Uvod........................................................................................................................2

Biogas......................................................................................................................3

Sirovine za dobijanje...........................................................................................5

Postupak dobijanja..............................................................................................6

Hidroliza............................................................................................................8

Kiselinska faza (acidogeneza)..........................................................................8

Sirćetna faza (acetogeneza)............................................................................8

Metanogena faza (metanogeneza)..................................................................9

Procesni uslovi..................................................................................................9

Prečišćavanje proizvoda....................................................................................11

Uklanjanje vodene pare.................................................................................12

Uklanjanje CO2...............................................................................................12

Desumporizacija.............................................................................................13

Ostaci proizvodnje.............................................................................................13

Primena biogasa................................................................................................15

Kogeneracija...................................................................................................15

Korišćenje biogasa za dobijanje toplotne energije.......................................16

Trigeneracija...................................................................................................16

Gorivo za transport........................................................................................17

Utiskivanje u mrežu prirodnog gasa..............................................................17

Literatura:.............................................................................................................18

1

UvodČovek je od davnina imao potrebu za energijom, ali tek od industrijske

revolucije je ona postala izražena. U savremenom dobu, ta potreba za

energijom sve više raste, zbog porasta broja ljudi, kao i zbog povećanja

životnog standarda i napretka društva kako u nerazvijenim, tako i u razvijenim

zemljama. Procenjuje se da je povećanje broja ljudi na svetu iznosi 200 000

ljudi dnevno (razlika između novorođenih i preminulih), takođe veliki broj ljudi i

dalje živi pri niskim standardima, po nekim studijama oko 2.8 milijardi ljudi živi

sa prihodom manjim od 2$ po danu, zbog toga povećanje životnog standarda u

zemljama u razvoju uslovljava rast svetske potrebe za energijom od 2% po

godini i procenjuje se da će do 2100. godine potreba za energijom biti 7 puta

veća nego u 2000. godini. To je sve u redu, ali treba proveriti koliki udeo u tom

povećanju zahteva za E odlazi na zemlje u razvoju! Ja mislim da je mali. Tako

je navedeno u literaturi [1], te podatke sam od njih preuzeo.

Trenutno u se u svetu kao izvor primarne energije najviše koriste fosilna goriva:

nafta, ugalj i prirodni gas, sa udelom od čak 80%, dok se mnogo manje dobija

nuklearne energije i obnovljivih izvora (hidroelektrane, biomasa, vetar…) [1] 1.

Slika 1 pokazuje potrošnju različitih energenata za proizvodnju električne

energije u 2011. godini [2]2.

1 Ngô C., Natowitz J. B., Our Energy Future -Resources, Alternatives and the Environment, 2009.2 Izvor: www.iea.org 25.06.2014.

2

Slika 1. Udeo različitih goriva u svetskoj proizvodn električne energije.

Opšte je poznata činjenica da se fosilna goriva troše velikom brzinom, i da

neće moći da zadovoljavaju svetske energetske potrebe u budućnosti. Takođe,

korišćenjem fosilnih goriva se zagađuje atmosfera što rezultira štetno po

ljudsko zdravlje, globalnim zagrevanjem, smanjenjem biodiverziteta itd. Iz ovih

razloga, Evropska unija je donela direktivu da do 2020. godine udeo obnovljivih

izvora energije u potrošnji primarne šta podrazumeva? energije bude najmanje

20%3 [3]. Pod primarnom energijom podrazumeva se korišćenje nekog

energenta direktno, bez njegove prerade, npr. primarna energija uglja je

toplotna, primarna energija benzina koristi se za transport itd. Sekundarna

energija je dobijena korišćenjem primarne energije, npr. el. energija iz

termoelektrana itd.

Jedan od potencijalnih obnovljivih izvora energije je biomasa koja može da se

koristi direktno kao gorivo ili čijom preradom se može dobiti biodizel, bioetanol,

biogas. Postoje mnoge studije i pitanja o efikasnosti ovih goriva, kao i različite

tehnologije za njihovo korišćenje. Od ovih goriva biogas deluje

najperspektivnije jer vozilo koje kao gorivo koristi biogas proizveden

3 Anonim. 2009a. Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union.

3

korišćenjem supstrata proizvedenog na jednom hektaru, može da pređe više

kilometara nego kada bi koristio druga goriva, proizvedena s iste površine 4 [4].

Da li se radi o istom SUS motoru na tečna goriva (benzin), ili se zahtevaju neke

prepravke? Biogas da bi se koristio kao gorivo za transport, zahteva minimalne

prepravke na motoru za benzin (iste kao kada se koristi TNG). Još jedna

prednost je što se kao sirovina za dobijanje biogasa može koristiti stajnjak iz

stočne proizvodnje i/ili komunalni otpad, što takođe daje značaj ovom

biogorivu, jer se time i zbrinjava ovaj vid otpada.

BiogasBiogas je gorivo dobijeno iz obnovljivih izvora energije, biomase, njenom

anaerobnom fermentacijom. Biogas predstavlja mešavinu gasova, oko dve

trećine metana (CH4) i jednu trećinu ugljen-dioksida (CO2). Osim metana i

ugljen-dioksida, zapreminu biogasa čine i drugi gasovi u znatno manjem udelu.

Sastav biogasa veoma zavisi od korišćenih sirovina, procesnih uslova, vremena

zadržavanja i mnogih drugih. Prosečan sastav biogasa dat je tabelom 1.

Tabela 1. Prosečni sastav biogasa5 [5].

Sastojak Hemijski simbol Zapreminski udeo, %Metan CH4 50-75Ugljen-dioksid CO2 25-45Vodena para H2O 2-7Kiseonik O2 < 2Azot N2 < 2Amonijak NH3 < 1Vodonik H2 < 1

Ekološki značaj biogasa se ogleda u tome što se njegovim korišćenjem

smanjuje emisija CO2 iz sagorevanja fosilnih goriva, ali i tretmanom stajnjaka i

ostalih otpadnih materija sa farmi koji postaju sve veći zagađivači (polutanti).

Sagorevanjem biogasa takođe se emituje CO2, ali za razliku od fosilnih goriva,

4 Martinov M. et al Studija o proceni ukupnih potencijala i mogućnosti proizvodnje i korišćenja biogasa na teritoriji AP Vojvodine, 2011.

5 Kaltschmitt M, Hartmann H. 2001. Energie aus Biomasse – Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York.

4

time se ne uvodi nova količina ugljen-dioksida u atmosferu i time se ne

doprinosi globalnom zagrevanju. Takođe, emisija ostalih štetnih gasova, kao

sumpornih i azotnih oksida je znatno manja. Konverzijom stajnjaka u biogas i

njegovim sagorevanjem, metan se prevodi (iz ove sirovine) u ugljen-dioksid

koji je do 23 puta manje štetan po pitanju globalnog zagrevanja6 u poređenju

sa CH4 oslobođenog anaerobnom digestijom koja se dešava prilikom

dozrevanja stajnjaka [6].

Još jedan značaj ovog energenta je što se njegovom proizvodnjom smanjuje

zavisnost od fosilnih goriva, a samim tim i javlja se veća nezavisnot domaćeg

energetskog tržišta i proizvodnje od stranih dobavljača energenata, odnosno

zemalja sa velikim zalihama nafte i uglja. Sirovine za biogas se mogu naći na

lokalnom nivou i ne zavise mnogo od spoljašnih faktora.

Izgradnjom postrojenja za preradu biomase na farmama se može povećati

zaposlenost ljudi na lokalnom nivou što doprinosi boljem iskorišćenju resursa

sa farmi i time se povećava prinos agrarne proizvodnje. Ostatak proizvodnje se

može koristiti kao đubrivo, a i teži se ispunjavanju evropske direktive za

korišćenje obnovljivih izvora energije [3].

Sirovine za dobijanje

Prilikom razmatranja polazne sirovine za dobijanje biogasa, mora se voditi

računa o sadržaju suve materije u supstratu. koja je pokazatelj kvaliteta

supstrata, a i u odnosu na taj parametar se računa potencijalni prinos metana.

Osim ugljenika i vodonika, za rast bakterija koje vrše fermentaciju su potrebni i

izvori azota, sumpora, fosfora, kalijuma, kalcijuma, magnezijuma i ostalih

elemenata u tragovima, kao što su gvožđe, mangan, molibden, cink, selen,

nikl, itd.. Prisustvo teških metala, antibiotika i deterdženata može imati

inhibitorni efekat na proces proizvodnje metana7[7]. Optimalni odnos C:N:P za

anaerobnu fermentaciju je 200:3:1 [6].

Kao sirovina za dobijanje biogasa može se koristiti biomasa veoma raznolikog

porekla. Najviše korišćene sirovine su:

6 Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen, Biogas handbook, 2008.7 Jelena Dodić, Jovana Grahovac, Studija o obnovljim izvorima energije 2011

5

Životinjski stajnjak iz stočarstva

Otpadna materija poljoprivredne industrije

Organski komunalni otpad i ostaci prehrambene industrije

Kanalizacionicmulj

Namenski uzgojene biljne vrste [5]

Prednosti korišćenja životinjskog stajnjaka je činjenica da se time zbrinjuje,

(naime pre upotrebe stajnjaka kao đubriva on mora da dozri, što je proces

sličan anaerobnoj fermentaciji kojom se dobija biogas, zbog čega dolazi do

određene emisije metana), a ostaci proizvodnje se jednako mogu koristiti kao

đubrivo za njive, njegova velika dostupnost i veoma niska cena (praktično je

besplatan jer nema dalju primenu), kao i činjenica da inicijalno sadrži određen

broj bakterija potrebnih za njegovu preradu. Ukoliko se nijedna sirovina ne

nalazi u dovoljnoj količini, ili je lošeg kvaliteta, pa je prinos mali, moguće je

mešati dve ili više različitih sirovina, kako bi se postigao bolji prinos ili kvalitet

biogasa, što se često primenjuje u praksi. Radi poređenja, data je slika 2 koja

prikazuje prinos metana iz različitih sirovina. Interesantno da je prinos biogasa

od stočnog đubriva među najmanjima. Šta nedostaje? C ili N,...? Kako to da

TRAVA daje za 1/3 veći prinos gasa od kravljeg đubriva? Na str. 19 navedene

literature pored slike se nalazi tabela koja pokazuje sastav ovih sirovina.

