowanie harmonogramu realizacji inwestycji. Etap 6: Przygotowanie dokumentacji przetargowej. Etap 7: Udział w ocenie ofert i wyborze firm wykonawczych. Etap 8: Nadzór nad realizacją projektu, nadzór inwestorski. Etap 9: Uruchomienie instalacji, opracowanie dokumentacji eksploatacyjnej. 23 23
Alternatywa = Biogazownia pod klucz Oczywiście, można udzielić zamówienia na budowę biogazowni generalnemu wykonawcy, który dostarczy biogazownię pod klucz". Wówczas to generalny wykonawca przeprowadzi całe planowanie, rozwój i realizację projektu, a Inwestor nie będzie w to angażowany. W tej sytuacji, jednak należy pamiętać, że: A.Należy jasno i jednoznacznie określić jaki cel ma spełniać rozwiązanie zbudowane przez generalnego wykonawcę B.Należy opracować obszerny opis rozwiązania jakie zostanie dostarczone przez generalnego wykonawcę, opisać co będzie wchodziło w skład instalacji. Określenie Biogazownia sztuk 1. to zdecydowanie za mało. C.Zamówienie biogazowni w systemie pod klucz powinno być poprzedzone opracowaniem niezależnego studium wykonalności projektu! Jest to dla Inwestora niezależne źródło wiedzy od specjalisty, który nie oczekuje, że swoją marżę zainkasuje poprzez sprzedaż urządzeń do biogazowni. D.Rozwiązania pod klucz są zwykle droższe, i muszą być droższe, niż realizacja projektu przy indywidualnym podejściu do planowania i realizacji inwestycji. Generalny wykonawca i wszyscy podwykonawcy i dostawcy urządzeń oczekuję swojej marży Na zakończenie należy wspomnieć o gwarancji. Jeśli jedynym gwarantem jest generalny wykonawca, to odpowiedzialnym wobec Inwestora jest tylko ten jeden podmiot. Co w sytuacji, gdy generalny wykonawca wpada w problemy finansowe (co często się zdarza wśród tego typu firm)? Inwestor zostaje wówczas z. NICZYM 24
Czy biogazownie mogą uratować gorzelnie rolnicze? TAK, ale trzeba szukać oszczędności (nawet jeśli można uzyskać dotację), tak jak to robi POLDANOR lokalni wykonawcy = lokalny serwis i gwarancja, podział inwestycji na etapy realizowane przez specjalistów (beton, rury, instalacja elektryczna) samodzielne wykonanie prostych elementów wyposażenia bazowanie na polskich komponentach i urządzeniach może tylko biogaz na ciepło? 25
Koszt wytworzenia biogazu wg surowca Kiszonka z kukurydzy (SM 30%) 0,58 m 3 z 1 kg SMO = 165 m 3 biogazu 62% CH4 z 1 tony Przy cenie 150 zł/t kiszonki 1 m 3 biogazu kosztuje 0,90 zł Ziarno pszenżyta 0,67 m 3 z 1 kg SMO = 563 m 3 biogazu 62% CH4 z 1 tony Przy cenie 750 zł/t zboża 1 m 3 biogazu kosztuje 1,33 zł Wywar gorzelniany zbożowy (SM8%) 0,55 m 3 z 1 kg SMO = 40 m 3 biogazu 70% CH4 z 1 m 3 wywaru Przy cenie 10 zł/ m 3 wywaru 1 m 3 biogazu kosztuje 0,25 zł 26
Dziękuję za uwagę Krzysztof Roszak +48 662 504 332 k.roszak@renbio.pl RenBio Sp. z o.o. ul. Jagiellońska 94C 85-027 Bydgoszcz 27