Buitinės ir žemės ūkio atliekos gali būti pigus netradicinių energijos išteklių šaltinis.

Biodujos susidaro yrant bet kokiai organinei medžiagai bedeguonėje aplinkoje. Biodujos – tai unikalus pagal dujinių dalių sudėtį mišinys, kuris susidaro kaip galutinis atliekų organinės dalies anaerobinio mikrobiologinio rūgimo arba cheminių reakcijų tarp suirusių atliekų dalių rezultatas. Jų sudėtyje būna metano (40-75 proc.), anglies dioksido (25-50 proc.), azoto (6-7 proc.), deguonies, vandenilio, sieros vandenilio, amonio junginių, vandens garų (iki 2 proc.) ir kitų junginių.

Biodujų jėgainės praeityje ir dabar

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. 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. Biodujos priskiriamos prie atsinaujinančių energijos šaltinių.

Galima pagaminti 20 kartų daugiau energijos

Lietuvoje biodujų energetika plėtojama jau dešimt metų. Šiuo metu veikia šešios biodujų jėgainės, perdirbančios miestų nuotekų dumblą (Kauno ir Utenos vandenvalos įmonės), maisto pramonės atliekas (Panevėžio „SEMA“ ir AB „Rokiškio sūris“), kiaulių mėšlą ir įvairias organines atliekas (ŽŪB „Vyčia“ ir UAB „Lekėčiai“). Visos jėgainės pajėgios perdirbti apie 340 tūkst. tonų organinių atliekų per metus. Bendra visų jėgainių energetinė galia siekia 16 MW. Keturios biodujų jėgainės 2002 metais pagamino apie 22 mln. kWh šiluminės ir elektros energijos. Lietuvos biodujų energetinis potencialas siekia 500 mln. kWh per metus. Didžiąją dalį (apie 70-80 proc.) biodujų tikimasi išgauti iš žemės ūkio gamybos atliekų.

Biodujų gamybos procesas

Biologiškai degraduojančių medžiagų irimas gamtoje yra nuolatinis procesas. Jis paprastai užbaigia biologinių subjektų egzistavimo ciklą. Taip sudėtingi organiniai junginiai suardomi į elementarius, prieinamus tolimesniam naudojimui darinius. Bioreaktoriuose, valdant organinių medžiagų irimo procesą, galima kontroliuoti biodujų išsiskyrimą ir jas panaudoti energetinėms reikmėms. Biodujų gamybos metu organines medžiagas veikia kelių rūšių bakterijos. Sudėtingi organiniai junginiai suskaidomi į elementarias dalis, kurias metanogeninės bakterijos verčia į biodujas – metano, anglies dioksido ir kitų dujų junginį.

Bioreaktoriuje vykstant normaliam procesui, visos mikroorganizmų grupės suderina savo veiklą taip, kad vienų bakterijų išskiriamus tarpinius produktus suvartotų kiti mikroorganizmai. Metanogeninės bakterijos yra labai jautrūs anaerobai, todėl aplinkoje padidėjus deguonies ar azoto koncentracijai, jų veikla, tuo pačiu ir biodujų išsiskyrimas, sutrinka.

Metanas gamtoje gali gamintis nuo 0 iki 100oC temperatūroje. Tačiau kiekvienai metanogeninių ir kitų biodujų gamybos procese dalyvaujančių mikroorganizmų rūšiai reikalinga tik jai būdinga optimali temperatūra. Biodujų energetikoje priimta temperatūras skirstyti į tris grupes: psichrofilinę (10-25oC), mezofilinę (25-40oC), termofilinę (50-65oC). Psichrofilinėje aplinkoje biomasės irimas ir jos konversija į biodujas vyksta lėtai – iki 100 parų. Ekstensyvi biodujų gamyba patraukli tuo, kad biomasė įšyla savaime, todėl ir bioreaktoriaus įranga būna paprastesnė: nereikia šildymo įrangos bei jos valdymo įtaisų.