Takođe na str. 27 istog rada navedeno je da je najpovoljniji odnos C:N:P:S =

600:15:5:1, dok je kod stajnjaka C:N = 3-10.. što znači da nedostaje C

6

Slika 2. Prinos metana različitih polaznih sirovina [8]8.

Kao što se vidi sa slike, kravlji stajnjak daje mali prinos zbog malog odnosa

C:N, pa se zbgo toga u praksi često meša sa ostalim sirovinama bogatim C pre

fermentacije [6].

Postupak dobijanja

Biogas se dobija postupkom anaerobne fermentacije organske materije.

Anaerobna fermentacija podrazumeva odsustvo slobodnog kiseonika koji

veoma štetno utiče na sam proces. Prednost anaerobne fermentacije u odnosu

na aerobnu oksidaciju se ogleda što pri anaerobnim uslovima, organska

materija razgrađuje do metana koji ima mnogo velik energetski sadržaj, dok bi

se iz iste sirovine pri aerobnim uslovima dobio CO2. koliki je E sadržaj CO2?

Praktično je 0, jer ne može da sagoreva, dok metan može. Preformulisao sam

rečenicu. Glavni proizvodi anaerobne fermentacije su metan i ugljen- dioksid

8 Preißler, D. et al. (2007). Anaerobic digestitionof energy crops without manure addition.35.Symposium “ActualTasks ofn AgriculturalEngineering”, Opatija, Croatia, S.363-370.

7

(odnosno biogas) kao i ostatak fermentacije, koji se može koristiti kao organsko

đubrivo.

Osnovne faze anaerobne fermentacije su hidroliza, kiselinska, sirćetna i

metanogena faza. Ove faze, kao i bakterije koje su najjaktivnije u tim

pojedinim fazama9[9] su šematski prikazane slikom 3.

Slika 3. Šematski prikaz postupka fermentacije biomase.

Proizvodi prethodne faze se koriste kao sirovina za početak naredne, a za

svaku fazu potrebna je druga vrsta bakterija različite osetljivosti, i za svaku

9 Wirth et. al. Characterization of a biogas-producing microbial community by short-read next generation DNA sequencing 2012

8

grupu bakterija su potrebni različiti uslovi za razvoj. Bakterije metanogene faze

su najosetljivije na promenu spoljašnjih uslova, pa ukoliko se sve faze obavljaju

u jednom reaktoru, uslovi se prilagođavaju ovoj grupi bakterija [4]. Bitno je

naglasiti da se sva četiri koraka odvijaju paralelno.

Hidroliza

Hidroliza je prvi korak u prevođenju organske materije biomase u biogas. U

ovom delu procesa organski polimeri se pomoću hidrolitičkih egzoenzima

bakterija prevode u jednostavnije sastavne delove. Tokom hidrolize se složeni

molekuli kao što su ugljeni hidrati, lipidi, nukleinske kiseline i proteini razlažu

na monosaharide, glicerol, purine i piridine. Različiti mikroorganizmi se mogu

koristiti u ovom koraku, a razložene materije se koriste u daljim stupnjevima

procesa, kao i u sopstvenom metabolizu bakterija.

Kiselinska faza (acidogeneza)

Produkti hidrolize se koriste kao polazne supstance u ovoj fazi fermentacije.

Acidogene bakterije razgrađuju monosaharide, amino kiseline i više masne

kiseline na organske kiseline kraćeg lanca (propionska, buterna i sl.; eng.

Volatile fatty acids), sirćetnu kiselinu, vodonik i ugljen-dioksid10 [10].

Sirćetna faza (acetogeneza)

U ovoj fazi produkti acidogeneze, koji se ne mogu direktno koristiti u

metanogenezi, se dalje razgrađuju do suptrata koje metanogene bakterije

mogu da koriste. Organske kiseline sa više od dva C atoma u lancu i alkoholi sa

više od jednog se prevode u sirćetnu kiselinu, vodonik i ugljen-dioksid.

Proizvodnjom vodonika se povećava njegov parcijalni pritisak u bioreaktoru,

što inhibitorno deluje na bakterije acetogeneze, međutim u sledećoj fazi,

metanogene bakterije koriste taj vodonik u sintezi metana, i time omogućuju

dalji rast bakterija treće faze, sa kojima su u simbiozi.

10 Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Biogas – an introduction, 2009.

9

Metanogena faza (metanogeneza)

Ovo je ujedno i najvažnija faza, a takođe i najosetljivija. U ovoj fazi

metanogene bakterije prevode sirćetnu kiselinu, CO2 i vodonik u metan,

najvažniju komponentu biogasa. Oko 70% metana se dobije iz sirćetne kiseline,

a ostatak iz vodonika i CO2 [6]. nepravilno rečeno jer ispada da se CH4 može

dobiti samo od CO2! Verovatno se radi o bilansu atoma iz pojedinih reaktanata.

Samo oko 30% metna se dobija od ugljen-dioksida i vodonika, tako je i

navedeno u literaturi [8] na str. 23.Ova faza je najsporija faza u celom procesu

anaerobne fermentacije, i veoma je osetljiva na procesne uslove kao što su:

sastav supstrata, brzina doziranja supstrata, temperature, pH i drugi, stoga je

veoma bitno voditi računa o ovim parametrima, kako se ne bi prekinula

produkcija gasa.

Procesni uslovi

Kao što je već napomenuto, kako bi se postigao optimalan rad postrojenja,

mora se voditi poseban račun o procesnim parametrima prilikom rada. U ovom

delu će biti dat kratak prikaz nekih parametara koji bitno utiču na proces

anaerobne fermentacije:

a) Prisustvo kiseonika

Bakterije četvrte faze su najosetljivije na prisustvo slobodnog kiseonika, i čak i

veoma male koncentrcije mogu da deluju inhibitorno ili skroz prekinu rast ovih

bakterija, stoga je od suštinskog značaja obezbediti potpuno anaerobne uslove.

b) Temperatura

Postoje tri temperaturna režima u kojima se može voditi proces. To su

psihrofilni (ispod 25 oC), mezofilni (25 oC – 45 oC) i termofilni (45 oC – 70 oC). Od

temperature u velikoj meri zavisi struktura mikrobiološke zajednice, a od nje

direktno zavisi brzina konverzije, a time i vreme zadržavanja sirovina i trajanje

fermentacije [7]. Uticaj temperature na prinos i vreme trajanja procesa može

se videti iz slike 4. Osim na brzinu, temperatura utiče i na druge parametre kao

što je količina amonijaka, koja se povećaca sa temperaturom [7].

10

slika 4. Vreme zadržavanja i prinos metana u zavisnosti od

temperaturnog režima [11]11

c) pH vrednost

Od pH vrednosti zavisi brzina razmnožavanja bakterija i brzina razlaganja

supstrata. Metanogeneza se odvija na relativno uskom intervali pH vrednosti,

sa optimumom na intervalu od 6.8 do 7.212 [12] Organske kiseline stvorene

tokom acedogeneze mogu da prouzrokuju pad pH i time naruše stabilnost

procesa, međutim, produkti metanogeneze kao što su CO2 i NH3 i bikarbonati

imaju suprotan efekat, te su ove dve faze, pri normalnim uslovima vođenja

procesa, u ravnoteži.

d) Mešanje

Mešanje se vrši kako bi se organske materije i potrebni nutrijenti preneli do

aktivne biomase, obezbedili uniformni uslovi prenosa toplote u fermentoru,

obezbedilo oslobađanje mehurova gasa iz supstrata i sprečilo raslojavanje

supstrata. Usled kretanja supstrata i podizanja gasnih mehurova nastalih u

toku fermentacije postoji određeni stepen prirodnog mešanja, međutim, kako

ono nije dovoljno, neophodno je dodatno mešanje. Najčešće metode mešanja

su eksterna recirkulacija pumpanjem, unutrašnje mehaničko mešanje i

unutrašnje mešanje gasom [7].

11 Anonim. 2007a. Biogashandbuch Bayern - Materialband. Bayerisches Landesamt fürUmwelt (LfU), Augsburg, Nemačka.12 Turovskiy IS, Mathai PK. Wastewater sludge processing. New York: Wiley; 2006.

11

e) Vreme zadržavanja

Tačno vreme zadržavanja se može izračunati samo kod šaržnih procesa, dok se

kod kontinualnih procesa srednje vreme zadržavanja određuje kao količnik

zapremine fermentora i brzine unosa sirovina za fermentaciju. Od vremena

zadržavanja zavisi stepen napredovanja reakcije. Takođe treba voditi računa da

ono ne bude previše kratko, tj. minimalno vreme zadržavanja mora biti

dovoljno za stabilno razmnožavanje radnih mikroorganizama [10].

