jobbra|bélyegkép|265px|Az erjesztett trágyából fejlődő gáz energia előállítására is használható A biogáz szerves anyagok mikróbák által anaerob körülmények között történő lebontása során képződő gázelegy. Körülbelül 45-70% metánt (CH4), 30-55% szén-dioxidot (CO2), nitrogént (N2), hidrogént (H2), kénhidrogént (H2S), ammóniát és egyéb maradványgázokat tartalmaz (pl.: sziloxán, metil-merkaptánt (CH3SH)).
A biogázképződés mikrobiológiája thumb|right|250px|Biogázfejlesztő Németújvárott A biogázképződést négy fázisra lehet bontani. Ezek a következők:
Hidrolízis: a hidrolízis folyamán a szerves anyagokat (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) bakteriális enzimek alapegységekre bontják (aminosavakra, zsírsavakra, glükózra). Savképződés: savképződéskor a feloldott anyagok szerves savakká (ecetsavvá, propionsavvá, vajsavvá), kis szénatomszámú alkoholokká, aldehidekké, hidrogénné, szén-dioxiddá és egyéb gázokká (például ammóniává, kén-hidrogénné) alakulnak. Ez a folyamat addig tart, amíg a baktériumok saját lebontó tevékenységeik következtében el nem pusztulnak, fel nem oldódnak (az alacsony pH miatt a baktériumok életkörülményei már nem megfelelőek). Acetogén fázis: ebben a fázisban az acetogén baktériumok az előző fázis anyagait alakítják ecetsavvá. Metánképződés: ebben a fázisban az ecetsavat metanogén baktériumok metánná, szén-dioxiddá és vízzé alakítják. A hidrogén (H2) és a szén-dioxid (CO2) metánná és vízzé alakul át:
Összességében elmondható azonban, hogy a mikrobiológiai folyamatokat két fő fázisra bonthatjuk: az egyikben a fermentáció történik (első két fázis), a másodikban pedig a metánképződés. A második fázisban ugyanis az acetogén baktériumok csak a metanogén baktériumokkal együtt (szimbiózisban) képesek működni.
Az optimális fermentáció követelménye a megfelelő szén–nitrogén arány (a szén aránya a nitrogénhez viszonyítva) a fermentálandó anyagban. Ideális esetben ez az arány 13:30. A lebontási maradékban található nitrogén vegyületek a növények számára könnyen felvehető formában vannak jelen.
Biogáztermelés alapanyagai
Állati trágyák (marhatrágya, sertéstrágya, baromfi trágya, marha hígtrágya, sertés hígtrágya) Szántóföldi növények (silókukorica, kalászos teljesnövény, cukorrépa, répalevél, fűszenázs) Élelmiszeripari melléktermék (melasz, szőlőtörköly, gyümölcstörköly, sörtörköly, gabona szeszmoslék) Kommunális hulladék (konyhai élelmiszer-hulladék, szennyvíziszap, zöldkaszálék)
A biogáz felhasználásának lehetőségei Magas energiatartalma miatt (kb. 50 - 60% metán) energiatermelésre lehet hasznosítani. A biogáz energiatartalmát a metántartalomból lehet következtetni: 1 m³ metán 9,94 kWh energiát tartalmaz. 60%-os metántartalom esetén 1 m³ biogáz 0,6 l tüzelőolaj energiájával egyenértékű. Lehetséges felhasználási módok:
hagyományos, "ázsiai" felhasználások a több millió háztartásban (főzőlap, lámpa stb.); meleg víz előállítása biogáz üzemű kazánban; kapcsolt villamos- és hőenergia termelés (kogeneráció), hűtőközeg előállítása esetén trigeneráció; földgáz minőségű biometán előállítása; a jövőben bioszén-dioxid előállítása.
Hagyományos, "ázsiai" felhasználások
A biogáz tömeges használatának története nagyjából másfél évszázados, elsősorban Kínában és Ázsia más országaiban. Ezek túlnyomórészt nem ipari, hanem háztartási használatok, osztott termelést valósítanak meg a környezetet terhelő koncentrált termelés helyett. A fejlődő országok energiaellátását célzó programok eredményeképpen elterjedtek az egyszerű felépítésű biogáz üzemű tűzhelyek és lámpák. A vezetékes villamos rendszerektől elzárt területeken a biogáz üzemű lámpa lehetőséget biztosít olcsó fényforrás használatára.
