System biogazowni przemysłowej

W historii ludzkiej pomysłowości wiele wynalazków i technologii czerpie inspirację z naturalnie występujących zjawisk. Najszybsze i najbardziej efektywne pociągi na świecie – japońskie Shinkansen – poruszają się z prędkością ponad 300 km/h. Aby wyeliminować uderzenia dźwiękowe wynikające z takiej prędkości, projektanci usprawnili pociągi tak, aby przypominały wydłużony dziób zimorodka, ponieważ ten ptak lata i pływa z bardzo małym rozpryskiem wody. Podobnie, projektanci XXI-wiecznych turbin wiatrowych wykorzystują płetwy wielorybów jako modele: te nieporadne ssaki są mimo to najbardziej wdzięcznymi pływakami, skoczkami i nurkami w morzach dzięki ząbkowanej strukturze płetw. Rozkład materii organicznej zachodzi w naturze przez cały czas. Za każdym razem, gdy martwa flora, fauna, opadłe liście, porzucone ścinki trawy, obornik, odpady spożywcze i ścieki zostają odcięte od tlenu – jak w przypadku składowiska odpadów lub pryzmy kompostu – substancje te podlegają beztlenowej fermentacji. Rozkładana przez formacje bakteryjne, ta rozdrobniona materia uwalnia gaz metan (CH₄) i dwutlenek węgla (CO₂). Uznając ekonomiczną i środowiskową wartość wykorzystania metanu do produkcji energii, naukowcy opracowali maszyny do replikacji i przyspieszenia beztlenowej fermentacji. Nazywa się je czasami biogazowniami.

Co dzieje się podczas beztlenowej fermentacji?

Beztlenowa fermentacja przechodzi przez cztery etapy, aby dojść do metanu. HYDROLIZA — materia organiczna składa się z polimerów, których wiązania chemiczne są rozkładane przez bakterie, tworząc proste cukry, aminokwasy i kwasy tłuszczowe. ACYDOGENEZA — produkty uboczne hydrolizy są dalej rozkładane przez bakterie fermentacyjne. Końcowymi produktami acydogenezy są lotne kwasy tłuszczowe, amoniak, CO₂ i siarkowodór. ACETOGENEZA — związki są dalej rozkładane, aby uwolnić kwas octowy, a także CO₂ i wodór. METANOGENEZA — pozostałości poprzednich reakcji są przekształcane w metan, dwutlenek węgla i wodę. Razem tworzą one to, co jest znane jako biogaz. Biogaz jest często przetwarzany po produkcji w celu usunięcia zanieczyszczeń i innych substancji chemicznych, które mogłyby utrudniać jego działanie.

W jaki sposób biogazownie wytwarzają beztlenową fermentację?

Biogazownia, czyli eko-biogazownia, to zbiornik, który nie dopuszcza do środka tlenu (O₂). Robi to, co natura z obornikiem, kompostem itp., z tą różnicą, że te materiały — czyli substrat — ulegają natychmiastowemu pozbawieniu tlenu, wywołując reakcje chemiczne w biogazowni. Najpierw substrat jest odbierany i zbierany, po czym może zostać poddany wstępnej obróbce, aby proces przebiegał płynniej. Po zabezpieczeniu w samym reaktorze, materia organiczna przechodzi przez cztery wyżej wymienione etapy. Kiedy mikroorganizmy wykonają swoją pracę, biogaz jest oddzielany od pofermentu, czyli pozostałej stałej materii.

Czy wszystkie biogazownie są projektowane tak samo?

Ponieważ biogaz jest wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej z jednej strony, a także jako paliwo do pojazdów i do ogrzewania, istnieją różne schematy jego produkcji beztlenowej. • Zakryte lagunowe reaktory beztlenowe — materia organiczna osiada w dużym, zamkniętym zbiorniku pokrytym elastyczną osłoną. • Przepływowe reaktory tłokowe — najlepiej sprawdzają się, gdy substrat, np. obornik bydlęcy, jest usuwany z rusztów podłogowych, jak w oborze. • Reaktory z pełnym mieszaniem — często naziemny zbiornik, zamknięty i ogrzewany z hydraulicznym systemem mieszania gazu, osadzony na betonowym fundamencie. • Reaktory z osadnikiem wewnętrznym — działają na zasadzie fermentacji osadów. Tworzy się warstwa osadu, która utrzymuje bakterie niezbędne do beztlenowej fermentacji.

Co dzieje się z pozostałą materią organiczną?

Beztlenowa fermentacja oddziela biogaz od substratu, pozostawiając tak zwany poferment. Może on być bardziej włóknisty lub bardziej przypominać gnojowicę — jak wiele pofermentu rolnego. Najczęściej jest stosowany jako nawóz, środek poprawiający jakość gleby, z dobrymi rezultatami. Poferment jest również składnikiem niektórych kompozytów plastikowych, a także ściółki dla bydła. Nie muszą być duże — małe systemy biogazowni obsługują gospodarstwa domowe, restauracje i małe gospodarstwa rolne, co dowodzi, że korzyści z beztlenowej fermentacji są dostępne na każdą skalę.