f) Biološka potrošnja kiseonika

Biološka potrošnja kiseonika (BPK) je količina kiseonika koju iskoriste

mikroorganizmi za razgradnju organskih materija u susptratu na 20⁰C pri

aerobnim uslovima. Ovaj parametar je u stvari pokazatelj o opterećenosti

supstrata biloškim materijama koje mikroorganizmi mogu da iskoriste, i zbog

toga je bitno pratiti ovaj parametar. Ukoliko je cilj proizvodnje biogasa

prečišćavanje otpadnih voda, ovaj parametar vode na izlazu mora biti što

manji. Otkuda kiseonik u anaerobnoj digestiji? BPK pokazuje koliko kiseonika bi

bakterije ikoristila za razgradnju tog supstrata pri aerobnim uslovima, ali pri

anaerobim uslovima on samo pokazuje koliki je sadržaj organskih materija u

supstratu, tj. koliko hrane za mikroorganizme postoji.

g) Koncentracija amonijaka

Jedan od najčešćih inhibitora u procesu anaerobne digestije je amonijak. On

može poticati od rastvorenog amonijaka ili nastati usled razgradnje proteina i

drugih sastojaka (npr. urea). Nivo amonijaka koji je inhibitoran za rast bakterija

zavisi od parametara, kao što su pH, temperatura i adaptacija inokuluma [7]

h) Koncentracija vodonik-sulfida

Tretiranje otpadnih voda sa visokim koncentracijama sumpora može dovesti do

inhibicije metanogeneze usled formiranja vodonik-sulfida. Koncentracije

ukupnog vodonik-sulfida od 100 do 300 mg/l ili slobodnog vodonik-sulfida od

50 do 150 mg/l izazivaju inhibiciju rasta biomase koja dovodi do potpunog

prekida proizvodnje biogasa. Fe3- joni se često dodaju u fermentacionu tečnost,

kako bi se inhibiralo stvaranje H2S, uglavnom u vidu FeCl3 [7].

12

Prečišćavanje proizvoda

Da bi se biogas dalje koristio potrebno je njegovo prečišćavanje, kako bi se

uklonile otrovne komponente i sastojci koji oštećuju delove postrojenja i dobio

bolji kvalitet krajnjeg proizvoda, a za neke procese potrebno je, na ovaj način, i

povećanje toplotne moći.

Različite tehnologije naknadne primene zahtevaju različiti stepen čistoće, od

čega direktno zavise troškovi njegovog prečišćavanja. Za generaciju toplotne

energije, kogeneraciju i trigeneraciju, procesom desulfurizacije se uklanja

vodonik sulfid i vodena para. Za utiskivanje biogasa u mrežu prirodnog gasa i

za korišćenje kao goriva transportnih vozila, uklanja se i ugljen-dioksid kako bi

se postigla veća toplotna moć. Na poljoprivrednim postrojenjima, najčešće se

uklanjaju H2S, vodena para i CO2 [4].

Uklanjanje vodene pare

Uklanjanjem vode i vodene pare iz biogasa sprečava se njena kondenzacija u

daljim delovima gasovoda kao i pri daljoj primeni, čime se izbegavaju

eventualna oštećenja opreme usled kavitacije i korozija.

Sušenje se uglavnom postiže hlađenjem (ponekad i sa povećanjem pritiska),

koje može da se obezbedi dovoljno dugačkim gasovodom, da bi se biogas

dovoljno dugo zadržao u njemu i ohladio. čime se kondenzuje voda. Cevi

gasovoda su često ispod zemlje kako bi se obezbedila postojanija temperatura

tokom godine [4].

Uklanjanje vode se može izvršiti i adsorpcijom na silika gelu ili alumini ili

apsorpcijom u glikolu ili higroskopnim solima, kako bi se postigao još manji

sadržaj vlage u biogasu [13]13

Uklanjanje CO2

Uklanjanjem CO2 povećava se toplotna moć biogasa jer se on u značajnoj meri

nalazi u njemu. (25-45%) jer se time ujedno povećava udeo metana. Najčešći

13 Appels, L., Baeyens, J., Degrève, J., Dewil, R., Principles and potential of the anaerobicdigestion of waste-activated sludge, Progress in energy and combustion science, vol 34, 6,2008, p. 755-781

13

postupci uklanjanja CO2 su apsorpcija, adsorpcija,ali i membranske separacije

sve više dobijaju na značaju.

Za apsorpciju voda se najčešće koristi kao apsorpciona tečnost. Rastvorljivost

ugljen-dioksida u vodi opada sa porastom temperature, a raste sa porastom

pritiska, te se ova dva parametra moraju pratiti. Nakon apsorpcije vodom u

biogasu ostaje 5 do 10% CO2. Uporedo sa apsorpcijom CO2, uklanja se i deo

H2S, pa izlazni tok vode ima povećan sadržaj sumpora te može doći do korozije

cevovoda, stoga se preporučuje da se prethodno postupku uklanjanja CO2

izvrši desumporizacija [7]. Apsorpcija se može izvršiti i korišćenjem vodenog

rastvora kalcijum hidroksida koji ugljen-dioksid pevodi u nerastvorni CaCO3 i

izdvaja se kao talog.

Adsorpcija se izvršava na čvrstim adsorbentima kao što su aktivni ugalj ili

molekulska sita, što je jednostavno ali skupo, i sa visokim zahtevima za

toplotom [7].