Melegvíz előállítása biogáz kazánban
A biogáz egyszerű és olcsó hasznosítási módja biogáz égetésére alkalmas kazánban melegvíz előállítása is. A fejlődő országokban ez is elterjedt hasznosítási mód. A biogáz üzemű kazánokat el lehet látni olyan égőfejekkel is, melyek alkalmasak egyéb folyékony vagy légnemű energiahordozók elégetésére (fűtőolaj, földgáz, PB gáz).
Kapcsolt villamos- és hőenergia termelés
A biogáz üzemű kapcsolt energiatermelés, melynek felépítése azonos a földgáz üzemű kogenerációs berendezésekkel, a gázmotor nagyságától függően a biogáz energiatartalmának 25-42%-át képes villamos energiává alakítani, míg termikus hatásfoka 40%-körül alakul. A kis teljesítményű motorok elektromos hatásfoka alacsonyabb. A kogenerációs berendezések össz hatásfoka (elektromos és termikus) 75% fölött van. A biogáz használata áramtermelésre azért is előnyös lehet, mert földgázt válthat ki, csökkentve ezzel a külső szállítóktól való függést.
Lényegesen magasabb összhatásfok érhető el biometánüzemű törpeaggregát és bojler összeépítésével (a víz melegítése és a motorblokk hűtése azonos folyamatok), amely használati melegvíz mellett elektromos áramot is termel (az esetleg felesleges áram tárolása rövid távon akkumulátorral, hosszú távon vízbontással, H2 és O2 gázok tárolásával a legelőnyösebb). Bár az elektromos hatásfok alacsony, a termikus hatásfok magas; az egyedüli veszteségforrás a kipufogógázzal távozó hő, az összhatásfok 90% feletti. Ez a megoldás semmiféle hálózatot nem igényel (sem villamos-hálózatot, sem távhő-hálózatot), ezért osztott/családi termelés céljára (az élelmiszer-önellátáson kívül energia-önellátásra is) előnyös.
Biometán előállítása
Számos technológia létezik, melynek segítségével a biogázban található szén-dioxidot és egyéb olyan gázokat le lehet választani, melyek eltávolítása után a földgáz minőségével egyező ún. biometánt kapunk. A biometán, amennyiben megfelel az MSZ 1648:2000 sz. földgáz minőségi paramétereknek, a földgáz hálózatba betáplálható. Magyarországon még nem valósítottak meg biogáz tisztító berendezést és földgáz hálózati betáplálást.
Jövőbeli bioszén-dioxid előállítása
A metanol-gazdaság egyik lényeges előnye az emissziómentes villamosenergia rendszer, amelynek során direkt metanolcella alkalmazásával zárt ciklusban körforgást végez 4 elem, a metanol, az oxigén, a szén-dioxid és a víz. Ennek indításához, a fosszilis ill. ipari eredetű szén-dioxid kiváltásához használható bioszén-dioxid is (az ilyen gázgyártás során - a biomettán-gyártással szemben - a biometán a szennyező, akár el is fáklyázható).
A biogáz Európában 2006-ban az Európai Unióban 62.200 GWh energiát állítottak elő biogázból. Ebbe az energiamennyiségbe beletartozik a depóniagáz, szennyvíztelepi biogáz és az egyéb szerves anyagokból előállított biogáz is (többnyire mezőgazdasági biogáz üzemek). Németország és Nagy-Britannia közel 36% és majd 32%-os részaránnyal a legnagyobb biogáz termelő országok közé tartoznak. A többi tagországban lényegesen kevesebb biogázt termelnek és hasznosítanak. Nagy-Britanniában a depóniagáz a meghatározó (90%), míg Németországban az egyéb biogáz termelés (főleg mezőgazdasági alapanyagokat hasznosító üzemek) közel 50%-os aránnyal a meghatározó. Nagy-Britannia 1000 lakosra jutó átlagos energiatermelése biogáz alapon 28,1 Toe, míg Magyarországé 1 Toe.
