Niemiecka ustawa o priorytetowym traktowaniu energii odnawialnych (Erneuerbare-Energien-Gesetz) odniosła sukces dzięki zapewnionym długoterminowo cenom energii i spowodowała silny rozwój beztlenowej fermentacji surowców odnawialnych. Ilość i wielkość instalowanych urządzeń wzrosła znacząco. Instalacje biogazowe w porównaniu z innymi metodami najefektywniej przetwarzają biomasę w prąd i ciepło. Jednak dopiero przez dramatyczny wzrost cen surowców eksploatatorzy instalacji biogazowych zrozumieli, że robią to, co należy, ale nie tak, jak należy.

Istnieje wiele czynników w drodze procesu przetwarzania surowców na wysokowartościowy biogaz, które wpływają na wydajność instalacji biogazowej. Wydajność fermentacji beztlenowej wciąż wykazuje duży potencjał rozwojowy.

 

Firma Bioreact (www.biogas-wissen.de) bardzo dokładnie i wyczerpująco zbadała ponad 1000 instalacji biogazowych (zbiorniki z mieszadłem). Przedstawiono m. in. stopień wykorzystania substratów w stosunku do czasu fermentacji. Przy czym uzyskano silnie zróżnicowane wyniki. Długi czas fermentacji nie gwarantuje lepszego wykorzystania surowców, krótka fermentacja może także dawać dobre wyniki. Eksploatacja surowców wynosiła w stosunku do wytycznych KTBL (Niemieckie Kuratorium Techniki i Budownictwa w Rolnictwie) przeciętnie we wszystkich 1100 instalacjach jedynie 95%. Dopiero przy średnim czasie fermentacji wynoszącym ok. 125 dni uzyskiwano 100%-ową eksploatację, konieczny jest fermentor wtórny, ale czy jest to wydajne?

                Mistrzem konstrukcji jest natura. Zadaniem nowej dyscypliny nauki – bioniki jest uczyć się od natury
i wykorzystać jej rozwiązania w technice.
- Dlaczego zwierzęta są w stanie w ciągu 24 godzin przetworzyć materiał organiczny na energię i wydalić pozostałości?
- Dlaczego standardowe instalacje biogazowe potrzebują na to ponad 120 dni?

 

Przyglądając się budowie żołądka i jelit zwierząt użytkowych, zauważamy rozgałęzienie błony śluzowej na drobne brodawki i blaszki. Na nich osadzają się mikroorganizmy, które na małej przestrzeni, w krótkim czasie przetwarzają materiał organiczny. Duża powierzchnia tworzy w ten sposób nieruchome podłoże dla bakterii. Jak wykorzystać tę efektywną technikę w eksploatacji surowców odnawialnych? Poniżej przedstawione zostały budowa i pierwsze wyniki projektu pilotażowego.

 

 

 

Nowo opatentowany wysokowydajny System UDR bazuje na systemie złoży nieruchomych z metodą prądów i przeciwprądów przy oddzielaniu i powtórnym wprowadzaniu biomasy. Oba reaktory są stale kompletnie wypełnione cieczą tak, że nie zachodzi potrzeba wyznaczania strefy ochrony przed eksplozją. System złoży nieruchomych jest w ten sposób zaprojektowany i dopasowany konstrukcyjnie do geometrii zbiorników, że eliminuje on zupełnie ryzyko zatoru. Konstruktorom udało się na jak najmniejszej przestrzeni stworzyć maksymalną powierzchnię, powodującą trwałe osiedlanie się bakterii.

Najpierw na powierzchni pulpy powstaje biofilm, który następnie przyciąga kolejne mikroorganizmy, w ten sposób powstaje gruba warstwa bakteryjna. Dzięki prądom masy świeżej i powtórnie wprowadzonej biomasy z mikrobami oraz powoli ustającej produkcji gazu przełamany zostaje pewien opór i biomasa oddziela się od mikrofilmu. Oddzielona biomasa jest dalej rozkładana przepływając przez reaktor i w odstojniku, dzięki niskiej gęstości unosi się w górę lub zostaje w dużym stopniu mineralizowana w reaktorze przeciwprądowym

W reaktorze z prądem wznoszącym zainstalowane jest jedynie jedno mieszadło w dolnej części urządzenia, którego zadaniem jest równomierne wprowadzanie substratu do reaktora. W drugim reaktorze nie zachodzi już proces mieszania. Do oddzielania, zbierania i odprowadzania biomasy wykorzystywana jest skłonność substratu do pływania na powierzchni.

 3.      Repowering - Instalacja pilotażowa

Od 7 miesięcy w pilotażowej instalacji pracuje ze stabilnymi, trwale dobrymi wynikami system nieruchomych złoży UDR (Upflow-Downflow-Reflow czyli przepływ w górę, w dół i z powrotem).

Jednostopniowa instalacja biogazowa posiada objętość fermentacyjną ok. 1300 m³. Przed zainstalowaniem Reaktora UDR urządzenie uzyskiwało ok. 420 kW na godzinę przy relatywnie wysokim końcowym stężeniu kwasu. Podczas pierwszej fazy testowej trwającej ok. 1 miesiąca już po 10 dniach uzyskano wzrost wydajności o ok. 10% przy niezmienionym wkładzie substratu. Po zakończeniu fazy testowej udało się opracować optymalną ilość substratu i osiągnąć maksymalne wyniki (530 kW). Od stycznia 2009 instalacja pracuje ze średnimi wynikami 515 kW i bardzo stabilnym środowiskiem biologicznym.

Podczas fazy wdrażania pilotażowego systemu fermentacji zaobserwowano dalszy lekki wzrost jakości gazu. Dzięki ulepszonym właściwościom fermentacji  i ponownemu zużyciu substratu w głównym fermentorze, może zostać podniesione obciążenie fermentora do ponad  6,5 kg oTS/ m³d. Czas mieszania zostaje zoptymalizowany. Jako znaczące zalety w porównaniu z alternatywnym, standardowym systemem fermentora i fermentora wtórnego należy wymienić: