Međusveučilišni prediplomski studij „Mediteranska poljoprivreda“

Ak. god. 2011./2012.

Modul: Tehnika u hortikulturnoj proizvodnji

Seminarski rad:

PRIMJENA SUVREMENE OPREME U PRERADI MASLINOVE KOMINE U BIOPLIN PRI ULJARI

„BOŽIĆ“- SVIRČE

Mentor: doc. dr. sc. Sito StjepanStudent: Carić Marijo, mat. br. 150

U Splitu, prosinac 2011.

Sadržaj

1. Uvod1.1. Ključni pojmovi........................................................................................31.2. Značaj proizvodnje el. energije iz bioplina........................................31.3. Projekt „Solution“ na Hvaru..................................................................4

2. Sirovina za proizvodnju2.1. Karakteristike i izvori sirovine za proizvodnju bioplina.................52.2. Načini prerade biomase

2.2.1. Anaerobna razgradnja..........................................................................62.2.2. Ostali načini dobivanja energetski iskoristivih spojeva iz biomase.....7

2.3. Porijeklo biomase pri proizvodnji bioplina pri uljari „Božić“ u Svirčima........................................................................................................7

2.3.1. Maslinina komina............................................................................72.3.2. Introdukcija sudanske trave (Sorghum vulgare var. sudanese)...................................................................................................82.3.3. Rezni otpadni materijal i ugostiteljski otpad...................................8

3. Tehnika i tehnologija u proizvodnji bioplina pri uljari „Božić“..........93.1. Spremnici za razgradnju biomase......................................................103.2. Jedinica za proizvodnju el. energije iz bioplina s jedinicom za iskorištenje otpadne topline.........................................................................11

4. Ekonomski pokazatelji.....................................................................................13

5. Zaključak..............................................................................................................14

6. Popis priloga........................................................................................................15

6. Literatura..............................................................................................................15

2

1. Uvod

1.1. Ključni pojmoviNa samome početku dat će se ogled o ključnim pojmovima rada. Tako kada govorimo

o „bioplinu“ podrazumijevamo plinovitu fazu procesa digestije biomase, a koja je bogata

energijom. Ovdje se pod pojmom „biomase“ podrazumijeva svaki vid otpada i ostataka

biorazgradivih tvari, bilo iz šumarstva, poljoprivrede ili prehrambenog te ugostiteljskog

sektora.

1.2. Značaj proizvodnje el. energije iz bioplinaSukladno globalnim trendovima, ali i realnoj potrebi smanjenja emisije stakleničkih

plinova te činjenici da su energetski bogati organski rudimenti u litosferi oskudno dobro,

razvijali su se razni pristupi alternativnoj, ekološki prihvatljivoj, proizvodnji energije za

potrebe današnje uljudbe.

Na prvi pogled, u procesu proizvodnje bioplina, stječe se dojam istobitnosti s klasičnim

sagorijevanjem kalorijski bogatih rudarskih sirovina u pogledu emisije stakleničkih plinova.

Pri tom se zanemaruje činjenica da je, u vidu proizvodnje koji će biti opisan u nastvaku rada,

emisija stakleničkih plinova u pogledu emisije ugljik (IV) oksida ekvivalentna onoj koja bi se

dobila prirodnim ciklusom razgradnje ugljika, a i za razliku od izgaranja fosilnih goriva nema

emisije sumpornih spojeva. Također ugljik (IV) oksid koji se dobije izgaranjem metana, kao

jednog od proizvoda razgradnje biomase, ima manje stakleničko djelovanje nego sam metan.

Proizvodnjom bioplina uvelike podižemo i ljestvicu racionalnosti bilo koje proizvodnje koja

kao nusprodukt ima biomasu. Ovu činjenicu možemo promatrati bilo s ekonomskog, bilo s

ekološkog aspekta.

Dakle, proizvodnja bioplina iznalazi ulogu u mnogim aspektima održivog razvoja. U prvom

planu to su racionalno korištenje resursa, zajedno sa povećanjem efikasnoti onih djelatnosti

koje proizvode biomasu te doprinos kao udio u razvoju alternativnih, obnovljivih i ekoloških

rješenja u osiguravanju potreba za energijom.

3

Grafikon 1: Udio energije biomase u ukupnoj potrošnji primarne energije u svijetu 2000

Izvor: http://www.aweres.net/Preuzmi/OIE_biomasa.pdf

Grafikon 2: Strategija proizvodnje el. energije iz biomase u HR 2000-2030

Izvor:

1.3. Projekt „Solution“ na HvaruProjekt „Solution“ zamišljen je kao pilot projekt energetski samoodrživih zajednica

diljem EU-a. Među tim zajednicama, a ujedno i jedina van okvira EU-a, je ona na Hvaru.

