Polska myśl techniczna w Biogazowni Śniaty

Od czerwca 2024 r. gospodarstwo Jerzego Kostrzewy w Śniatach użytkuje nowoczesną biogazownię rolniczą o mocy elektrycznej 0,499 MW. Gospodarstwo jest nastawione na produkcję zwierzęcą (300 krów mlecznych plus młodzież, przy czym byczki są sprzedawane okolicznym rolnikom). Produkcja roślinna prowadzona na ok. 170 ha w gospodarstwie jest podporządkowana hodowli krów, dlatego kiszonka z kukurydzy jest stosowana tylko jako substrat uzupełniający (pierwszeństwo ma żywienie zwierząt).

Biogazownia Śniaty - Polska myśl techniczna

Gospodarstwo pana Jerzego stosuje nowoczesne rozwiązania w produkcji (jak np. roboty udojowe), a wraz z wybudowaną biogazownią jest modelowym wręcz przykładem jak prowadzić ekologiczną hodowlę zwierzęcą przy praktycznie oddziaływaniu na środowisko oraz generować energię elektryczną i ciepło z ujemną emisyjnością (a należy pamiętać, że prąd w polskim systemie elektroenergetycznym jest „najczarniejszy” w całej UE, z emisyjnością ponad 750 g ekwiwalentu CO₂/kWh.

Technologia

Biogazownia Śniaty jest to nowo otwarta biogazownia zbudowana w technologii Dynamic Biogas. Jest to w stu procentach czysto polska technologia i nowa, mająca niecałe 10 lat, w której wyeliminowano większość problemów typowych dla biogazowni starszego typu, opartych na niemieckiej technologii NaWaRo. Wyeliminowano tu podstawowe problemy występujące w biogazowniach starszej generacji, jak tworzenie się kożucha i powstawanie osadów dennych.

Uzyskano to dzięki specyficznym wymiarom fermentorów (są one nieco wyższe niż szersze, podczas gdy w klasycznych biogazowniach średnica fermentorów jest kilka razy większa niż ich wysokość), ale przede wszystkim dzięki unikatowemu systemowi mieszania strumieniowego. Polega on na zamontowaniu w centralnej części fermentora pionowego mieszadła, które zasysa fermentującą pulpę z górnej powierzchni zbiornika i poprzez mieszadła strumieniowe wtłacza ją na dno fermentora, czyszcząc jednocześnie dno z wszelkich osadów.

Mieszadło strumieniowe jednocześnie trzyma specjalny balkonik na szczycie fermentora z odkręcaną pokrywą, przez którą można wymienić silnik mieszadła w razie jego awarii w ciągu godziny bez przerywania procesu fermentacji, podczas gdy w typowych biogazowniach wymiana mieszadła związana jest z koniecznością zatrzymania procesu, wypompowania pulpy fermentacyjnej i zdjęcia membrany pokrywającej fermentor. To jest trzecia (po redukcji występowania kożucha i osadów dennych) wielka zaleta w stosunku do tradycyjnych biogazowni, bowiem jeżeli mieszadło ulegnie awarii - to po prostu przez górną pokrywę za pomocą dźwigu wyciąga się to mieszadło i wymienia na nowe bez zatrzymania pracy biogazowni.

Instalacja ma moc elektryczną 0,499 MW, choć jest możliwość bardzo łatwej rozbudowy tej instalacji do 1 MW. Biogazownia jest inna niż tradycyjne również dlatego, że jest zbudowana ze stali, fermentory i zbiornik na poferment są skręcone z blach ze stali kwasoodpornej. Jedynie wylewki fundamentowe są tradycyjne. Jest to instalacja wyposażona również w akcelerator biotechnologiczny czyli hydrolizer, w którym zachodzą wstępne procesy rozkładu substratów używanych do biogazowni.

Ten hydrolizer można przyrównać do swego rodzaju „świńskiego żołądka” – co również odróżnia tę biogazownię od typowych instalacji, nazywanych powszechnie w Europie „betonowymi krowami” z racji budowy z żelbetonu oraz stosowanych substratów i procesów trawienia podobnych do tych zachodzących w przewodzie pokarmowym bydła.

Polska myśl techniczna w Biogazowni Śniaty

Substraty

Biogazownia w Śniatach wykorzystuje głównie swoje substraty: przede wszystkim obornik i gnojowicę. Jest to dziennie ponad 20 ton obornika, kilkanaście m³ gnojowicy, a substraty uzupełniane są dodatkiem kiszonki z kukurydzy i wywaru gorzelnianego. Karmienie odbywa się przez kosz zasypowy, z którego substraty stałe, po rozcieńczeniu gnojowicą czy wywarem, przechodzą przez macerator, gdzie następuje rozdrobnienie.

Temperatura fermentacji wynosi ok. 40-41^oC, bowiem jak wykazują badania prowadzone w Pracowni Ekotechnologii (to największe polskie laboratorium biogazowe kierowane przez prof. Jacka Dacha, znajdujące się na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu) – właśnie taka temperatura jest najlepsza dla rozkładu substratów w fermentacji termofilnej oraz w praktyce zapewnia eliminację większości patogenów (pod warunkiem, że ogrzewany jest też zbiornik na poferment – jak to ma miejsce w Śniatach).

