ANALIZA UZYSKU BIOGAZU I METANU Z ŻYTA MIESZAŃCOWEGO (GPS I ŚRUTA ZIARNA), KISZONKI KUKURYDZY ORAZ RÓŻNYCH MIESZANIN TYCH SUBSTRATÓW Dr hab. inż. Jacek Dach, mgr inż. Andrzej Lewicki, dr inż. Krzysztof Pilarski Zakład Energetyki Systemów Rolnictwa Instytut Inżynierii Rolniczej Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Ul. Wojska Polskiego 50, 60-637 Poznań e-mail: jacek.dach@up.poznan.pl
1. BIOGAZOWNIE: OGÓLNE INFORMACJE
BIOGAZ - TO GAZ POZYSKANY Z BIOMASY, W SZCZEGÓLNOŚCI Z INSTALACJI PRZERÓBKI ODPADÓW ZWIERZĘCYCH LUB ROŚLINNYCH, OCZYSZCZALNI ŚCIEKÓW ORAZ SKŁADOWISK ODPADÓW - SKŁADA SIĘ Z METANU (CH 4 ) 50-80% DWUTLENKU WĘGLA (CO 2 ) 20-50% AZOTU (N 2 ) SIARKOWODORU (H 2 S) 1-5% WODORU (H 2 )
TYPOWA BIOGAZOWNIA ROLNICZA W NIEMCZECH (KOMORA FERMENTACYJNA 1000 M 3, MOC 0,38 MW): GOSPODARSTWO 280 ha, 220 SZTUK BYDŁA MLECZNEGO, PRODUKCJA BIOGAZU Z GNOJOWICY, KISZONKI Z KUKURYDZY ORAZ Z DODATKIEM ZIARNA ZBÓŻ ZŁEJ JAKOŚCI I/LUB SŁOMY W PRZYPADKU DOBRZE DZIAŁAJĄCEJ TECHNOLOGII ZYSK ZE SPRZEDAŻY ENERGII ELEKTRYCZNEJ (I EWENTUALNIE CIEPLNEJ) ZNACZNIE PRZEWYŻSZA DOCHODY Z PRODUKCJI BYDŁA
PODSTAWOWE SUROWCE W BIOGAZOWNIACH NIEMIECKIC: KISZONKA Z KUKURYDZY, GNOJOWICA, ZIARNO ALE: W WARUNKACH POLSKICH KISZONKA Z KUKURYDZY NIE JEST NAJBARDZIEJ EKONOMICZNYM I PREFEROWANYM ROZWIĄZANIEM WSADU DLA BIOGAZOWNI ROLNICZEJ
WYKORZYSTANIE KALKULATORA BIOGASWEBPLANNER DO ANALIZY RYNKU: - KALKULATOR BIOGASWEBPLANNER POWSTAŁ W 2009 ROKU W ODPOWIEDZI NA LICZNE ZAPYTANIA INWESTORÓW ORAZ OSÓB ZAINTERESOWANYCH BUDOWĄ BIOGAZOWNI - POZWALA NA OBLICZENIE DLA DANYCH SUBSTRATÓW WIELKOŚCI INSTALACJI ORAZ JEJ BILANSU EKONOMICZNEGO - JEST OGÓLNODOSTĘPNY W INTERNECIE NA STRONACH LABORATORIUM EKOTECHNOLOGII: WWW.EKOLAB.UP.POZNAN.PL/BIOGAZ.HTML
WYKORZYSTANIE KALKULATORA BIOGASWEBPLANNER DO ANALIZY PERSPEKTYW KRAJOWEGO RYNKU BIOGAZU: DZIĘKI ZASTOSOWANIU NOWOCZESNYCH NARZĘDZI ANALITYCZNYCH (GOOGLE ANALYTICS) KALKULATOR TEN POZWOLIŁ NA ZBUDOWANIE SZEROKIEJ BAZY DANYCH O POTENCJALNYCH INWESTORACH, ICH SUBSTRATACH ORAZ PLANOWANYCH PRZEZ NICH INSTALACJACH
Częstość występowania [%]. SUBSTRATY WYKORZYSTYWANE PRZEZ PONAD 8000 UŻYTKOWNIKÓW 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 gnojowica kiszonki obornik inne substraty roślinne Rodzaj substratu substraty odpadowe
2. POTENCJAŁ RYNKOWY ROZWOJU BIOGAZOWNI W POLSCE
WG URZĘDNIKÓW KOMISJI EUROPEJSKIEJ W PRZYSZŁOŚCI 60% ENERGII Z OZE BĘDZIE WYTWARZANEJ Z BIOMASY, W TYM NAJWAŻNIEJSZYM SKŁADNIKIEM BĘDZIE BIOGAZ. W POLSCE ZE WZGLĘDU NA UWARUNKOWANIA GEOGRAFICZNE, BIOMASA BĘDZIE RÓWNIEŻ PODSTAWOWYM SUROWCEM W DZIEDZINIE ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII. RZĄD RP PLANUJE DO 2020 R. BUDOWĘ PONAD 2000 BIOGAZOWNI. MOŻLIWE SĄ 3 SCENARIUSZE: - OSIĄGNIĘCIE MAKSYMALNIE POZIOMU KILKUSET BIOGAZOWNI - ZREALIZOWANIE ZAŁOŻONEGO PLANU - BUDOWA KILKU, A NAWET KILKUNASTU TYSIĘCY BIOGAZOWNI (ZWŁASZCZA MAŁYCH I ŚREDNICH,) JEŚLI WEJDĄ DYREKTYWA ODOROWA I PODATEK OD EMISJI METANU.
PLANY I ZOBOWIĄZANIA RZĄDU RP: 1. W UE WPROWADZENIE ZASADY 3 X 20 DO ROKU 2020 (WYJĄTEK DLA POLSKI 15% ZE WZGLĘDU NA PONAD 90% OPARCIE ENERGETYKI NA WĘGLU). 2. RADA MINISTRÓW PODCZAS POSIEDZENIA 13 LIPCA 2010. PRZYJĘŁA DOKUMENT PT. KIERUNKI ROZWOJU BIOGAZOWNI ROLNICZYCH W POLSCE W LATACH 2010-2020. BIOGAZOWNIE STANOWIĄ JEDEN Z NAJWAŻNIEJSZYCH CELÓW WYZNACZONYCH PRZEZ "POLITYKĘ ENERGETYCZNĄ POLSKI DO 2030". PRZEWIDYWANE WSPARCIE FINANSOWE I LEGISLACYJNE 3. DLA PRZEDSIĘBIORSTW ORAZ ROLNIKÓW: BIOGAZOWNIE JAKO TANIE ŹRÓDŁO UTYLIZACJI ODPADÓW UMOŻLIWIAJĄCE UZYSKANIE DODATKOWEGO DOCHODU
REALIZACJA PLANÓW BUDOWY BIOGAZOWNI UZALEŻNIONA JEST OD DWÓCH PODSTAWOWYCH CZYNNIKÓW: - CZYNNIK EKONOMICZNY (OPŁACALNOŚĆ) - CZYNNIK PRAWNY (UŁATWIENIA W REALIZACJI INWESTYCJI) PRZY KORZYSTNYCH WARUNKACH TWORZONYCH PRZEZ PAŃSTWO ROZWÓJ BIOGAZOWNI MOŻE BYĆ BARDZO GWAŁTOWNY: NIEMCY POMOC W WYSOKOŚCI 25% BEZZWROTNEJ DOTACJI W 2006 ROKU POWSTAŁO W CIĄGU ROKU BLISKO 1000 BIOGAZOWNI CHINY POMOC W WYSOKOŚCI 100% KOSZTÓW INWESTYCJI, LICZBA BIOGAZOWNI WZROSŁA Z 5 MLN W 2004 ROKU DO PRAWIE 25 MLN W ROKU 2009 ISTOTNE: NIE MA TAM TYLU UCIĄŻLIWYCH BARIER ADMINISTRACYJNYCH I PRAWNYCH JAK W POLSCE, UMOŻLIWIAJĄCYCH SKUTECZNĄ BLOKADĘ INWESTYCJI PRZEZ GRUPKĘ NIEZADOWOLONYCH OSÓB
BUDOWA BIOGAZOWNI JEST INWESTYCJĄ OBARCZONĄ DUŻYM RYZYKIEM. STĄD NALEŻY PODCHODZIĆ Z DUŻĄ STARANNOŚCIĄ DO JEJ PLANOWANIA (PRZEWIDYWANA LICZBA BANKRUCTW: 30-40%). O JEJ POWODZENIU DECYDUJE KOMBINACJA DWÓCH ASPEKTÓW: EKONOMICZNY TECHNOLOGICZNY
UWAGA!! DYREKTYWA ANTYODOROWA NADCIĄGA! (2013??) IM WIĘKSZA PRODUKCJA ŻYWCA W DANYM REGIONIE, TYM WIĘKSZE PRAWDOPODOBIEŃSTWO SZYBKIEGO ROZWOJU BIOGAZOWNI ROLNICZYCH (KONIECZNOŚĆ BEZODOROWEJ UTYLIZACJI GNOJOWICY, OBORNIKA i POMIOTU)
3. BADANIA WYDAJNOŚCI BIOGAZOWEJ ŻYTA GPS W MIESZANKACH Z KISZONKĄ Z KUKURYDZY
BADANIA WYKONANO NA FERMENTORACH SŁUŻĄCYCH DO ANALIZY WYDAJNOŚCI BIOGAZOWEJ SUBSTRATÓW WG STANDARDOWEJ METODYKI, WZOROWANEJ NA DIN 38 414
SCHEMAT DOŚWIADCZENIA: 1. KISZONKA KUKURYDZY 100% 2. ŻYTO MIESZAŃCOWE GPS 100% 3. ŚRUTA ZIARNA ŻYTA MIESZAŃCOWEGO 100 % 4. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 90%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 10% 5. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 80%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 20% 6. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 70%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 30% 7. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 60%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 40% 8. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 75%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 20%, ŚRUTA ZIARNA ŻYTA 5%
Produkcja dzienna biogazu [dm 3 ] 7 6 P1 P2 P3 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Dzień fermentacji (od 20. dnia pomiar wykonywany co 48 h) 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24 26 28 31 34 P3 P2 P1 BADANIA WYDAJNOŚCI BIOGAZOWEJ: P1. KISZONKA KUKURYDZY 100% P2. ŻYTO MIESZAŃCOWE GPS 100% P3. ŚRUTA ZIARNA ŻYTA MIESZAŃCOWEGO 100 %
