Παραπροϊόνταμονάδωνβιοαερίουκαι προοπτικέςγιαπεραιτέρωανάπτυξη Σωτήριος Δ. Καλαμάρας Γεωπόνος, Μ.Δ.Ε. ΑΟΥΤΕΒ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Α.Ε.
ΣχεδιάγραμμαΜονάδαςΒιοαερίου
ΠροϊόνταΜονάδαςΒιοαερίου Προϊόντα μονάδας Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας(μονάδα ΣΗΘ) Ηλεκτρικήενέργεια. Θερμικήενέργεια. Προϊόντα Αναερόβιας Χώνευσης Βιοαέριο. ΧωνευμένοΥπόλειμμα.
ΣτάδιαΑναερόβιαςΧώνευσης Χρονική Διάρκεια Ώρες μέχρι μέρες Λεπτά μέχρι μέρες Λεπτά μέχρι ώρες Δεύτερα μέχρι λεπτά
Πρώτεςύλεςκαιτασυστατικά τους Μεγαλομοριακές Οργανικές Ενώσεις Οξικό οξύ P 2 0 5 Μεθάνιο
Εκτιμώμενες ποσότητες αποβλήτων στην Ευρωπαϊκή Ένωση, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες, σε μονάδες βιοαερίου(gendebien, et al.,2001) Πρώτη ύλη Παραγωγή σε εκατομμύρια τόνους Ζωική κοπριά 1,200 Απόβλητα επεξεργασίας ζαχαρότευτλων 25 Απόβλητα ελαιουργείου 7 Απόβλητα επεξεργασίας φρούτων και λαχανικών 30 Απόβλητα από άλλες βιομηχανίες τροφίμων 40 Απόβλητα κλωστοϋφαντουργίας(οργανικές ίνες) 5 Θρεπτικά στοιχεία στα φυτά και στα ζωικά προϊόντα. ΘρεπτικάΜακροστοιχεία Θρεπτικά Μικροστοιχεία/ Ιχνοστοιχεία Βαρέαμέταλλα Άζωτο(N), Φώσφορος(P), Κάλιο(K), Ασβέστιο(Ca), Μαγνήσιο(Mg), Θείο(S). Χαλκός(Cu), Κοβάλτιο(Co), Χλώριο(Cl), Σίδηρος(Fe), Νικέλιο(Ni), Σελήνιο(Se), Ψευδάργυρος(Zn). Μόλυβδος(Pb), Χρώμιο(Cr), Κάδμιο(Cd), Υδράργυρος(Hg).
Οκύκλοςτουαζώτου
Συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών στοιχείων σε κοπριά οικόσιτων ζώων (Kg/m 3 ήσεkg/t νωπήςκοπριάς)(maff, 2000). Κοπριά Οικόσιτου Ζώου Συνολικό N NH4-N P K Αγελάδα γαλακτοπαραγωγής 3,0 2,0 0,5 2,9 Αγελάδα κρεατοπαραγωγής 6,0 0,6 1,5 6,7 Χοίρος 4,0 2,5 0,9 2,1 Πουλερικά Αυγοπαραγωγής 16,0 3,2 5,7 7,5 Κρεατοπαραγωγής/Γαλοπούλα 30,0 1,2 10,9 15,0 Συγκεντρώσεις μακροθρεπτικών στοιχείων σε συνήθης πρώτες ύλες για την παραγωγήβιοαερίου(kg/t νωπούβάρους)( 1 Davis 1999, 2 Kuhl et al., 1995) Πρώτη Ύλη Συνολικό N NH4-N P K Ενσίρωμααραβοσίτου 1 1,1-2,0 0,15-0,3 0,2-0,3 4,2 Απόβληταγαλακτοβιομηχανίας 1 1,0 0,1 0,4 0,2 Λάσπηαστικώνλυμάτων 2 0,26-0,4 0,02 Απόβλητασφαγείου(αίμα) 2 14,0 1,3 1,1 1,1