Žaliavos biodujoms gaminti

Biodujoms gaminti naudojamos skystos, lengvai suyrančios organinės medžiagos. Žaliavų balanse didžiausia dalis tenka gyvulių (kiaulių, galvijų, paukščių) mėšlui. Europos Sąjungoje jis sudaro 89 proc. biodujų jėgainėse perdirbamos biomasės. Tai lemia didelė gyvulininkystės bei jų atliekų koncentracija, skysto mėšlo tvarkymo technologijos.

Plinta ir biodujų gamyba iš specialiai užaugintos biomasės. Ūkininkai, auginantys augalus žaliuosiuose pūdymuose, gauna dvigubą naudą: išmokas už žemės naudojimą ne maisto bei pašarų reikmėms ir pajamas už pagamintą energiją iš užaugintos biomasės. Papildomai jie gali uždirbti už pramonės įmonių perdirbamas atliekas. Dideli atliekų kiekiai susikaupia cukraus fabrikuose, mėsos kombinatuose, skerdyklose, spirito, krakmolo ir mielių gamyklose. Nemažą energetinį potencialą turi spirito žlaugtai, pieno išrūgos, alaus ir aliejaus gamybos atliekos.

Biodujų išeiga iš organinių atliekų

Skerdyklų atliekos (vidurių turinys, kraujas, riebalai) turi didelį energetinį potencialą. Tačiau jų naudojimas yra reglamentuojamas dėl pavojaus pernešti ligas, pavojingas bakterijas per biodujų reaktorius į laukus, tręšiamus perdirbta biomase. Dėl šios priežasties skerdyklų atliekos prieš perdirbimą turi būti termiškai nukenksminamos. Todėl biodujų jėgainėse įrengiami terminio nukenksminimo įrenginiai – autoklavai, kuriuose pavojingos atliekos išlaikomos nustatytą laiką aukštoje temperatūroje (70-130oC).

Biodujų jėgainės

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. Kaupyklos dydis priklauso nuo perdirbamos biomasės kiekio, tiekimo grafiko bei jėgainės darbo režimo. Biomasė kaupimo rezervuaruose turi būti nuolatos arba periodiškai maišoma, kad nesisluoksniuotų ir nesusidarytų nuosėdos.

Pagrindinis biodujų jėgainės produktas – biodujos naudojamos elektros ir šiluminei energijai gaminti. Biodujų deginimas dujiniuose vandens katiluose yra paprasčiausias energetinės konversijos būdas. Šiuo atveju naudojami įprasti dujiniai katilai, skirti gamtinėms dujoms deginti. Šilumos gamyba biodujų jėgainėse naudinga tik tais atvejais, kai yra pastovus šilumos energijos vartojimas.

Ekonomiškiau ir patikimiau biodujas deginti vidaus degimo varikliuose, kurie suka elektros generatorius. Tokie agregatai (kogeneratoriai) gamina elektros ir šilumos energiją. Juose naudojami asinchroniniai bei sinchroniniai elektros generatoriai ir dujiniai Oto arba dyzeliniai varikliai, naudojantys biodujų ir dyzelino (iki 10 proc.) mišinį. Šilumos energija išgaunama iš variklio aušinimo sistemos.

Perdirbta biomasė tinka laukams tręšti. Tačiau aplinkosaugos bei agrotechnikos reikalavimai riboja trąšų panaudojimo grafikus. Todėl biodujų jėgainėse tenka įrengti kaupyklas, kuriose tilptų per 6-9 mėnesius perdirbtos biomasės kiekis. Perdirbtą biomasę galima panaudoti koncentruotoms trąšoms ar kompostui gaminti. Tuomet substratas separuojamas, o tirštoji frakcija kompostuojama arba granuliuojama. Skystoji dalis naudojama laukams laistyti.

Biodujų gamyba iš organinių atliekų ar energetinių augalų masės yra ekonomiškai patraukli veikla. Energijos gamyba iš vietinių atsinaujinančių resursų plėtoja vietos ekonomiką, stimuliuoja naujas veiklos rūšis, didina užimtumą. Biodujoms gaminti naudojamos labai pigios žaliavos arba jos nieko nekainuoja. Antra vertus, už atliekų perdirbimą imamas mokestis. Šis mokestis kartais sudaro apie pusę biodujų jėgainės pajamų.

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.

Tęsinys kituose numeriuose