Desumporizacija

H2S se koji se nalazi u biogasu mora se ukloniti kako bi se sprečila korozija

opreme i dobili čistiji produkti saogrevanja biogasa. Prethodnim tretiranjem

aktivnog mulja Fe3+ solima može se značajno smanjiti sadržaj H2S u biogasu,

međutim mora se voditi računa jer prekomerne doze mogu inhibirati proces

fermentacije[14]14.

Bakterije roda Acidothiobacilus prisutne u aktivnom mulju se mogu koristiti za

uklanjanje H2S [7], a pošto su već prisutne u fermentoru, ne moraju se

naknadno dodavati. Da bi ove bakterije efikasno uklanjale vodonik-sulfid,

neophodno je dodati kiseonik, najčešće dodavanjem atmosferskog vazduha,

čija količina zavisi od koncentracije vodonik-sulfida u biogasu, uglavnom 2-6%.

Najjednostavniji postupak je njeno izvršavanje u samom fermentoru, gde se

može ukloniti i do 95% H2S što zavisi od temperature, količine dodatog

vazduha i vremena zadržavanja. Biološke desumpurizacije se može odvijati i u

14 cDewil R, Baeyens J, Roels J, Van De Steene B. The distribution of sulphurcompounds in sewage sludge treatment. Environ Eng Sci 2008;25:879–86.

14

zasebnom bioflitru [13]. Prilikom dodavanja vazduha u biogas, mora se voditi

računa o bezbednosti, jer je metan lako zaaljiv i može doći do havarije.

Desumporizacija se može postići i adsorpcijom H2S na aktivnom uglju. Aktivni

ugalj služi kao katalizator koji prevodi vodonik-sulfid u elementarni sumpor. Za

ovaj postupak aktivni ugalj se prethodno impregnira kalium-jodidom [15]15.

Ostaci proizvodnje

Pri fermentaciji, ne potroši se celokupna količina supstrata, već deo nutrijenata

ostaje u neproreagovalom delu supstrata, koji se zajedno sa otpadnim

produktima naziva ostatak fermentacije. U ostatku fermentaciej osim

nutrijenata, zaostaje i određena količina mikroorganizama, te je moguće da se

proces fermentacije nastavi u manjoj meri, zato ovaj ostatak mora

odgovarajući da se zbrine. To se uglavnom postiže đubrenjem poljoprivrednih

površina ostatkom, čiji je sastav veoma sličan sazrelom stajnjaku, iako on

može da varira u zavisnosti od sirovina, a time se i doprinosi zaštiti životne

sredine i zaokruženju životnog ciklusa. Prosečan sastav ostatka fermentacije

prikazan je tabelom 2. Rekao bih da je sastav ostatka približno ISTI, bez obzira

na sirovinu (silažu)! Da li treba da izbacim tabelu? Ja sam hteo da je prikažem

čisto da se vidi da sastav ostatka ipak u nekoj meri i zavisi od supstrata, jer se

u njemu u stvari nalaze neproreagovali elementi koji su bili u sirovini. Osim

toga, ostatak fermentacije može da se peletira i prodaje kako komercijalno

đubrivo.[4]

Tabela 2. Sastav ostatka fermentacije sa tri različita biogas postrojenja16 [16].

Postrojenje 1 2 3

Korišćeni supstrati [%]

Kukuruzna silaža 57 45 63

Tečni stajnjak 24 2 6

15 Hagen M, Polman E. Adding gas from biogas to the gas grid. Final ReportDanish Gas Agency, 2001. p. 26–47.16 Effenberger M, Bachmaier H, Kränsel Eunice, Lehner A, Gronauer A. Wissenschaftliche Begleitung der Pilotbetriebe zur Biogasproduktion in Bayern. Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Freising, Nemačka, 2009

15

Silaža zrna kukuruza 10 23 11

Silaža cele biljke

žitarica

8 17 18

Sastav ostatka fermentacije

Suva masa [%] 6

,

6,

4

7,

4Nukupno [kg/m3] 5

,

5,

0

4,5

NH4 [kg/m3] 3

,

2,

5

2,

6P2O5 [kg/m3] 2

,

1,

3

1,

9K2O [kg/m3] 4

,

4,

9

5,

4

Tokom fermentacije, čvrste organske materije se razgrađuju, što se u krajnjem

koraku procesa odražava kao smanjenje viskoziteta, koncentracije materija

neprijatnog mirisa, i organskih kiselina koje mogu imati korozivno dejstvo.

Ukupna količina azota se ne menja, ali organski vezan N se prevodi u

neorganske soli koje biljke mogu da usvoje i koriste za rast, isto važi i za fosfor,

kalcijum, kalijum. Sadržaj sumpora se smanjuje, jer se većina prevodi u H2S.

