Kogeneracijos panaudojimas žemės ūkyje

Šiuolaikinė gyvulininkystė yra labai aplinką teršianti veikla, kai į atmosferą išskiriami dideli CH4, N2O and NH3 kenksmingų dujų kiekiai. Organinių atliekų anaerobinis skaidymas ženkliai sumažina jose esančio metano kenksmingą efektą.

Biodujos

Veiksmingiausias būdas fermose tvarkyti organines atliekas, tokias kaip karvių, kiaulių ir paukštynų mėšlą yra anaerobinio skaidymo technologija, kurios metu susidaro biodujos. Žemės ūkio biodujos - tai dujos, kurios gaminasi anaerobinio, gyvulinės kilmės atliekų ir žemės ūkio produktų derinio skaidymo metu ir kurios gali būti naudojamos kaip kuras dujiniams varikliams kogeneracinėse jėgainėse. Žemės ūkio biodujų gamyba ir deginimas kogeneracinėse jėgainėse yra aplinką tausojantis būdas gaminti elektros energiją ir šilumą.

Elektros energijos gamyba ir tiekimas

Tokiu būdu  elektros energijos gamyba bei energijos tiekimas žemės ūkyje tampa ekologiškas.

Organinės medžiagos yra sukraunamos į sandarias talpyklas, kur bakterijos anaerobinio skaidymo proceso metu gamina biodujas (įprastai 65% metano ir 35% CO2). Paprastai žemės ūkio biodujos sudaro apie 10 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Metanas, išsiskiriantis iš žemės ūkyje tvarkomų organinių atliekų, gali būti surinktas dujinių variklių kogeneracinėse jėgainėse naudojimui, kurie gamintų elektros energiją. Fermos, naudojančios šią technologiją, puikiai sutvarko savo organines atliekas, neteršdamos aplinkos bei pagamindamos pakankamą kiekį elektros energijos ir šilumos savo ūkio buitiniams tikslams patenkinti. Didesni žemės ūkiai energijos perteklių parduoda vietiniams elektros energijos tinklams.

Žemės ūkio biodujų kogeneracija dažniausiai taikoma:

• kiaulių veisimo / šėrimo ūkiuose
• galvijų šėrimo ir melžimo ūkiuose
• paukštynuose
• augalininkystės ir gyvulininkystės ūkiuose (mišraus tipo)

Įprastoje žemės ūkio biodujų gamykloje, metanas ir CO2 susidaro irstant organinėms atliekoms. Procesui paspartinti atliekos yra šildomos iki 38 °C - 56 °C. Atliekoms aeruoti naudojami orapūtės.

Tipinė kogeneracinės jėgainės žemės ūkio biodujų apdirbimo įrenginiuose veiklos schema:

Anaerobinio skaidymo procesas sumažina atliekų kenksmingą efektą ir sumažina cheminį deguonies išsiskyrimą. Tai padeda apsaugoti vandens florą ir fauną, kadangi žuvų ir kitų vandens ir povandeninio pasaulio mikroorganizmų išgyvenimui reikalingas minimalus išskaidyto deguonies kiekis. Bakterijos, dalyvaujančios anaerobinio skaidymo procese, panaikina nemalonų kvapą sukeliančius junginius. Be to, proceso eigoje panaikinami musių, sukeliančių daugelį ligų, kiaušinėliai. Didelė organinio azoto, esančio atliekose, dalis yra paverčiama į amoniaką. Tai yra trąšos, plačiai naudojamos žemės ūkyje.

 BIO dujų išgavimo jėgainės

Biodujų generatoriai Azijos bei Afrikos šalyse buvo pradėti statyti ir naudoti prieš kelis tūkstančius metų. Šiuo metu Kinijoje ir Indijoje veikia keli milijonai mažų (3-10 m3) biodujų reaktorių, tenkinančių privataus ūkio energetinius poreikius. Remiantis jų patirtimi, sukurtos šiuolaikinės modernios technologijos, kuriose pritaikytos naujausios mikrobiologijos žinios, energetiniai įrenginiai ir proceso valdikliai.Pramonės elektros gamyba ir energijos tiekimas keičiasi kartu su technologijų kaita.  Pasikeitė ir biodujų jėgainių paskirtis. Dabar jos statomos ne tik energijai gauti iš gamybos atliekų ar auginamos biomasės, bet ir aplinkos būklei pagerinti bei vertingoms trąšoms gaminti. Šiuolaikinėse moderniose biodujų jėgainėse perdirbtos žemės ūkio, pramonės bei gyventojų organinės atliekos mažiau teršia dirvožemį, vandenį ir orą. Jose sunaikinamos pavojingos bakterijos ir virusai. Be to, mažiau skleidžiama nemalonių kvapų.