Mnoge posebnosti utjecale su na odabir Hvara kao pogodne lokacije. U prvom redu to se

4

odnosi na ekološke uvjete, poglavito klimu. Također, na odabir je utjecala i varijabilnost

pristupačnosti biomase, osnovnog preduvjeta za proizvodnju biomase. Isto tako, velika

insolacija otvara i mogućnosti postavljanja solarnih elektrana, a što je ujedno i dugoročni cilj

ovoga projekta na hvaru. U korelaciji s tim, jedan od aspekata projekta jest i vid samoodržive

kuće, a što pak podrazumijeva instalaciju solarnih i fotovoltaičnih panela.

U vidu ovog projekta konačnim korisnicima se subvencijama omugućava sniženje ulaznih

troškova za 2/3 cijene koštanja.

Sukladno spomenutom, u nastavku rada bavit će se proizvodnjom bioplina na Hvaru, pri uljari

Božić, a kao jednim od vidova solution programa.

2. Sirovina za proizvodnju

2.1. Karakteristike i izvori sirovine za proizvodnju

bioplinaKao što je već rečeno biomasa je svaki vid otpada i ostataka biorazgradivih tvari, bilo

iz šumarstva, poljoprivrede ili prehrambenog te ugostiteljskog sektora.

Skica 1: Put biomase u procesu proizvodnje bioplina

Izvor: http://www.aweres.net/Preuzmi/OIE_biomasa.pdf

Tako izvor iz šumarstva predstavlja otpad drve industrije ili nusprodukte gospodarenja i

održavanja šuma. Također, značajniji je izvor iz poljoprivrede. To su pak svi nusprodukti

uzgoja i prerade, kao što su slama, kukurozovina, ljuske, razne komine, etc... U nedostatku

pak nusprodukata postojeće proizvodnje sade se energetski nasadi. To su najčešće nasadi

uljane repice, jablana, topola ili brzorastućih trava kao što su kineska trska ili sudanska trava.

5

Kada govorimo o izvorima biomase iz poljoprivrednog sektora onda to ne moraju nužno biti

izvori biljnog porijekla, već mogu biti i životinjskog. Ova činjenica se svodi na anaerobnu

digestiju životinjskog izmeta ili spaljivanje lešina, što se zna koristiti primjerice na

peradarskim farmama. Potencijalni izvor biomase također nije nužno ni primarna sirovina,

već može biti i prerađevina tipa biodizela, bioetanola, no onda mijenja i ekonomski aspekt

proizvodnje.

Poželjno je da je biomasa visoko kalorična, tj. energetski bogata te da je brzo razgradiva. To

pak podrazumijeva da je energetska vrijednost biljne biomase vezana u što većem omjeru u

šećerima manjih struktura, tj. u što manjem udjelu celuloze koja je teško razgradiva te

usporuje proces.

2.2. Načini prerade biomase

2.2.1. Anaerobna razgradnja

Anaerobna razgradnja proces je, kako mu i naziv navodi, anaerobni put proizvodnje

bioplina. Pod bioplinom u ovakvom slučaju podrazumijevamo plinsku smjesu koju čine

najvećim dijelom metan, koji je i cilj proizvodnje, a čini 45-70% udjela, te ugljik (IV) oksid,

koji čini 25-60% udjela. Tu dolaze još i neki elementi u tragovima, među kojima najobimniji

vodik, svi ukupno oko 2%.

Velika pogodnost ovakvog načina iskorištenja biomase jest ta da se po završetku digestije

dobiva visokokvalitetno organsko gnjojivo, sa povišenim udjelom dušika.

Sam proces, kao što će se kasnije podrobnije opisati u studiji slučaja pri uljari „božić“,

zahtjeva zatvoren sustav koji se sastoji od spremnika, tj. fermentera te jedinice za pretvorbu

bioplina u iskoristivi vid energije, ili pak jedinice za skladištenje bioplina. također, ovaj

proces zahtjeva i specifične okolišne uvjete u digestorskom sustavu, tj. optimum za korisne

mikroorganizme koji provode digestiju. Ti se uslovi obično kreću u pH vrijednostima 6-7,

temperaturi 25-35 stupnjeva cellzius-ovih te zahtjeva provjetravanje i miješanje u aerobnim

fazama procesa.

Usporedbe radi kalorijska vrijednost zemnog plina je 34-38 MJ/Nm3, dok je ona bioplina, u

prosjeku, 20 MJ/Nm3.