Biogáz alapú energiatermelés 2006 (GWh)Biogas barometer 2007 – EurObserv’ER Systèmes solaires – le journal des énergies renouvelables n° 179, s. 51–61, 5/2007 Állam Összesen Depóniagáz Szennyvíz Egyéb Németország 22 370 6 670 4 300 11 400 UK 19 720 17 620 2 100 0 Olaszország 4 110 3 610 10 490 Spanyolország 3 890 2 930 660 300 Franciaország 2 640 1 720 870 50 Hollandia 1 380 450 590 340 Ausztria 1 370 130 40 1 200 Dánia 1 100 170 270 660 Lengyelország 1 090 320 770 10 Belgium 970 590 290 90 Görögország 810 630 180 0 Finnország 740 590 150 0 Csehország 700 300 360 40 Írország 400 290 60 50 Svédország 390 130 250 10 Magyarország 120 0 90 40 Portugália 110 0 0 110 Luxemburg 100 0 0 100 Szlovénia 100 80 10 10 Szlovákia 60 0 50 10 Észtország 10 10 0 0 Málta 0 0 0 0EU (GWh) 62 200 36 250 11 050 14 900
A lebontási maradék hasznosítása
A fermentáció után visszamaradt anyag sokkal jobban alkalmazható talaj szerves anyag utánpótlás biztosítására, mint az istállótrágya, mert:
-az anaerob kezelés során az értékes nitrogén tartalom megőrződik,
-az elfolyó anyag savassága csökken, a pH értéke 7-ről 8-ra emelkedik,
-istállótrágya esetében a C/N arány 30-50%-kal csökken, tehát a keletkező termék alkalmas közvetlen mezőgazdasági alkalmazásra,
-a folyamatban a foszfor és kálium tartalom a növények számára könnyen felvehető állapotba kerül,
-a gyommagvak csírázóképessége mezofil folyamatban csökken, termofil folyamatban gyakorlatilag megszűnik,
-a termék sokkal kevesebb kellemetlen szaganyagot tartalmaz és könnyen vízteleníthető.
A fermentáció eredményeként a hulladék elhelyezéssel járó közegészségügyi problémák csökkennek, mert:
-az anaerob fermentáció során az emberre veszélyes patogén baktériumok jelentős része elpusztul (termofil folyamatban teljes fertőtlenítés következik be),
-a termék térfogata számottevően csökken, tehát könnyebben és biztonságosabban tárolható,
-a környezetet szennyező anyagok koncentrációja csökken az anaerob fermentáció után Jegyzetek
Források
Updated Guidebook on Biogas Development. United Nations, New York, 1984. Energy Resources Development Series No. 27. p. 178, 30 cm. * Bár döntő részben az ázsiai és óceániai családi fejlesztésekkel foglalkozik (melyek kb. 11-12 millióan vannak és rohamosan szaporodnak), a családi alkalmazás körében a mai napig a legfontosabb alapmű, teljes. A Budapesti Műegyetem Központi Könyvtárában a raktári szám: O372859 [szerk.: Dr. Bai, Attila]: A biogáz. Száz magyar falu könyvesház Kht., Budapest, 2007. p. 284+cca20, 27 cm. . * Noha az osztott (családi) termelés csak 10-15 oldalnyi (döntően a centralizált termeléssel foglalkozik), mégis fontos alapmű a technológiák, továbbá a magyarországi jogi környezet részletes ismertetésével. Bevezető részében igen értékes globális adatokat közöl.
További információk Magyar Biogáz Egyesület Biogáz.lap.hu Fachverband Biogas e.V. Freising, Németország OGIN Biogas B.V. - Termofil biogáz erőművek tervezése és kivitelezése Ökogázprojekt Kft - Személyre Szabott Energia Biogázüzemek működése, és biogázüzemi technológiák (Dr HajduJózsef 2009)
Kapcsolódó szócikkek megújuló energiaforrások bioetanol biodízel biomassza metanogén baktériumok
Kategória:Kémia Kategória:Tüzelőanyagok Kategória:Biotechnológia