Европейският законодателен акт за климата свързан с намаляването на емисиите на ЕС с най-малко 55% до 2030г. е правно задължение, което не може да бъде изпълнено без замяната на енергията от изкопаеми източници с енергия от възобновяеми алтернативи, сред които е биоенергията. В много части на света биоенергията, в т.ч. биогаза са от съществено значение за борбата с изменението на климата, намаляването на парниковите газове, подобряване на енергийната сигурност и приноса за местното развитие.
Отглеждането на животни е свързано с неустойчиви практики, при които възникват вреди на екосистемите поради образуващи се при естественото разлагане на оборския тор амоняк, метан, азотен оксид, въглероден диоксид и други парникови газове. Производството на биоенергия под формата на биогаз посредством технологиите за анаеробно разграждане води до намаляване на екологичните щети, екотоксичността, замърсяването на водата и въздуха, както и до производството на органични торове.
Първата в Европа биогаз инсталация на базата на контейнерни реактори е вече реализирана от Сдружение „Клъстер зелена синергия“, в рамките на проект иновационни клъстери, финансиран по Оперативна програма „Иновации и конкурентоспособност“ (ОПИК). Ситуирана е в село Димитриево, община Чирпан. Изграждането ѝ е резултат от съвместните усилия и създадено съдружие между ЗП „Мария Степанчева“, енергийна компания „Ем Джей енерджи“ и Сдружение „Клъстер зелена синергия“. Това е типичен пример за междуотраслово сътрудничество – земеделски производител, МСП и иновативна нестопанска организация.
Инсталацията оползотворява наличните отпадъци от съществуващите два обора за отглеждане на биволици. Крайните продукти са електричество, топлина и обеззаразен висококачествен биотор. Предвидено е усвояването на 12 тона дневно говежди тор, отпадна слама от животинска постеля и хранителни отпадъци, разпилявани при хранене на животните.
Хибридната инсталация е изпълнена на модулен принцип. За третиране на отпадъчните ферментационни продукти в стопанството са доставени 4 броя блок-ферментори (реактори) – херметични модулни контейнери с работен обем 60 m³ всеки. Наличният обем позволява преработката на до 3 тона на ден суровина от всеки реактор. В първоначален етап са реализирани 4 броя блок-ферментори, посредством които се обработват до 12 тона на ден от наличния отпадъчен животински продукт, съдържащ до 1 тон сух материал, придобит от постелята в оборите. По този начин се гарантира цялостна преработка на съществуващите отпадъчни материали във фермата в биогаз. Реализираната площадка и окомплектованата инсталацията позволяват нейното разширение с още 2 блок-ферментора.
Фиг.1 Общ изглед на конфигурацията
Отвеждането на всекидневните количества пресен тор от съществуващите обори се осъществява посредством съществуващи торови пътеки, като субстратът директно се влива в изцяло вкопан в терена затворен двукамерен резервоар с работен обем от 72 m³. Този начин на организация възпрепятства съществуващото замърсяване на атмосферния въздух от съхненето на оборската маса на външен въздух, в т.ч. отделянето на метан, каквато е съществуващата практика до момента.
За нуждите от обработка на входящите суровини в резервоара е реализирана кавитаторна група, състояща се от ротационна резачка, винтова помпа и кавитатор, която раздробява фино материала на молекулно ниво. Специално конструираната система за раздробяване на подаваната суровина на молекулно ниво води до повишаване производителността на биогаз между 15% и 20%, резултат от по-доброто усвояване.
Получената миксирана и кавитирана маса дозирано се зарежда в херметически затворените блок-ферментори, където престоява в продължение на около 20 дни при определени температурни условия. Времето за пълно усвояване на сместа е около 20 дни, като зависи както от температурата, така и от степента на размесване в двете зони на реактора. Веднъж иницииран процесът на производство на биогаз остава непрекъснат.
