Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης

Transcript

1 Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (ΕΚΕΤΑ / ΙΔΕΠ) Παραγωγή βιοαερίου από απόβλητα γουνοφόρων ζώων: τεχνολογίες και καλές πρακτικές Επιχειρηματική ανακάλυψη στη Δυτική Μακεδονία: Θεματική ημερίδα του κλάδου της γούνας Μέρος 2: Εκτροφή Γουνοφόρων Ζώων Καστοριά, 24 Οκτωβρίου 2015 Δρ. Ν. Μαργαρίτης, Δρ. Π. Γραμμέλης margaritis@lignite.gr, grammelis@certh.gr

2 Περιεχόμενα 1. Ορισμός Βιοαερίου 2. Πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοαερίου 3. Διαθεσιμότητα βιομάζας για βιοαέριο στην Π.Ε Καστοριάς 4. Τεχνολογίες αναερόβιας χώνευσης & τιμές επιδότησης ηλεκτρικής ενέργειας 5. Καλές πρακτικές από τη χρήση βιοαερίου 6. Προοπτικές βιοαερίου 7. Συμπεράσματα

4 Βιοαέριο Αναερόβια χώνευση (ΑΧ): φυσική διαδικασία κατά την οποία οι οργανικές ύλες διασπώνται από ένα μικροβιακό πληθυσμό που ζει σε αναερόβιο περιβάλλον Προκύπτει βιοαέριο με τυπική σύσταση CH 4 :50-75 %, CO 2 : % και Η 2 Ο : 2-7 % Το παραγόμενο βιοαέριο καίγεται σε ΜΕΚ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τύποι διεργασιών ΑΧ

6 Υποστρώματα ΑΧ Οι πιο κοινές κατηγορίες πρώτης ύλης που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή του βιοαερίου στην Ευρώπη είναι οι εξής: Στερεή και υδαρής κοπριά (βοοειδή, χοίροι, πουλερικά, μινκ κτλ) Γεωργικά υπολείματα και υποπροϊόντα (σιτάρι, κριθάρι, καλαμπόκι κτλ) Ενεργειακές καλλιέργειες (π.χ. αραβόσιτος, μίσχανθος, σόργος, ευκάλυπτος κτλ) Οργανικά απόβλητα από βιομηχανίες τροφίμων, αγροτοβιομηχανίες και σχετικών πηγών Το οργανικό κλάσμα των αστικών αποβλήτων και των υπολειμμάτων εστίασης Λυματολάσπη Υπολείμματα σφαγείων Ενσίρωμα καλαμποκιού Οργανικό κλάσμα σκουπιδιών Απόδοση βιοαερίου Κοπριά χοίρων Κοπριά αγελάδας

7 Υποστρώματα ΑΧ

9 Αγροτική βιομάζα στην Π.Ε Καστοριάς Δήμος/ Κοινότητα διαθέσιμο ξηρό υπόλειμμα (τόνοι /έτος) Ενέργεια (GJ/ έτος) Αλιάκμονα 3, , Βιτσίου 3, , Αγίας Τριάδας 3, , Ορεστίδος 2, , Άγιων Αναργύρων 2, , Μακεδνών 2, , Καστοριάς 1, , Νεστορίου 1, , Ακριτών , Ίωνος Δραγούμη , Κορεστίων , Καστρακίου , Κλεισούρας , Αρρένων Σύνολο 22, , Πηγή: ΟΠΕΚΕΠΕ 2014

10 Αγροτική βιομάζα στην Π.Ε Καστοριάς Κορεστίων Καστρακίου Βιτσίου Ακρίτων Αγ.Τριάδας Κλεισούρας Μεσοποταμίας Καστοριάς Αγ. Ανάργυροι Μακεδνών Γράμμου Νεστορίου Α.Ορεστικού Ι. Δραγούμη Αρρένων