Zbog anaerobnih uslova i temperature, patogeni mikroorganizmi kao i semena

korova odumiru, što ima poseban značaj za primenu ostatka fermentacije kao

đubriva [6].

Primena biogasa

Biogas, nakon odgovarajuće tehnike prečišćavanja, može se koristiti na

različite načine kao izvor primarne energije, u zavisnosti od energetskih

potreba okoline u kojoj se proizvodi. Najčešće njegove primene su proizvodnja

električne energije kogeneracijom ili trigeneracijom, toplotne energije

direktnim sagorevanjem, kao gorivo za motorna vozila ili njegovo mešanje sa

prirodnim gasom u predviđenim cevovodima. U ovom poglavlju su opisani

pomenuti načini dobijanja sekundarne energije iz biogasa.

Kogeneracija

Postupak dobijanja električne uz istovremeno korišćenje “otpadne” toplote

naziva se kogeneracija (eng. Combined heat and power generation). Na ovaj

način postiže se veoma veliki stepen iskorišćenja, čak do 90% (oko 35% 16

energije se pretvara u električnu, a 65% u toplotnu) [4] što je i razlog zašto je

ovo ujedno i najčešći postupak daljeg korišćenja biogasa.

Princip rada kogenerativnih postrojenja na biogas je sagorevanje biogasa u

motorima sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori) kojima se pokreću

turbine koje proizvode električnu energiju, dok se toplota iz rashladnih fluida

motora takođe koristi bilo u samom biogas postrojenju ili za spoljašnju

upotrebu kao što je prikazano na slici 4.

Slika 4. Šematski prikaz kogenerativnog postrojenja sa motorom SUS [4].

Najčešće se koriste gasni Oto motori (Otto motori) i gasni motori slični dizel

motorim sa inicijalnim paljenjem (dizel motori), ove dve tehnologije su ujedno i

najrazvijenije. Mehanička energija dobijena okretanjem vratila motora se koristi

za pokretanje turbine, najčešće sihronog generatora, dok se asihroni koriste za

postrojenje kapaciteta manjeg od 100 kW. Proizvedena električna energija se

može koristiti za pokretanje električnih uređaja na samom postrojenju (pumpa,

mešalica, kontrolnih sistema..) ali i da se prodaje u lokalnu električnu mrežu

[4].

17

Ranije se nije obraćalo mnogo pažnje na otpadnu toplotu, ali danas je ona

dobila na značaju. Ona se dobija iz rashladne tečnosti i produkata sagorevanja.

Toplota iz rashladne tečnosti je na relativno niskoj temperaturi pa se može

koristiti za zagrevanje vode do najviše oko 90 °C, a ona se dalje može koristiti

za zagrevanje fermentora ili obližnjih radnih i stambenih prostorija. Toplota

produkata sagorevanja je između 460 i 550 °C pa se ona može koristiti za

proizvodnju pare i spoljašnju upotrebu, više o upotrebi u delu o toplotnoj

energiji.

Korišćenje biogasa za dobijanje toplotne energije

Ovo je najjednostavniji način korišćenja energije biogasa. Dobija se prostim

sagorevanjem gasa u kotlovima i bojlerima i prenosi razmenjivačima toplote, a

može se koristiti za upotrebu na lokalnom nivou (farmama pir biogas

postrojenjima) ili da se energija doprema do spoljašnjih korisnika.

Toplota dobijena iz biogasa (njegovim direktnim sagorevanjem ili iz

kogeneracije i trigeneracije) se može koristiti za zagrevanje procesne opreme u

kojima se odvija fermentacija, radnih i stambenih prostorija u okolini

postrojenja ili za industrijske potrebe. Najveći stepen iskorištenja je pri

korišćenju u industriji, jer su potrebe za toplotnom energijom u ovom sektoru

konstantne i ne zavise mnogo u odnosu na doba godine a i industrijska potreba

za toplotom je velika. Upotrebom toplotne enrgije za zagrevanje stambenih

prostorija je takođe moguće, ali veliki nedostatak je što su potrebe različite u

toku godine, naime, velike su u zimskom periodu, a veoma male u letnjem.

Trigeneracija

Problemi neravnomerne potrebe za toplotnom energijom tokom godine

pokušavaju se rešiti postupkom trigeneracije (proizvodnja električne, toplotne i

rashladne energije). U ovom slučaju razmotreno je i korišćenje toplote i u

letnjim periodima, a koja bi inače predstavljala otpadnu toplotu, za pokretanje

apsorpcionih rashladnih mašina, takozvanih “čilera” čiji je princip rada sličan

radu toplotnih pumpi. Time se produžava rad biogas postrojenja i postiže veliki

stepen iskorišćenosti konstantno tokom godine. Korišćenje rasladnih mašina

18

nije novo rešenje, ali je nedovoljno rasprostranjena na biogas postrojenjima

usled velikih investicionih troškova [4].