По време на престоя субстратът се преработва от анаеробните бактерии – процес, при който се произвежда биогаз и при който суровината се обезмирисява и обезпаразитява и се превръща в качествен биотор. При този процес на производство на биогаз изцяло се оползотворяват съдържащите се във входящия субстрат разлагащи се органични съединения. Отделящият се биогаз постъпва в локални балони с вместимост 10 m³, монтирани на всеки реактор.
Полученият биогаз, съдържащ около 52-55% метан, се пречиства посредством фитър-дехидраторната група, в която се охлажда частично, отделя се постъпилата под формата на водни пари влага и се неутрализира съдържащият се сероводород Последствие пречистеният газ постъпва в балон за биогаз с обем 500 m³ (газов съхранител). Този газов съхранител е проектиран да събира до 125% от дневното производство, което позволява по-осезаемото производство на електричество в пиковите часове. В последствие произведеният биогаз се подава към реализирния когенераторен агрегат с мощност от 100 кВе. Произведеното електричество се подава към главно ел. табло за продажба към мрежа ниско напрежение. Част от топлинната се използва за отопляване и подгрев на входящата биомаса, а друга част от топлината остава свободна за ползване за други цели. Полученият в края на процеса влажен и обезпаразитен и обезмирисен биотор преминава през специално конструирана филтър-преса и последствие се разпръсква за доизсушаване на съседната бетонова площадка, след което е готов за използване – торене. Предвижда се биоторът да се използва за наторяване на землището, от което се осигурява храната на биволите в стопанството на земеделския производител.
Реализираната биогаз технология се определя като безотпадна и с връщането на получения биотор в полето се затваря цялостният цикъл „от земята към земята“. Малка част от замърсяванията които инсталацията ще предотврати са:
- непроникване на течности в подпочвените води поради директният контакт на почвата с оборски тор;
- намаляване на източници на амоняк (NH3) – известно е, че съоръженията за съхранение на оборски тор и оборите са големи източници на амоняк, чието изпарение настъпва свободно, след като суровината бъде изложена на влиянието на въздух;
- подобряване качеството на въздуха в резултат от намаляване на образуването на азотен оксид (N2O), който е вреден за озоновия слой поради разрушителния си потенциал.
От казаното до тук става ясно, че този вид ВЕИ, за разлика от останалите си конкуренти – вятърни, слънчеви и водни генератори, има особен позитивен ефект върху околната среда, предотвратявайки произволното генериране на разрушителни за нея въглеводороди, отделящи се при свободното гниене на оборския тор и другите подобни аграрни отпадъчни продукти. Това се получава след като инсталацията на 100% ще оползотворява отпадъчните материали генерирани от работата на фермата.
Установено е, че производството на биогаз, холистично, води до положителен CO2 баланс – възпрепятстват се много повече CO2 емисии, отколкото се отделят при горенето на биогаза. Въздействието върху околната среда на инсталациите за биогаз като цяло е положително поради два фактора – премахване на отделяните емисии от гниенето не масата под външни условия и вкарването в мрежата на възобновяемо електричество, което заменя конвенционален източник. Различни източници цитират спестявания в размер на 85 до 251 gCO2, eq/kWhel.
Производството на биогаз и използването на оборски тор и другите отпадни материали има потенциала да трансформира енергийния сектор и да насърчи кръговите икономики чрез възобновяемо производство на енергия. С повишаването на цените на газа и/или електричеството и данъчното облагане на въглеродните емисии малкомомащабните земеделски системи стават все по-ефективни.
Изследванията дават възможност да смятаме, че подобни инсталации могат да бъдат приложени успешно и за оползотворяване на други отпадни продукти – от свинеферми, птицеферми, кланици, както и хранителни продукти от заведения за обществено хранене и такива с изтекъл срок на годност, които следва да бъдат унищожавани чрез инсенерация.
Автори: инж. Петър Кисьов / инж. Стоян Димитров