Συγκεντρώσειςιχνοστοιχείωνκαιβαρέωνμετάλλων(mg kg -1 ξηράς ουσίας) σε ορισμένες πρώτες ύλες(davis and Rudd 1999) Πρώτη Ύλη Zn Cu Ni Pb Cr Cd Hg Ζώα Κοπριά αγελάδων 176 51,0 5,5 4,79 5,13 0,20 - Κοπριά χοίρων 403 364 7,8 <1,0 2,44 0-30 - Κοπριά πουλερικών 423 65,6 6,1 9,77 4,79 1,03 - Καλλιέργειες Ενσίρωμα χλωρής νομής 38-53 8,1-9,5 2,1 3,0-0,2 - Ενσίρωμα αραβόσιτου 35-56 4,5-5,0 5,0 2,0 0,5 0,2 - Άλλες πρώτες ύλες Απόβλητα γαλακτοβ/νιας Απόβλητα σφαγείου (αίμα) 3,7 1,4 <1,0 <1,0 <1,0 <0,25 <0,01 6,1 1,6 <1,0 <1,0 <1,0 <0,25 <0,01 Απόβλητα ζυθοποιίας 3,8 3,7 <1,0 0,25 <1,0 <0,25 <0,01
Επίδρασητηςαναερόβιαςχώνευσης στηθρεπτικήαξίατωνπρώτωνυλών
Μεταβολή επί τοις εκατό(εκτός ph) στο περιεχόμενο των θρεπτικών συστατικών των πρώτων υλών, ως αποτέλεσμα της αναερόβιας χώνευσης. Τοποθεσία Πρώτεςύλες Ξηράουσία Ολικό N NH 4 -N P 2 O 5 ph Αγγλία Αγελάδες, χοίρους -10,0 13,0 15,0 14,0 0,45 Σκωτία Αγελάδες -21,2 1,0 17,7 2,5 0,16 Β. Ιρλανδία Αγελάδες -17,9 2,8 20,0 6,3 0,5 Δανία Αγελάδες -11,8 4,2 4,5 8,2 0,22 Ηνωμένες Πολιτείες(1) Ηνωμένες Πολιτείες(2) Αγελάδες -25,2 10,4 33,3 3,2 0,50 Αγελάδες -27,3 6,7 36,5 2,1 0,7
Ποσοστό του αμμωνιακού αζώτου στο ολικό άζωτο και ποσοστό χρήσης του αζώτου(ν) από τις καλλιέργειες σιταριού και κριθαριού ΤύποςΚοπριάς Καλλιέργεια, χρόνος εφαρμογής Ποσοστό% NH 4 -N απότοολικόν Χρήση Ν (% του συνολικού Ν) Στρωμνή, αγελάδας Κριθάρι, άνοιξη 22 32 Στρωμνή, χοίρου Σιτάρι, φθινόπωρο 23 27 Κοπριά αγελάδας Σιτάρι, άνοιξη 52 45 Κοπριά χοίρου Σιτάρι, άνοιξη 74 63 Χωνευμένο υπόλειμμα Σιτάρι, άνοιξη 83 80 Υγρή φάση χωνευμένου υπολείμματος Σιτάρι, άνοιξη 82 78
Σύγκριση μεταξύ κοπριάς και χωνευμένου υπολείμματος στη χρήση τουν(% τουσυνολικούν), σεσχέσημετοχρόνοκαιτοντρόπο εφαρμογής τους, σε καλλιέργεια αγρωστωδών. Τύπος κοπριάς Άνοιξη Καλοκαίρι Επιφανειακή έγχυση Ρυμουλκούμενους σωλήνες Επιφανειακή έγχυση Ρυμουλκούμενους σωλήνες Κοπριά χοίρου 60 60 55 45 Κοπριά αγελάδας 50 45 45 35 Χωνευμένο Υπόλειμμα 70 65 60 45
ΑποθήκευσηΧωνευμένου Υπολείμματος
Απώλειεςμεθανίου, απότους αποθηκευτικούςχώρουςτουχωνεμένου υπολείμματος Ενός σταδίου Πολλών σταδίων Χρόνος παραμονής(ημέρες)
Μέθοδοιεφαρμογήςτουχωνευμένου υπολείμματος.