11 Ζωική βιομάζα στην Π.Ε Καστοριάς Δήμος / Κοινότητα ποσότητα ζωικών αποβλήτων (υγροί τόνοι/ έτος) παραγωγή βιοαερίου (m 3 /έτος) παραγωγή μεθανίου (m 3 /έτος) Ίωνος Δραγούμη 9, , ,955 Αλιάκμονα 6, , ,876 Ορεστίδος 5, , ,375 Καστρακίου 3, ,177 87,537 Κορεστίων 2,507 90,308 57,985 Ακριτών 2,236 82,490 52,416 Μακεδνών 1,587 66,341 38,452 Καστοριάς 115 4,463 2,734 Αρρένων 3, ,288 94,218 Νεστορίου 1, ,234 51,516 Αγίας Τριάδας 1, ,887 69,753 Αγίων Αναργύρων ,283 18,610 Κλεισούρας ,931 9,357 Βιτσίου ,897 15,342 Σύνολο 41,223 2,270,126 1,143,126 Πηγή: ΟΠΕΚΕΠΕ 2014

12 Ζωική βιομάζα στην Π.Ε Καστοριάς Κορεστίων Ακρίτων Βιτσίου Καστρακίου Αγ.Τριάδας Αγ. Ανάργυροι Μεσοποταμίας Καστοριάς Κλεισούρας Μακεδνών Ι. Δραγούμη Γράμμου Νεστορίου Α.Ορεστικού Αρρένων

13 Απόβλητα από 29 εκτροφεία γουνοφόρων ζώων στην Π.Ε Καστοριάς Κοπριά Η παραγόμενη ποσότητα κοπριάς από τα Μινκ, σύμφωνα με παρατηρήσεις του Κτηνιατρικού εργαστηρίου Κοζάνης είναι 40 gr/ημέρα ή 40 cm 3 /ημέρα (ειδικό βάρος κοπριάς 1 gr/cm 3 ). Αχυροστρωμνή Επίσης στις ποσότητες αυτές προσθέτονται και το άχυρο που χρησιμοποιείται ως στρωμνή, το οποίο υπολογίζεται σε 0,4kg ανά ζώο ανά έτος. Παραπροϊόντα Τέλος στις ποσότητες αυτές μπορούν να προστεθούν τα παραπροϊόντα, πτώματα θανατωμένων ζώων. Τα προς σφαγή ζώα είναι τα ζώα ανάπτυξης και τα αρσενικά, επομένως οι ποσότητες οργανικών αποβλήτων που προκύπτουν είναι οι εξής: Τύπος Ζώων Αριθμός Ζώων Ημερήσια Παραγωγή κόπρου Ετήσια Παραγωγή κόπρου Ενήλικα ,4 tn tn Ανάπτυξης ,8 tn tn Τύπος Ζώων Αριθμός Ζώων Ετήσιες Ποσότητες Άχυρο Στρωμνής Ενήλικα tn Ανάπτυξης tn Συνολικές ποσότητες στερεών αποβλήτων προς αξιοποίηση tn/ έτος (Π.Ε Καστοριάς) (~ tn/έτος > Δυτ.Μακεδονία~ 86 εκτροφεία) Τύπος Ζώων Αριθμός Ζώων Μέσος όρος βάρος ζώου Ποσότητες Πτωμάτων Αρσενικά Kg 71 tn Ανάπτυξης kg 444 tn

15 Στάδια διεργασίας σε μονάδα βιοαερίου Υγρή χώνευση: ξηρά ουσία πρώτης ύλης <15% Ξηρή χώνευση: ξηρά ουσία πρώτης ύλης >15%

16 Αγροτική μονάδα συγχώνευσης βιοαερίου βιοαέριο CHP θερμότητα Χωνεμένο υπόλειμμα ηλεκτρισμός

17 Τύποι χωνευτήρων 1. Κατακόρυφος χωνευτήρας διαφορετικά ύψη και διάμετροι δυνατότητα πολλών σταδίων/χωνευτήρων 2. Οριζόντιος χωνευτήρας Οριζόντιος άξονας Υψηλό οργανικό φορτίο (συνήθως για ξηρή χώνευση) 3. Συνδυασμός των 1 & 2 διαφορετικά στάδια 4. Τύπου garage χωρίς ανάμιξη και ανάδευση