Gorivo za transport

Da bi se biogas koristio kao grivo za vozila sa SUS motorima, potrebno je da

bude zadovoljavajućeg kvaliteta, pa se nakon fermentacije iz njega uklanjaju

CO2, H2S, NH3, voda i mehaničke čestice. Ovo se radi da bi se povećao sadržaj

metana u biogasu jer se time povećava njegova toplotna moć, što je bitan

faktor kod motornih vozila jer se tako omogućuje veći pređeni put za istu

količinu gasa. Takođe prečišćavanjem biogasa se postižu uslovi za sigurnu

vožnju, smanjuje se emisija štetnih gasova, korozija i uklanjaju se čestice koje

mogu da dovedu do mehaničkog oštećenja motora [4]. Prečišćeni biogas se

takođe naziva i biometan.

Biometan se može koristiti u vozilima koja su fabrički napravljena da koriste

prirodni gas, ali i u vozilima sa dizel i benzinskim motorima uz manje

prepravke, potrebno je da se ugrade rezervoari za gas i sistem za dovođenje

do motora. Biometan se obično čuva u bocama pod pritiskom od 200 – 250 bar.

Vozila koja se kreću na biometan proizvode mnogo manje štetnih izduvnih

gasova. Ukupna emisija CO2 je drastično smanjena, pogotovo ako se električna

energija korišćena za prečišćavanje i komprimovanje biogasa dobija iz

obnovljivih izvora energije. Emisije azotnih oksida i organskih isparljivih

materija je takođe veoma manja, kao i ukupna emisija čestica prašine [4].

Utiskivanje u mrežu prirodnog gasa

Ukoliko se biogas ne može koristiti u blizini postrojenja za njegovu proizvodnju,

ili je potrebno da se toplotna energija biogasa prenese naveće razdaljine, tada

se on utiskuje u mrežu prirodnog gasa. Uslovi za ovakvo korišćenje biogasa je

da se on prethodno prečisti do zadovoljavajućeg kvaliteta propisanog

zakonskim regulativama, da postoji mreža prirodnog gasa u blizini postrojenja i

mesta primene.

Prednosti ovog postupka su što se time energija biogasa efikasnije prenosi na

veće razdaljine i da se nakon toga ona pretvara u poželjan vid energije nego

19

kada bi se transportovala sekundarna (toplotna energija), a i investicioni

troškovi su manji.

Mane su što se u tom slučaju, električna i toplotna energija za pokretanje

biogas postrojenja moraju nabaviti sa drugog mesta (javne električne i

toplotne mreže) ili se može dobiti iz kogenerativnog postrojenja manjeg

kapaciteta, što može da poskupi postupak. Osim ovoga, postupak se veoma

poskupljuje iz razloga što se biogas mora dodatno prečistiti, što poskupljuje

postupak do te mere da je ovaj način primene uglavnom neisplativ, čak i pri

većin subvencijama [4].

Literatura:

[1] Ngô C., Natowitz J. B., Our Energy Future -Resources, Alternatives and the

Environment, 2009.

[2] www.iea.org 25.06.2014.

[3] Anonim. 2009. Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy

from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives

2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union.

[4] Martinov M. et al Studija o proceni ukupnih potencijala i mogućnosti

proizvodnje i korišćenja biogasa na teritoriji AP Vojvodine, 2011.

[5] Kaltschmitt M, Hartmann H. 2001. Energie aus Biomasse – Grundlagen,

Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York.

[6] Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias

Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen, Biogas handbook, 2008.

[7] Jelena Dodić, Jovana Grahovac, Studija o obnovljim izvorima energije 2011

[8] Preißler, D. et al. (2007). Anaerobic digestitionof energy crops without manure addition.35.Symposium “ActualTasks ofn AgriculturalEngineering”, Opatija, Croatia, S.363-370.

[9] Wirth et. al. Characterization of a biogas-producing microbial community by

short-read next generation DNA sequencing 2012

[10] Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), Biogas – an

introduction, 2009.

[11] Anonim. 2007. Biogashandbuch Bayern - Materialband. Bayerisches Landesamt fürUmwelt (LfU), Augsburg, Nemačka.

20

[12] Turovskiy IS, Mathai PK. Wastewater sludge processing. New York: Wiley;

2006.

[13] Appels, L., Baeyens, J., Degrève, J., Dewil, R., Principles and potential of

the anaerobic digestion of waste-activated sludge, Progress in energy and

combustion science, vol 34, 6, 2008, p. 755-781

[14] Dewil R, Baeyens J, Roels J, Van De Steene B. The distribution of sulphur

compounds in sewage sludge treatment. Environ Eng Sci 2008;25:879–86.

[15] Hagen M, Polman E. Adding gas from biogas to the gas grid. Final Report

Danish Gas Agency, 2001. p. 26–47.

[16] Effenberger M, Bachmaier H, Kränsel Eunice, Lehner A, Gronauer A.

Wissenschaftliche Begleitung der Pilotbetriebe zur Biogasproduktion in Bayern.

Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Freising, Nemačka, 2009

21