Anaerobinis organinių atliekų perdirbimas bioreaktoriuose yra puikus žmonijos bendradarbiavimo su gamta pavyzdys. Taip dorojant atliekas nukenksminami dėl žmonijos veiklos susidarantys didžiuliai kiekiai skystų organinių atliekų. Kartu su pagrindiniu, tiesioginiu, aplinkosauginiu efektu čia papildomai gaunami žymus energetinis, bei ne mažiau svarbus agrokultūrinis efektai. Ekonomiškai išsivysčiusiose pasaulio šalyse jau daug metų biodujų gamyba yra tapusi rentabiliu verslu.

Biodujų jėgainės sandara ir technologinė schema priklauso nuo įvairių veiksnių: žaliavos rūšies ir sudėties, jos pristatymo būdo, bioreaktorių tipo ir dydžio, proceso parametrų, perdirbto substrato panaudojimo, pagamintų biodujų kiekio ir sudėties, energetinės konversijos įrenginių tipo ir kiekio, pagamintos energijos vartotojų. Klasikinėje biodujų jėgainėje įrengiami žaliavos surinkimo, paruošimo bei transportavimo įrenginiai, bioreaktoriai, pagamintų biodujų saugyklos, valymo ir deginimo įrenginiai, perdirbtos biomasės rezervuarai, technologinių įrenginių valdikliai, elektros ir šiluminės energijos tinklai.

Perdirbama biomasė į biodujų reaktorius gali būti tiekiama tiesiogiai vamzdynais iš atliekų šaltinio (fermos, gamybos cecho) arba atvežama iš kitų objektų. Skirtingų rūšių biomasė sumaišoma surinkimo rezervuare. Didelės koncentracijos ir energinio potencialo organinės atliekos (skerdyklų, aliejaus ar margarino) gali būti laikomos atskirai (statinėse, konteineriuose) ir tiekiamos į reaktorių dalimis, siekiant reguliuoti gaminamų biodujų kiekį.

Biodujų reaktoriuose perdirbta biomasė yra gera trąša, turtinga augalams reikalingų maisto medžiagų: azoto, kalio ir fosforo. Mineralines trąšas pakeitus organinėmis, gaunama papildoma nauda: sumažėja energijos sąnaudos trąšoms gaminti ir transportuoti, mažiau teršiama aplinka, pagerėja dirvos savybės. Be to, bioreaktoriuose perdirbta biomasė yra homogeniškesnė ir tolygiau paskleidžiama laukuose.