18 Χρήσεις βιοαερίου

19 Συμπαραγωγή (CHP) Μηχανή αερίου (Otto) συνδεδεμένη με γεννήτρια Ισχύς kw ώρες/χρόνο Οι περισσότερες μηχανές αερίου έχουν μέγιστα όρια για το υδρόθειο, τους αλογονικούς υδρογονάνθρακες και τις ενώσεις οργανοπυριτίου (σιλοξάνες) στο βιοαέριο. απαιτούν βιοαέριο περιεκτικότητας 45% σε μεθάνιο Βαθμός απόδοση ~ 85% Ηλεκτρικός % Θερμικός %

20 Νομοθεσία Ν. 3468/2006 Ν. 3851/2010 N. 4254/2014 (new deal) Κοινοτική Οδηγία 2008/98/EK

21 Μονάδα Βιοαερίου: Περιβαλλοντικά οφέλη Εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων, μέσω της αξιοποίησης αποβλήτων. Αποφυγή έκλυσης εκπομπών CH 4 -Συμβολή στη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου Ενίσχυση βιωσιμότητας της επένδυσης βιοαερίου μέσω της εκμετάλλευσης ηλεκτρικής/ θερμικής ενέργειας και χωνευμένου υπολείμματος Μείωση χρήσης χημικών λιπασμάτων-οφέλη στο γεωργικό τομέα μέσω της εκμετάλλευσης του χωνευμένου υπολείμματος ως εδαφοβελτιωτικού Μείωση όχλησης από τις οσμές Μείωση παθογενειών και μικροβίων και εξάπλωσης ζιζανίων

23 Τηλεθέρμανση από βιοαέριο στο Margarethen am Moos, Αυστρία Μονάδα βιοαερίου το 2005 από συνεταιρισμό 15 αγροτών της περιοχής (Energy Supply Margarethen) Πρώτη ύλη: κοπριά χοίρων και ενεργειακές καλλιέργειες (Sweet Sorghum, Sudan Grass and Greencut rye, tn/χρόνο) CHP (625 kwel/1,2 MWth) και λέβητας αερίου για φορτίο αιχμής Τηλεθέρμανση (3,5 Km δίκτυο) για 120 νοικοκυριά 10% της θερμότητας χρησιμοποιείται για τον χωνευτήρα Η περίσσεια αερίου αναβαθμίζεται για έγχυση στο δίκτυο φυσικού αερίου

24 Τηλεθέρμανση σε 600 κατοικίες στο Odense, Δανία Συλλογή tn/χρόνο κοπριάς από κοντινές φάρμες (max ακτίνα 15 Km) tn από οργανικά απόβλητα κοντινής βιομηχανίας τροφίμων Προέλευση κοπριάς: 65% κοπριά χοίρων, 8,2% κοπριά αγελάδων, 8,2% κοπριά πουλερικών Ομογενοποίηση μίγματος και παστερίωση στους 70 C (1-2 h) πριν τους 3 χωνευτήρες, CHP (1,4 MWel) Διαχωρισμός στερού-υγρού του χωνευμένου υπολείμματος Το στερεό υπόλλειμα ξηραίνεται (20%θερμότητας) και πελλετοποιείται(2000tn/χρόνο pellets> αγρότες) Ανήκει στη BIGADAN S/A η οποία πουλά επιπλέον την ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο (10-12 mil kwel/χρόνο ~ 2000 κατοικίες)

25 Παραγωγή ενέργειας από βιοαέριο στην ΕΕ (ktoe) 1 η > Γερμανία η > Η.Βασίλειο η > Ιταλία η > Τσεχία η > Γαλλία 465 Biogas barometer EUROBSERV ER November 2014

