Fermentacja Beztlenowa

Przez blisko trzy dekady naukowcy zajmujący się środowiskiem, aktywiści i liderzy biznesu zmagali się z problemami zanieczyszczenia atmosfery i zmian klimatycznych. Ukształtował się konsensus, że potrzebne są realne alternatywy dla paliw kopalnych, które napędzałyby gospodarki, jednocześnie zachowując czyste powietrze, wodę i ziemię. Biomasa została zidentyfikowana jako jedno z takich źródeł energii, a niedługo potem technologia dostarczyła środków do celu: produkcji biogazu w wyniku fermentacji beztlenowej. Dzięki biogazowi można nie tylko zasilać pojazdy, ale także dostarczać energię elektryczną całym społecznościom. Najbardziej obiecującym aspektem jest to, że nie widać na horyzoncie niedoborów biomasy.

Jak działa ten proces?

W rzeczywistości każdy, kto gromadzi kompost na podwórku, pomaga i sprzyja fermentacji beztlenowej. Kiedy tlen jest nieobecny w materiałach biodegradowalnych, zachodzi szereg reakcji fizycznych i chemicznych, w wyniku których rozkładająca się materia jest rozbijana, uwalniając biogaz zawierający metan, dwutlenek węgla oraz — w mniejszych proporcjach — azot, wodór i tlenek węgla. Według American Biogas Council, w tej sekwencji zdarzeń aktywne są trzy bakterie:

• Bakterie acidogenne — które przekształcają aminokwasy i cukry w kwasy organiczne, wodór, amoniak i dwutlenek węgla.

• Bakterie acetogenne — które wykorzystują kwasy organiczne i dalej przekształcają je w kwas octowy wraz z amoniakiem, dwutlenkiem węgla i wodorem.

• Metanogeny — które wykorzystują te związki chemiczne do produkcji metanu i dwutlenku węgla.

Co dzieje się po zebraniu biogazu?

Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) opisuje gaz produkowany przez beztlenowy fermentor biogazu jako kierowany do zakładu w celu dalszego przetworzenia lub, jeśli nadaje się do użytku w obecnej postaci, do pojazdu lub maszyny przystosowanej do pracy na biogazie. Dodatkowe przetwarzanie pomaga usunąć nadmiar wilgoci w celu spalania. W innych przypadkach w gazie jest widoczna zbyt duża ilość siarkowodoru. Ten związek jest korozyjny dla zbiorników magazynowych i spalania, więc on również musi zostać usunięty.

Co znajduje się w biomasie?

Biomasa poddawana fermentacji beztlenowej — znana również jako substrat — może składać się z różnych materiałów organicznych. Idealnie, beztlenowy fermentor metanu powinien przetwarzać substrat, który generuje najwięcej i najczystszego metanu. Jednym z doskonałych substratów jest obornik (fermentacja beztlenowa krowiego obornika do produkcji biogazu). Gospodarowanie odpadami od dawna było utrapieniem dla rolników — i uciążliwą niedogodnością dla tych, którzy mieszkają w pobliżu. Po przetworzeniu w reaktorze beztlenowym, to, co kiedyś było nadmiarem nawozu, staje się teraz potężnym źródłem ciepła i energii elektrycznej poprzez produkcję metanu beztlenowego. Ponadto, pozostały popiół może odżywiać glebę czasem lepiej niż surowy obornik. Innym opłacalnym substratem są ścieki. Rosnąca liczba oczyszczalni ścieków wdraża projekt beztlenowego fermentora ściekowego. Tutaj woda jest oddzielana od jej stałych składników, które następnie poddawane są beztlenowemu oczyszczaniu osadów. Po rozłożeniu odpadów i uwolnieniu biogazu, gaz jest wykorzystywany do dostarczania ciepła do kotłów zakładu. Czasami biogaz zawiera zanieczyszczenia, które muszą być usunięte, zgodnie z wytycznymi EPA, zanim będzie mógł być skutecznie wykorzystany. Trzeci przykład zastosowania substratu dotyczy odpadów spożywczych. Produkcja biogazu w wyniku fermentacji beztlenowej jest łatwo stosowana do fermentujących produktów spożywczych, skorupek, skór, obierków itp. Te rzeczy są łatwo dostępne i bogate w materię organiczną. Co najważniejsze, ich uwalnianie biometanu jest obfite.

Co dzieje się z pozostałym materiałem?

Jak wspomniano powyżej, popiół z fermentacji obornika trzody chlewnej, bydła i drobiu sam w sobie jest najbardziej odżywczym nawozem — bez dalekosiężnego zapachu. Niektóre strawione materiały są kompostowane, lub wykorzystywane jako ściółka dla bydła mlecznego, albo przekształcane w inną materię. W ten sposób koszt fermentora beztlenowego jest łagodzony przez efektywne wykorzystanie składników substratu. W rzeczywistości odpady beztlenowe to niemal sprzeczność. Chociaż ostateczny werdykt jeszcze nie zapadł, niektóre badania sugerują, że bio-nawóz pofermentacyjny działa lepiej niż nawóz mineralny, gdy jest stosowany do niektórych upraw. W jednym badaniu, które koncentrowało się na pomidorach, poferment produkował wyższe plony niż minerały.

Koszt/cena fermentora beztlenowego

Koszt reaktora beztlenowego może znacznie się różnić w zależności od typu reaktora (takiego jak Upflow Anaerobic Sludge Blanket czy Anaerobic Baffled Reactor), objętości, którą może przetwarzać, rodzaju odpadów do oczyszczenia, wymaganego poziomu wstępnego przetwarzania oraz złożoności systemu, wśród innych czynników. Na dzień mojej wiedzy, czyli wrzesień 2021 r., koszty mogły wahać się od kilku tysięcy dolarów za małe, podstawowe systemy do milionów dolarów za duże, złożone instalacje przemysłowe. Kluczowe jest również uwzględnienie bieżących kosztów eksploatacji i konserwacji, ponieważ mogą być one znaczące w całym okresie eksploatacji reaktora. Czynniki te obejmują robociznę, energię, usuwanie osadów i okresową wymianę części. Ważne jest, aby pamiętać, że opłacalność ekonomiczną reaktorów beztlenowych można często poprawić, wykorzystując i sprzedając produkowany przez nie biogaz. Ze względu na te różnice, potencjalnym użytkownikom zdecydowanie zaleca się uzyskanie szczegółowych ofert od firm zajmujących się fermentorami beztlenowymi, takich jak Gazpack, w celu dokładniejszego oszacowania kosztów.