Produkcja dzienna biogazu [dm 3 ] 6 5 4 3 2 P4 P5 P6 P7 P8 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Dzień fermentacji (od 20. dnia pomiar wykonywany co 48 h) 20 22 24 26 28 31 34 P8 P7 P6 P5 P4 BADANIA WYDAJNOŚCI BIOGAZOWEJ: P4. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 90%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 10% P5. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 80%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 20% P6. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 70%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 30% P7. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 60%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 40% P8. MIESZANKA: KISZONKA KUKURYDZY 75%, ŻYTO MIESZAŃCOWE 20%, ŚRUTA ZIARNA ŻYTA 5%
V biogazu [dm 3 /kg MO) 700 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Czas [dni] PRODUKCJA SKUMULOWANA BIOGAZU W dm 3 PRZELICZENIU NA 1 kg mo (MATERII ORGANICZNEJ);
Łączna objętość biogazu [dm 3 /kg MO] 700 600 500 400 300 200 100 0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Rodzaj mieszanki ŁĄCZNA OBJĘTOŚĆ WYTWORZONEGO BIOGAZU (W dm 3 / kg mo -SUCHEJ MATERII ORGANICZNEJ)
V metanu [dm 3 /kg MO) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Czas [dni] PRODUKCJA SKUMULOWANA METANU W dm 3 PRZELICZENIU NA 1 kg mo (MATERII ORGANICZNEJ);
Łączna objętość wytworzonego metanu [dm 3 /kg MO] 400 350 300 250 200 150 100 50 0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Rodzaj mieszanki ŁĄCZNA OBJĘTOŚĆ WYTWORZONEGO METANU W dm 3 W PRZELICZENIU NA 1 kg mo (MATERII ORGANICZNEJ)
Stosunek objetości do metanu z kukurydzy [=100%] 145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 100% P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Rodzaj mieszanki PRODUKCJA SKUMULOWANA BIOGAZU W dm 3 PRZELICZENIU NA 1 kg mo (MATERII ORGANICZNEJ);
4. PODSUMOWANIE
PODSUMOWUJĄC: 1. ŻYTO MIESZAŃCOWE GPS MA WIĘKSZĄ WYDAJNOŚĆ BIOGAZOWĄ LICZONĄ Z JEDNOSTKI MATERII ORGANICZNEJ W PORÓWNANIU Z KISZONKA Z KUKURYDZY, TYPOWYM MATERIAŁEM WSADOWYM STOSOWANYM W BIOGAZOWNIACH ROLNICZYCH. 2. W KAŻDYM Z BADANYCH PRZYPADKÓW DODATEK KISZONKI Z ŻYTA MIESZAŃCOWEGO GPS DO KISZONKI Z KUKURYDZY PRZEZNACZONEJ DO FERMENTACJI PODNOSIŁ WYDAJNOŚĆ BIOGAZOWĄ I METANOWĄ. 3. NAJWYŻSZĄ WYDAJNOŚĆ BIOGAZOWĄ I METANOWĄ UZYSKANO PRZY 40% DODATKU KISZONKI Z ŻYTA MIESZAŃCOWEGO GPS. 4. DODATEK 5% ŚRUTY ZIARNA ŻYTA PODNOSIŁ WYDAJNOŚĆ BIOGAZOWĄ (O 15%) I METANOWĄ (O 28%) FERMENTACJI KISZONKI Z KUKURYDZY, NIEMNIEJ WZROST TEN BYŁ NIECO MNIEJSZY NIŻ 40% DODATEK KISZONKI ZE ZBOŻA GPS. 5. WARTO PODKREŚLIĆ, ŻE DODATEK ŻYTA MIESZAŃCOWEGO GPS PODNOSIŁ ZAWARTOŚĆ METANU W BIOGAZIE, CO JEST NIEZWYKLE ISTOTNE Z PUNKTU WIDZENIA ENERGETYCZNEJ WARTOŚCI WYTWARZANEGO BIOGAZU, A W KONSEKWENCJI OPŁACALNOŚCI PRACY BIOGAZOWNI. 6. NA PODSTAWIE UZYSKANYCH WYNIKÓW MOŻNA STWIERDZIĆ, ŻE KISZONKA Z ŻYTA MIESZAŃCOWEGO GPS MOŻE BYĆ BARDZO INTERESUJĄCĄ ALTERNATYWĄ JAKO JEDEN Z KOSUBSTRATÓW UŻYWANYCH W BIOGAZOWNIACH ROLNICZYCH.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KONTAKT: JACEK.DACH@UP.POZNAN.PL WWW.EKOLAB.UP.POZNAN.PL