Produktem końcowym procesu fermentacji substratów jest poferment czyli rewelacyjnej jakości nawóz. Jest to wręcz taki „dopalacz” dla roślin, po zastosowaniu którego widać wyraźnie bardziej dynamiczny wzrost roślin i uzyskuje się lepsze plony. Poferment, w odróżnieniu od stosowanej na polach gnojowicy czy obornika - nie wydziela również odorów, a to jest też bardzo ważne dla okolicznych mieszkańców. Można powiedzieć, że biogazownia tak de facto jest instalacją do dezodoryzacji różnego rodzaju bioodpadów i odchodów zwierzęcych, ponieważ w trakcie procesu te składniki, które ludzie odczuwają jako smród - są rozkładane przez bakterie fermentacyjne.

Ciekawym rozwiązaniem jest też sposób odbioru pofermentu. Ze zbiornika pofermentacyjnego jest poprowadzona rura poza teren biogazowni - do zbiornika przejściowego znajdującego się pod silosem kiszonkowym, skąd można pobrać poferment w celu rozlewania go po polach – i to bez konieczności wjeżdżania zestawem ciągnik-wóz asenizacyjny na biogazownię. W ten sposób teren biogazowni pozostaje czysty, podczas gdy w typowych biogazowniach wywożenie pofermentu wiąże się często z wprowadzaniem przez ubłocone koła ciągników i wozów asenizacyjnych dużych ilości ziemi.

Problemy z niestabilnymi źródłami OZE

Produkowany biogaz jest spalany w agregacie kogeneracyjnym o mocy elektrycznej 0,499 kW, który został wyprodukowany przez firmę Agregaty Pex-Pool Plus Janusz Kania (polską firmę z Dębicy), choć sam silnik został wyprodukowany przez firmę MAN.

Choć początkowo uzyskane warunki przyłączenia pozwalały na nieskrępowaną, całodobową produkcję energii elektrycznej do lokalnej sieci średniego napięcia – bardzo gwałtowny wzrost w ostatnich kilku latach generacji prądu z pogodo zależnych źródeł OZE (przede wszystkim fotowoltaiki) wymusił zmianę tej sytuacji. Operator energetyczny zażądał od dostawców urządzeń dla biogazowni wykonania dodatkowych zabezpieczeń pracy agregatu kogeneracyjnego jak i trafostacji, umożliwiających zdalne ograniczenie generowanej przez agregat kogeneracyjny mocy – a nawet jego całkowite wyłączenie.

Takie sytuacje zdarzają się coraz częściej, zwłaszcza w słoneczne i wietrzne dni, w szczególności w weekendy, gdy ilość energii elektrycznej dostarczanej lokalnie do sieci jest zbyt duża w stosunku do poboru mocy. Stąd właśnie niestabilne źródła OZE, których praca jest ściśle zależna od warunków pogodowych, pory dnia czy roku – wpływają na pracę najbardziej stabilnych i kontrolowalnych źródeł OZE jakimi są biogazownie.

Ta nowa sytuacja stawia przed firmami zaopatrującymi biogazownie w stacje trafo oraz silniki kogeneracyjne bardzo duże wyzwania, ponieważ te dodatkowe układy umożliwiające operatorom energetycznym zdalną kontrolę pracy silnika kogeneracyjnego (w tym możliwość jego wyłączenia) są bardzo kosztowne i aby poprawnie działały - muszą być w odpowiedni sposób skonfigurowane z systemem automatyki obsługującym instalację biogazową. Część podwykonawców nie będzie w stanie sprostać tego typu wymogom (zwłaszcza chodzi o mniejsze firmy), ponieważ są to bardzo drogie rozwiązania, a dodatkowo niektóre systemy automatyki (zwłaszcza starszych generacji) nie są w stanie zostać przystosowane do tych nowych wymogów.

Biogazownie przyszłościąhodowli zwierzęcych

Należy podkreślić, że kurs obrany przez poprzednią Komisję Europejską (ale i obecną z nowego rozdania) zmierza w kierunku silnych ograniczeń produkcji zwierzęcej jako tej, która generuje bardzo duże emisje gazów cieplarnianych. Liczne badania prowadzone w ostatnich latach (w tym projekty realizowane przez zespół Pracowni Ekotechnologii z UP w Poznaniu) wykazują, że budowa biogazowni zintegrowanej z hodowlą zwierzęcą może w praktyce całkowicie zredukować ślad węglowy w produktach odzwierzęcych. Z tego względu należy się spodziewać, że w najbliższych kilku latach nastąpi gwałtowny wzrost liczby biogazowni budowanych w Polsce, zwłaszcza, że mamy ich w kraju niecałe 180 podczas gdy Niemcy mające nieco mniejszy od Polski potencjał biogazowy mają tych biogazowni blisko 10000.

Dr inż. Patrycja Pochwatka, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Mgr inż. Marcin Pietrowski, CH4LNG S.A.