Priežastys kodėl verta ūkiuose panaudoti BIO dujų jėgaines ir kogeneraciją

• Alternatyvi verslo šaka, panaudojant ūkiuose susikaupusias atliekas
• Pastoviosios pajamos parduodant pagamintą elektros energiją, mažesnė elektros gamybos kaina
• Ūkiai apsaugomi nuo produkcijos pertekliaus (labai derlingais metais užaugintą produkciją galima naudoti elektros gamybai, o ne parduoti mažomis kainomis)
• Bioreaktoriuje, apdorojant gyvulių ir paukščių mėšlą, dalis organiniuose junginiuose esančio azoto pervedama į amoniakinę formą, kurią lengvai įsisavina augalai (degazuotame mėšle amoniakinio azoto kiekis padidėja 10–15 %)
• Anaerobinio proceso metu dalinai suardomas piktžolių sėklos ir sumažinamas jų daigumas. Todėl augalų tręšimui naudojant degazuotą mėšlą sumažėja jų piktžolėtumas
• Augalai greičiau įsisavina maisto medžiagas iš degazuoto mėšlo
• Naudojant tręšimui degazuotą mėšlą nenudeginami augalų lapai. Dėl šios priežasties juos galima tręšti ir vegetacijos periodu
• Apdorojant organines atliekas bioreaktoriuje sumažėja jų biologinis deguonies sunaudojimas (BDS) iki 80 %, o cheminis deguonies sunaudojimas (ChDS) iki 50 %. Tai reiškia, kad degazuoto substrato žalingas poveikis aplinkai yra ženkliai sumažinamas
• Mažinamas šiltnamio efektas. Sandėliuojant mėšlą anaerobinis procesas vyksta natūraliomis sąlygomis, o išsiskyręs metanas patenka į atmosferą, tuo didindamas šiltnamio efektą. Pažymėtina, kad metanas šiltnamio efektą didina 21 kartą intensyviau už anglies dvideginį. Tuo tarpu, apdorojant mėšlą bioreaktoriuje, susidaręs metanas nepatenka į atmosferą, o yra panaudojamas energetinių poreikių tenkinimui
• Proceso metu žūna daug patogeninių mikrobų. Todėl tręšimui naudojant degazuotą mėšlą tuo pačiu pagerinama aplinkos sanitarinė būklė
• Sumažėja pavojus užteršti gruntinius vandenis nitratais, kadangi augalai iš degazuoto mėšlo greičiau įsisavina didesnį kiekį azotinių maisto medžiagų
• Sumažėja degazuoto mėšlo nemalonus kvapas, nes anaerobinio proceso metu suskyla nestabilūs organiniai junginiai

Dideliu akstinu šiai technologijai plėstis yra atsinaujinančių energijos šaltinių panaudojimas kogeneracinėse jėgainėse. ES direktyvose numatytos papildomos skatinimo priemonės energijai iš atsinaujinančių šaltinių gaminti – prioritetinis prijungimas prie sistemos tinklo, administracinių procedūrų supaprastinimas, dotacijų suteikimas pastovių tarifų forma, mokesčių lengvatos, žalieji sertifikatai ir kita.

Kogeneracijos panaudojimas šiltnamių ūkiuose

Kogeneracinių jėgainių panaudojimas šiltnamiuose yra puikus būdas maksimaliai išnaudoti dujinių variklių teikiamus produktus, t.y.:

• šilumą, kuri paimama iš variklio aušinimo bei išmetimo sistemų ir panaudojama šiltnamio šildymui;
• CO2 iš išmetamųjų dujų, kurios yra panaudojamos šiltnamio orui prisotinti CO2 auginamų augalų auginimo skatinimui;
• elektros energiją, kuri panaudojama šiltnamiams papildomai apšviesti, o perteklinė elektros energija parduodama. Šiuo atveju energijos gamyba tampa daug efektyvesnė.

Tipinė kogeneracinės jėgainės šiltnamiuose veiklos schema:

Šiuo atveju variklio išmetamosios dujos negali būti nuvestos iš dujinio variklio išmetimo sistemos tiesiogiai į šiltnamį dėl kuro degimo metu susidarančių nuodingų dujų, tokių kaip azoto oksidai (NOX), anglies monoksidas (CO) ir nesudegę angliavandeniai (CnHm). Šios dujos yra oro taršos šaltiniai, dėl kurių susidaro rūgštūs lietūs ir sukeliamas pasaulinis atšilimas. Be to jos yra nuodingos bei kenksmingos žmonių centrinei nervų sistemai ir širdžiai. Todėl, norint šias dujas panaudoti šiltnamiuose, jas reikia papildomai apdirbti, t.y. nekenksminti. Tam turi būti įrengta katalizatorių sistema, susidedanti iš selektyvinio ir oksidacinio katalizatorių.

Tam, kad prisotinti 2 hektarų ploto šiltnamio orą pakankamu kiekiu CO2 prie šiltnamio reikia įrengti maždaug 1 MW elektrinės galios dujinių variklių kogeneracinę jėgainę.

Pagaminta kogeneracinėje jėgainėje šilumos energija karšto vandens pagrindu sukaupiama izoliuotose buferinėse talpose, Valdymo sistema pagal poreikį šilumą paskirsto po šiltnamį įrengtais vamzdynais.  Tokiu būdu šiltnamyje išlaikoma pastovi reikalinga temperatūra.

Jei jus domina elektros energijos gamybos kaina žemės ūkyje susisiekite su mumis.