6

2.2.2. Ostali načini dobivanja energetski iskoristivih

spojeva iz biomase

Među značajnije načine dobivanja energetski iskoristivih spojeva iz biomase, a koji

nisu predmet ovog rada su fermentacija i esterifikacija kao biokemijski procesi, sa alkoholnim

i uljnim pruktima (bioetanol, biodizel). Od termeokemijskih procesa tu su sagorijevanje

(sagorijevanje peleta i briketa) te rasplinjavanje i piroliza, dva procesa temeljena na

poretvorbama plinova pri visokim temperaturama.

2.3. Porijeklo biomase pri proizvodnji bioplina pri

uljari „Božić“ u SvirčimaU uvodu je već spomenuto da je jedan od razloga dolaska Solution programa na Hvar i

varijabilnost u izboru obnovljivih izvora energije. U zadanome projektu dane su potrebne

kvote određenih izvora biomase. Naime, za proces anaerobne digestije potrebna je biomasa

koja pruža povoljne uvjete za rad mikroorganizama razgradnje. Budući sama maslinina

komina takve uslove ne pruža javila se potreba za primjesama komini, a kako bi se dobila

biomasa povoljna za ulazak u proces.

2.3.1. Maslinina komina

Predviđeni projekt proizvodnje bioplina pri uljari „Božić“ u Svirčima sa realizacijom

će započeti nadolazeće, 2012., godine. Prva proizvodna godina zamišljena je kao pokusna te

će kao takva raditi sa 50% projektnog kapaciteta. Najveći dio biomase porijeklom će biti

komina iz uljare „Božić“. Problem kod ove vrste komine jest visoka razina fenolnih spojeva.

Naime, pri digestiji maslinine komine ti se fenoli oslobađaju te latentno djeluju na

mikroorganizme, čime znatno usporuju proces. Da bi se koncentracija fenola u digestoru

smanjila, komini se mogu dodati razne druge vrste biomasa, a niskofenolnog sadržaja.

7

Fotografija 1: Deponij komine u blizini Svirača

Izvor: Vlastita fotografija

2.3.2. Introdukcija sudanske trave (Sorghum vulgare var.

sudanese)

Problem stvaranja idealne smjese biomase oduzeo je relativno dosta vremena. Naime,

trebalo je riješiti problem nabave biomase, niskoceluloznog i niskofenolnog sadržaja, a da

ujedno ima i visok prinos po jedinici površine te da je pogodna za uzgoj u hvarskom klimatu.

Inzistiralo se na uvjetu uzgoja na Hvaru, budući bi troškovi prijevoza sirovine znatno povisili

cijenu koštanja konačnog proizvoda. Rješenje se pronašlo u sudanskoj travi, kod nas poznate

kao sirak. Ona se u Hrvatskoj uzgaja u kontinentalnom dijelu no njeno porijeklo je iz

sutropskog pojasa te je kao takva izuzetno pogodna za uzgoj na Hvaru. Procijenjeno je da u

klimatskim uvjetima Hvara može dati prinos od 60-80 t/ha. Time bi se dakle s uzgojem na cca

2-3 ha riješio problem dodatne biomase.

2.3.3. Rezni otpadni materijal i ugostiteljski otpad

8

Kao dodatna rješenja u stvaranju povoljne smjese javile su se i ideje iskorištenja

poljoprivrednog reznog materijala te sakupljanjem ugostiteljsko- prehrambenog otpada kojeg

na Hvaru u ljetnim mjesecima ima u znatnim količinama.

Fotografija 2: Dovoz biomase

Izvor: Projektna dokumentacija

3. Tehnika i tehnologija u proizvodnji bioplina pri

uljari „Božić“

Fotografija 3: Plan budućeg postrojenja u Svirčima

9

Izvor: Projektna dokumentacija

3.1. Spremnici za razgradnju biomase

Pri uljari u Svirčima, koristit će se dakle postupak anaerobne razgradnje biomase.

Ovim procesom dobiva se tzv. 3A- bioplin. Tri slova „A“ u nazivu označavaju aerobnu,

anaerobnu te konačno još jednu aerobnu fazu kao kraj procesa.

Taj proces se odvija u tzv. digestorima. U Svirčima ih je predviđeno 5, svaki zapremnine

30m3. Sam proces traje 4 tjedna, dakle za normu obrade 1000 t/god potrebno je ostvariti 7

ciklusa punjenja.

U prvoj aerobnoj fazi zatvorena masa se prozračuje. Nadalje, u drugoj anaerobnoj fazi

uključuje se sustav grijanja u spremnicima kako bi se potaknula mikrobiološka razgradnja.

Usto se uključuju i prskalice da bi se ostvarila potrebna vlaga. U ovoj se fazi oslobađa

ekonomski bitna količina. U posljednoj, još jednoj aerobnoj fazi ponovno vršimo

prozračivanje digestora i praznimo ga.

Kao što je već rečeno po završetku ovog procesa dobivamo veoma kvalitetno organsko,

dušikom obogaćeno gnjojivo.

Tablica 1: Tehnički podaci o digestoru

Izvor: Projektna dokumentacija

Fotografija 3: Digestori

10

Izvor: Projektna dokumentacija

Fotografija 4: Digestor

Izvor: Projektna dokumentacija

3.2. Jedinica za proizvodnju el. energije iz bioplina s

jedinicom za iskorištenje otpadne topline

Proizvedeni plin, po postupku frakcioniranja, skladišti se ili se pak iskorištenjem pri

pokretanju agregata njegova kemijska energija transformira u električnu. Dakle uz

predviđenih 5 digestora u Svirčima biti će smješten jedan dodatni kontejner. U njemu se

nalazi agregat pokretan na proizvedeni plin te jedinica za iskorištenje topline koja se razvija

prilikom anaerobne digestije. Agregat se spaja na distributorni sustav HEP-a te se ekonomska

dobit ostvaruje prodajom električne energije „Hrvatskoj elektroprivredi“.

11

U istome kontejneru nalazi se i kotao s vodom. Cijevima se do njega doprema otpadna toplina

iz procesa digestije te se on grije. Pri tom se iskorištava toplinska energija konvertirana u

mehaničku vodene pare te naposljetku konvertirana u električnu.

Skica 2: Sustav digestora i jedinice za konvertiranje energije

Izvor: Projektna dokumentacija

12

4. Ekonomski pokazatelji

Tablica 2: Kalkulacija proizvodnje

13

Izvor: Projektna dokumentacija

Iz priloženog vidimo da je cijena ukupne investicije 320000 eura. Proizvodna cijena 1

kWh el. energije je 0,007 eura. Linija će zahtjevati utrošak ljudskog rada od 5 h/tjedan s

brutto cijenom rada od 30 eur/h u koju su uključeni svi doprinosi. Ostali troškovi odnose se na

održavanje, osiguranje te obveze spram državnom proračunu. Amortizacija je procijenjena na

rok od 10 godina, dakle iznosila bi 32000 eur/god. Naravno ova brojka može uvelike varirati.

Tako bi ukupni godišnji trošak iznosio cca. 50000 eura.

Netto proizvodnja energije, što iz bioplina, što od topline, iznosit će 391000 kWh/god, što pri

cijeni od 0,165 eura daje prihod od cca. 60000 eura. Na prodaji nastalog humusa (cca 700t) uz

cijenu od 20 eur/t planira se prihod od 15000 eura. Brutto prihod tako bi ukupno iznosio cca.

75000 eura.

14

Poslovni rezultat naposljetku bi iznosio dakle oko 25000 eur/god. Naravno ova brojka uvelike

ovisi o amortizacija koja može podosta varirati od one procijenjene, a koja predstavlja i

najveći trošak.

Fotografija 5: Otkup preverele biomase

Izvor: Projektna dokumentacija

5. ZaključakSvjedoci smo sve većeg interesa ulagača, ali i javnosti za proizvodnjom energije iz

obnovljivih, ekoloških izvora. Ulagači pak interes vide u lakom ulasku u posao zahvaljući

subvencijama te u konačnici i zajamčenim otkupom proizvoda. Istovremeno takvi projekti

nailaze na odobravanje javnosti te za razliku od drugih energetskih postrojenja, ona ovakvog

tipa, od strane javnosti poželjna su u naseljenim sredinama.

Zahvaljujući svemu tome ovakva i slična postrojenja budućnost su pri stvaranju energetski

samoodrživih zajednica, kao doprinos održivom razvoju.

6. Popis priloga

Grafikon 1: Udio energije biomase u ukupnoj potrošnji primarne energije u svijetu 2000

Grafikon 2: Strategija proizvodnje el. energije iz biomase u HR 2000-2030

Skica 1: Put biomase u procesu proizvodnje bioplina

15

Skica 2: sustav digestora i jedinice za konvertiranje energije

Tablica 1: Tehnički podaci o digestoru

Tablica 2: Kalkulacija proizvodnje

Fotografija 1: Deponij komine u blizini Svirača

Fotografija 2: Dovoz biomase

Fotografija 3: Plan budućeg postrojenja u Svirčima

Fotografija 4: Digestori- pogled iz vana

Fotografija 5: Digestor- oprema

Fotografija 6: Otkup preverele biomase

6. Literatura

Projektna dokumantacija

http://www.aweres.net/Preuzmi/OIE_biomasa.pdf

16