Χαρακτηριστικά των μεθόδων εξάπλωσης του χωνευμένου υπολείμματος. Διασπορά κοπριάς Ρυμουλκούμενοι σωλήνες Ρυμουλκούμενοι σωλήνες με σχηματισμό αυλακιού Επιφανειακή έγχυση Πτερύγιο διασποράς Ομοιομερώς Ομοιομερώς Ομοιομερώς Ανομοιομερώς Κίνδυνος αεριοποίησης της αμμωνίας Μεσαίος Χαμηλός Χαμηλός ή μηδενικός Υψηλός Κίνδυνος μίανσης της καλλιέργειας Χαμηλή Χαμηλός Πολύ χαμηλός Υψηλός Κίνδυνος ανεμοδιασποράς Ελάχιστος Ελάχιστος Μηδενικός Υψηλός Κίνδυνος οσμών Μεσαίος Χαμηλός Πολύ χαμηλός Υψηλός Ικανότητα εξάπλωσης Καταστροφή καλλιέργειας Ποσότητα ορατής κοπριάς Υψηλή Χαμηλή Χαμηλή Υψηλή Καθόλου Καθόλου Μέτρια Καθόλου Μερική Μερική Ελάχιστη Πολύ
Παράμετροι που πρέπει να εκτιμηθούν για τη σωστή λίπανση ενός αγροτεμαχίου. Φυτό που θα καλλιεργηθεί και προηγούμενη καλλιέργεια. Εδαφικός τύπος και υπάρχουσες ποσότητες θρεπτικών στοιχείων (που προσδιορίζονται από την περιοδική δειγματοληψία του εδάφους, την αγροχημική ανάλυση και την χαρτογράφηση των εδαφών). Αναμενόμενη απόδοση της καλλιέργειας. Περιεκτικότητα του χωνευμένου υπολείμματος σε θρεπτικά συστατικά. Αναμενόμενο ποσοστό χρησιμοποίησης του αζώτου στο χωνευμένο υπόλειμμα. Χρόνος και η μέθοδος εφαρμογής του χωνευμένου υπολείμματος Συμπληρωματικές απαιτήσεις για χημικά λιπάσματα (συμπεριλαμβανομένων των τύπων, τις ποσότητες και τους χρόνους εφαρμογής)
Διαχωρισμόςτουχωνευμένου υπολείμματος Ο διαχωρισμός του χωνευμένου υπολείμματος μπορεί να γίνει: μηχανικά όπως και η κοπριά μέσω θέρμανσης- εξάτμισης
Πλεονεκτήματατουδιαχωρισμούτου χωνευμένουυπολείμματος Παραγωγή ενός εύκολου προς αποθήκευση ξηρού κλάσματος και ενός εύκολα προς άντληση υγρού κλάσματος Μικρότερος όγκος υγρού υπολείμματος προς αποθήκευση Δυνατότητα διαχωρισμού ινών και θρεπτικών συστατικών Υγρό κλάσμα με υψηλή απόδοση στην απορρόφηση του αζώτου από τις καλλιέργειες Μεγαλύτερες δυνατότητες εκμετάλλευσης του υγρού υπολείμματος
Περιβαλλοντικάοφέλητηςχρήσηςτου χωνευμένουυπολείμματος Μείωση της χρήσης χημικών λιπασμάτων Μείωση των εκπομπών αερίου του θερμοκηπίου Μείωση της νιτρορύπανσης των υδάτινων αποδεκτών Αποτελεσματική μέθοδος για την ανακύκλωση των πόρων Μείωση όχλησης από οσμές Μείωση παθογενειών και μικροβίων Μείωση εξάπλωσης ζιζανίων
Μείωσηόχλησηςαπόοσμές Ισοβουτυρικό οξύ Βουτυρικό οξύ Ισοβαλερικό οξύ Βαλερικό οξύ