27 Προοπτικές βιοαερίου Παραγωγή βιοαερίου Bio-SNG (Bio-synthetic Natural gas) (2ης γενιάς), από λιγνο-κυτταρινούχες πρώτες ύλες, που προέρχονται κυρίως από δασικά υπολείμματα, ενεργειακά φυτά, απόβλητα χαρτοβιομηχανίας κ.α Βελτίωση των μεθόδων αναβάθμισης του βιοαερίου και ενίσχυση της διείσδυσής του στο δίκτυο του φυσικού αερίου και ως καυσίμου μεταφορών στις αστικές συγκοινωνίες και τα γεωργικά μηχανήματα Παραγωγή βιο-υδρογόνου με αναμόρφωση αναβαθμισμένου βιοαέριου για χρήση σε κυψέλη καυσίμου (fuel cell) για παραγωγή ενέργειας. Χρήση βιοαερίου για θέρμανση θερμοκηπίων, αποθηκών, ανοικτών χώρων (βεράντες αίθρια κα), όπως επίσης χρήση θερμότητας σε τεχνολογίες και εφαρμογές (ανόπτηση, συγκόλληση, σύνδεση, θέρμανση, ξήρανση) στις βιομηχανίες χάρτου, μεταλλουργικών προϊόντων κα. Μονάδες αναβάθμισης βιοαερίου στη Σουηδία (Πηγή: Owe Jonsson, Swedish Gas Center) Σταθμός ανεφοδιασμού λεωφορείων με Βιοαέριο και επιβατικό όχημα Βιοαερίου στη Σουηδία (Πηγή: SGC, Margareta Persson)

29 Συμπεράσματα Μια μονάδα παραγωγής βιοαερίου δεν παρέχει μόνο τη δυνατότητα αξιοποίησης του ενεργειακού δυναμικού του βιοαερίου, αλλά συμβάλλει και στη συνολική επεξεργασία των αποβλήτων της γεωργο-κτηνοτροφικής δραστηριότητας που τα παράγει μέσω περιβαλλοντικά ορθής διαχείρισης. Η Π.Ε Καστοριάς εκτιμάται ότι διαθέτει το απαραίτητο δυναμικό βιομάζας για την πραγματοποίηση σχετικών επεδύσεων βιοαερίου από γεωργοκτηνοτροφικά απόβλητα (απόβλητα από βοοειδή, μινκ, αγροτικά κτλ). Η αξιοποίηση της ενέργειας των αποβλήτων των γεωργο-κτηνοτροφικών μονάδων, μπορεί να γίνει σε μία κεντρική μονάδα βιοαερίου με κύρια προϊόντα το βιοαέριο για τηλεθέρμανση ενός οικισμού της Π.Ε Καστοριάς ενώ το οργανικό λίπασμα θα παρέχεται δωρεάν στους αγρότες. Άμεσα οφέλη από τη χρήση του βιοαερίου (ενέργεια από ΑΠΕ, μείωση οργανικών αποβλήτων και παθογόνων οργανισμών, μείωση οσμών, οπτικής ρύπανσης και εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, αυξημένη απόδοση λίπανσης και εξοικονόμηση κόστους για τους αγρότες). Δυνατότητα επέκτασης μονάδων βιοαερίου μικρής κλίμακας, ελαχιστοποιώντας τους κινδύνους που σχετίζονται με έργα ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας/απορριμμάτων μεγάλης κλίμακας

30 ΕΚΕΤΑ/ΙΔΕΠ: Μελέτες και ενδεικτικά παραδείγματα διαχείρισης αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων και άλλων ρευμάτων οργανικού κλάσματος Α Ζωικά απόβλητα: τόνοι Αγροτικά υπολείμματα: τόνοι Δημοτικά απόβλητα (απόβλητα κήπου): 300 τόνοι Εγκατεστημένη ισχύς: 800 kwel Κάλυψη ηλ.αναγκών ~1500 κατοικιών Κάλυψη θερμ. Αναγκών~ 400 κατοικιών Β Ζωικά απόβλητα: τόνοι Αγροτική βιομάζα 850 τόνοι Εγκατεστημένη ισχύς: 300 kwel Κάλυψη ηλ.αναγκών~ 500 κατοικιών Κάλυψη θερμ. Αναγκών ~150 κατοικιών Γ Οργανικό κλάσμα αστικών αποβλήτων και αποβλήτων ευκαιρίας (πχ κεντρικών αγορών): τόνοι Εγκατεστημένη ισχύς: 1 MWel Κάλυψη ηλ.αναγκών~ 2000 κατοικιών Κάλυψη θερμ. Αναγκών~500 κατοικιών

31 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας!