Organické odpady z domácností a živočíšnej výroby (časť 2)

ZLOŽENIE A VLASTNOSTI BIOPLYNU

Bioplyn (starší názov kalový plyn) je zmes plynov a obsahuje 55 až 75 % metánu (CH4), 25 až 40 % oxidu uhličitého (CO2) a 1 až 3 % ďalších plynov ako je dusík (N2), vodík (H2), stopové množstvo vzácnych plynov, sírovodík (H2S) a vodné pary. Zloženie a vlastnosti bioplynu sú uvedené v tabuľke.

Bioplyn, ktorý vzniká pri anaerobnej fermentácii exkrementov hospodárskych zvierat má obvykle 55 až 70 objemových percent metánu. V závislosti na obsahu metánu môže mať bioplyn výhrevnosť v rozmedzí 19,6 až 25,1 MJ.m^-3. V bežných prípadoch závisí výhrevnosť bioplynu na druhu spracovávaných exkrementov.

Bioplyn má oktánové číslo 100 – 110, t. zn. že sa hodí pre motory s vyššou kompresiou, má však veľmi zlé zápalové vlastnosti.

K prevádzke domácich chladničiek na bioplyn príchádzajú do úvahy iba absorpčné chladničky. Z 1m ³ bioplynu by bolo možne generovať 1,6 až 1,9 kWh elektrického prúdu podľa výkonu generátora a dalšie 3,5 kWh tepelného výkonu odpadového tepla.

Okrem oxidu uhličitého obsahuje bioplyn ešte menšie množstvo dusíku a stopy až 1 % kyslíku, ktoré sa môžu dostať do plynového systému zo vzduchu, strhnutého pri čerpaní hnoja. Pri vysoko zaťažených anaerobných reaktoroch sú v bioplyne až 3 objemové % vodíku (väčšinou ale okolo 1 %). V závislosti na zložení krmiva hospodárskych zvierat obsahuje bioplyn sírovodík v množstve 0,1 až 1 objemových percent.

Pri sledovaní bioplynovej stanice bolo v bioplyne maximálne 0,7 % sírovodíku (priemerne 0,3 až 0,35 %), teda asi trojnásobné množstvo v porovnaní s bioplynom z mestských čistiarní. Sírovodík pri spaľovaní vytvára oxid siričitý, ktorý znečisťuje ovzdušie a v spojení s vodou má korozívne účinky. Pretože spaľovanie plynného paliva je (v porovnaní so všetkými ostatným kvapalnými i tuhými palivami) najúčinnejšie. Pri bežnom spaľovaní pre vykurovanie a prípravu teplej vody sa preto bioplyn väčšinou nezbavuje sírovodíku. V poslednej dobe sa v Europe doporučuje, aby sa pred využívaním plyn odsíril.

Korozívne účinky sírovodíku sú zvýraznené tým, že bioplyn obsahuje vždy značné množstvo (v závislosti na teplote vyhnívania 2 až 6 %) vodných pár. Pary pri ochladení rýchlo kondenzujú, takže na plynovom rozvodnom systéme musia byť na najnižších miestach potrubia nainštalované lapače kvapiek na zachytenie kondenzátu. Plynové potrubie musí mať najmenej 1 % spád k lapačom. Inakšie hrozí, že sa vytvoria vodné kapsy, ktoré zúžia profil potrubia, príp. úplne znemožnia priechod bioplynu.

Vo fermentore je bioplyn nasýtený vodnou parou. Tá síce pri ochladení kondenzuje (v plynovom systéme sa odlúči z 1 m³ obvykle 20 až 30 g vody), zbytok vodnej pary v bioplyne (niekoľko g v m³) však i pri teplote 0° C zostáva. Metán môže za určitých okolností tvoriť s vodnou parou pevný hydrát, ktorý sa podľa údajov z Kanady môže usadzovať vo vnútri plynového potrubia. Doporučuje sa preto dimenzovať plynový potrubný systém so značnou rezervou. Zloženie a vlastnosti bioplynu z exkrementov živočíšneho odpadu a hospodár. zvierat

EKOLOGICKÉ ASPEKTY

· Výroba bioplynu ako zdroja energie. Vedľajším produktom je biologické hnojivo.

· Získanie vysoko hodnotného biologického hnojiva a zachovanie živín, obsiahnutých v odpadových poľnohospodárskych látkach. Vedľajším produktom je bioplyn.

· Plnenie požiadaviek ochrany životného prostredia, t. zn. zníženie a ochrana prostredia pred škodlivými emisiami poľnohospodárskej výroby.

Toxické látky

Okrem obvyklých úprav by sa musel z bioplynu odstrániť H₂S a CO₂. Odsírenie má predovšetkým zabrániť korózii, spôsobenej spáliteľnými zostatkami, ale odstraňujú sa ním i malé zostatky toxických zložiek.

Toxicita substrátov môže vzniknúť z prílišného množstvo organických i anorganických zložiek. Príkladom, vzťahujúcim sa k vyhnívaniu živočíšnych odpadov, je amoniak, o ktorého toxicite však neexistuje jednotný názor.

Organické látky

Tieto látky sa vyskytujú v ovzduší ako pestrý rad zlúčenín, z ktorých mnohé sú do značnej miery nebezpečné pre špecifické škodlivé účinky – karcinogénne, mutagénne, teratogénne atď.

Metán - CH₄

- horľavý, bezfarebný plyn bez zápachu. Zmes plynu so vzduchom je výbušná. Plyn je ľahší než vzduch. Pri rozpínaní plynu môže vzniknúť krátkodobá hmla (t zn. studená hmla). Hmly zostávajú pri zemi.

Metan je nízkovýhrevný plyn – jeho kvalita sa zvyšuje čistením. Čistý zemný plyn sa vyznačuje vysokým podielom CO₂, veľmi nízkou zápalnosťou a rýchlosťou plameňa. Bioplyn má podobné vlastnosti ako zemný plyn – po malých úpravách je možné použiť na všetkých plynových zariadeniach

Oxid uhličitý - CO₂

Vzniká ako produkt dýchania, vulkanickou činnosťou, rozkladom organických látok, pôsobením kyselín na horniny, ale najmä pri spaľovaní uhlíkatých palív. Časť vyprodukovaného CO₂ sa viaže fotosyntézou v rastlinách, časť vo svetových oceánoch. Oxid uhličitý nebol považovaný za zložku znečisťujúcu prostredie. V dôsledku spaľovania fosílnych palív stúpa jeho obsah v ovzduší, čo sa nepriaznivo prejavuje v otepľovaní Zeme, v tzv. skleníkovom efekte.

Ošetrovanie bioplynu

Pri ošetrovaní bioplynu do úvahy prichádzajú len tri veci:

- odvod H₂S (odsírenie je dôležité v prvom rade kvôli korózii. zvlášť ako zostatky spaľovania a odvod prítomných jedovatých podielov)

- odvod CO₂ (zvýšenie výhrevnosti a dôležité pri skvapalňovaní)

- komprimácia, prípadne skvapalňovanie (pri použití ako pohonná hmota pre traktory). Sírovodík - H ₂ S

V bioplyne je však sírovodíku podstatne menej ako vo všetkých ostatných fosílnych palivách. V porovnaní so zemným plynom je preto bioplyn palivo, ktoré znečisťuje ovzdušie oxidom síričitým najmenej.

Odsírenie

Takmer všetky odsírovacie zariadenia používané v chemickom priemysle nie sú použiteľné pre zariadenia na výrobu bioplynu bez potrebných úprav. Z tohto dôvodu je vhodný len katalytický spôsob s Fe(OH)₃ ako katalyzátorom.

Pranie plynu

Kysličník uhličitý pôsobí v bioplyne ako inertný podiel a redukuje teda výhrevnosť, ale žiadnym spôsobom nenarušuje zhodnotenie plynu. Len pri veľkokapacitných zariadeniach, ktoré odvádzajú bioplyn cudzím spotrebiteľom, môže byť pranbie plynu potrebné, ale prebieha za vysokých nákladov.