Μείωσηπαθογόνων Σύγκριση του χρόνου επιβίωσης παθογόνων και νηματωδών στο χωνευμένο υπόλειμμα και στη νωπή κοπριά. Μονάδα Βιοαερίου Νωπή κοπριά Παθογόνα 70 C (δευτ.) 53 C (ώρες) 35 C (ημ.) 18-21 C (εβδ.) 6-16 C (εβδ.) Salmonella sp. 6 0,7 2,4 2,0 5,9 Coliform bacteria 20 0,6 3,1 2,1 9,3 Staphylococcus aureus Mycobacterium paratuberculosis Streptococcus faecalis 8 0,5 0,9 0,9 7,1 8 0,7 6,0 - - 3,92 λεπτά 1,0 2,0 - - Group D Streptococci 20 2,0 7,1 5,7 21,4 Mycobacterium bovis 90 - - 22,0 25,0 Προνύμφες νηματωδών <0,6 <0,7 <2,4 <2,0 <5,9
Μείωσηζιζανίων Ποσοστό επιβίωσης σπόρων ζιζανίων σε κοπριά αγελάδας(% σε σχέση με την νωπή) μετά από μεσόφιλη αναερόβια χώνευση (35 C) και υδραυλικό χρόνο παραμονής 22 ημερών. Είδος Ζιζανίου Ποσοστό επιβίωσης(%) Avena fatua (Αγριοβρώμη) 0 Solanum nigrum(αγριοντοματιά) 0 Urtica urens(τσουκνίδα) 0 Chenopodium album(λουβουδιά) 5 Brassica napus(ελαιοκράμβη) 0 Rumex obtusifolius(λάπαθο) 0
Δυνατότηταχρήσηςτουχωνευμένου υπολείμματοςωςστερεόκαύσιμο Παραδείγματα πρώτων υλών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μονάδες βιοαερίου για την περαιτέρω επεξεργασία του ως στερεά καύσιμα. Χωνευμένο υπόλειμμα Πρώτες Ύλες % 1 2 Ενσίρωμα αραβοσίτου 50 Ενσίρωμα χλωρής νομής 40 Γεώμηλα 10 Σύνολο 100 Ενσίρωμα αραβοσίτου 81 Γλυκό Σόργο 9 Κοπριά πουλερικών 7 Κώνος αραβόσιτου 3 Σύνολο 100
Θερμoγόνοςαξίααπότηνκαύσητων πέλλετπουπροέρχονταιαπόχωνευμένο υπόλειμμακαιαπόξύλοπεύκου Υλικό Υγρασία Κατώτερη θερμογόνος αξία(kwh) Χωνευμένο υπόλειμμα 1 9,2 4,16 Χωνευμένο υπόλειμμα 2 9,9 4,38 Ξύλο πεύκου 12,0 4,53
Θερμοκήπια-Ηπράσινηλύση Αξιοποίηση της θερμικής ενέργειας από τη μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Το υγρό κλάσμα του χωνευμένου υπολείμματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υδροπονικές καλλιέργειες. Απευθείας χρήση του στερεού κλάσματος στην καλλιέργεια εντός του θερμοκηπίου. Το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να διοχετευτεί και να εμπλουτίσει το εσωτερικό του θερμοκηπίου. Τα οργανικά απόβλητα του θερμοκηπίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοαερίου. Αειφόρος κύκλος ανάπτυξης
ΘερμοκήπιακαιμονάδαΣ.Η.Θ.
Συμπεράσματα Περιβαλλοντικά οφέλη του χωνευμένου υπολείμματος (μείωση νιτρορύπανσης και αεριών του θερμοκηπίου). Γεωργικά οφέλη( μείωση χημικών λιπασμάτων, μείωση του συνολικού κόστους της γεωργικής εκμετάλλευσης) Βελτιστοποίηση της καλλιεργητικής απόδοσης λόγω μείωσης της εξάπλωσης των ζιζανίων με παράλληλη αύξηση των αναγκαίων θρεπτικών συστατικών. Συμβολή στην ανάπτυξη καινοτόμων επιχειρηματικών σχεδίων. Συνύπαρξη θερμοκηπίων και μονάδας βιοαερίου. Νέες προοπτικές για τη χρήση του χωνευμένου υπολείμματος ως στερεό καύσιμο.
Ευχαριστώγιατηνπροσοχήσας