Kada se priča o biogasu, obično se misli na gas sa velikom količinom metana u sebi, koji nastaje fermentacijom organskih susptanci, kao što su stajnjak, mulj iz otpadnih voda, gradski čvrsti otpad ili bilo koja druga biorazgradljiva materija, pri anaerobnim uslovima. Često se za biogas koriste i nazivi kao što su barski gas, deponijski gas, močvarski gas i slično, već prema mestu nastanka. Svaka varijanta ima različite nivoe metana i ugljen-dioksida u sebi, zajedno sa manjim udelom drugih gasova.

Ovaj proces postaje sve popularniji za tretiranje organskog otpada, jer omogućava prikladan način pretvaranja otpada u električnu energiju, čime se smanjuje i količina otpada, kao i broj patogenih supstanci, koje se nalaze u otpadu. Takođe, upotreba biogasa se ohrabruje, jer se na taj način dobija energija, a ne povećava se količina ugljen-dioksida u atmosferi. Takođe, sagorevanje metana je znatno čistije u odnosu na ugalj.

Obrada biorazgradivih supstanci odigrava se u anaerobnom digestoru, koji mora da bude dovoljno jak da izdrži povećani pritisak, kao i da obezbedi anaerobne uslove za bakterije u unutrašnjosti. Digestori se obično grade u blizini izvora organskog inputa, i to najčešće nekoliko jedan uz drugi, kako bi se obezbedila konstantna proizvodnja biogasa.

U novije vreme, sve je veća upotreba biogasa dobijenog sa deponija i iz otpadnih voda. Čak i kada se ne koristi za dobijanje toplotne i/ili električne energije, deponijski gas se mora propisno odložiti i prečistiti, jer sadrži opasne zapaljive materije, od kojih mnoge stvaraju smog.

Biogasni digestori koriste biorazgradljive materije, od kojih se dobijaju dva korisna proizvoda: biogas i fermentisano biođubrivo vrhunskog kvaliteta.

Biogas prečićen do nivoa čistoće za gasovod naziva se obnovljivi prirodni gas i moguće ga je koristiti u svakoj primeni u kojoj se inače koristi zemni gas. To uključuje distribuciju takvog gasa putem gasovoda, proizvodnju struje, grejanje, zagrevanje vode i upotrebu u raznim tehnološkim procesima. Kompresovan, biogas može da se koristi i kao pogonsko gorivo za vozila.

Da rezimiramo: Biogas je mešavina metana i ugljen-dioksida, koja se dobija prilikom razgradnje organskih materija pod anaerobnim uslovima. To je kvalitetno gorivo, koje može da zameni fosilna goriva, a takođe je i CO2 neutralno. U vreme kada rezerve fosilnih goriva opadaju, energetski troškovi rastu, a životnu sredinu ugrožava nepravilno odlaganje smeća, pronalaženje rešenja za problem biološkog otpada i tretman otpadnih organskih materija, postaje pitanje od najveće važnosti.

Kako funkcioniše ovaj proces?

Biogas je metabolički proizvod bakterija koje proizvode metan, i koje su uzrok raspadanju. Osim odsustva kiseonika, neophodni uslovi su konstantna temperatura i pH vrednost od 6,5 do 7,5. Raspadanje je najefektivnije na temperaturi od 15°C (psihrofilne bakterije), 35°C (mezofilne) i 55°C (termofilne). U praksi se pokazalo da je zadržavanje od oko 10 dana najefektivnije za termofilne bakterije, 25 do 30 za mezofilne i 90 do 120 za psihrofilne . Većina postrojenja koja danas rade, rade u mezofilnom temperaturnom rangu.

Pošto se biogas proizvodi tamo gde se organski materijal razgrađuje bez vazduha, postoji širok spektar organskih materija koje su pogodne za anaerobnu razgradnju.

Neke od tih materija su:

  1. tečno i čvrsto stajsko đubrivo
  2. posebno prikupljan biolški otpad iz stambenih delova
  3. obnovljivi materijali, kao što su kukuruzna silaža, semenke koje se ne koriste za ishranu, itd
  4. mulj iz kanalizacije i masti
  5. korišćeni podmazivači
  6. trava (npr. u EU neobrađena zemlja)
  7. biloški otpad iz klanica; pivara, destilerija; prerade voća i proizvodnje vina; mlekara; industrije celuloze, šećerana…

Napomena: drvo nije pogodno za proizvodnju biogasa, jer bakterije koje proizvode metan ne mogu da svare lignin, kojeg ima u drvetu. Takođe i pesticidi, dezinfekcija i antibiotici imaju negativan efekat na bakterije.

Proces proizvodnje biogasa

Osnovni proces proizvodnje biogasa obično se sastoji iz tri dela:

  1. priprema biološkog inputa
  2. razgradnja
  3. tretman ostataka

Kao što je prikazano na dijagramu, organski materijal se prvo skuplja u tanku za pred-skupljanje i mešanje (sl.1 – 2). Ovaj tank služi za mešanje i homogenizaciju različitih fermentacionih materija. Nakon čišćenja na 70°C, gde se uništavaju sve bakterije negativne po proces fermentacije (sl. 1 – 3), materijal se prebacuje u anaerobni digestor (sl.1 – 4). U slučaju prestanka rada postrojenja (npr. redovan servis), kao i u slučaju veće proizvodnje gasa, neophodna je gasna baklja, koja taj višak sagoreva (sl.1 – 5). Prečišćena biomasa predstavlja početak anaerobne razgradnje. Neophodni uslov je konstantna temperatura i pH vrednost 6,5 do 7,5.

Biogas je gasna mešavina, koja se sastoji od 60-70% metana (CH4) i 30-40% ugljen-dioksida (CO2). Sa toplotnom vrednošću od 6,5 kWh/Nm3, jedan kubni metar biogasa sadrži približno istu količinu energije kao 0,6 litara lož-ulja, ili 0,65 Nm3 prirodnog gasa (sl.1 – 6).

Kako bi se osigurao stalni dotok gasa, nezavisno od protoka inputa, proizvedeni biogas se skuplja u gasnom rezervoaru (sl.1 – 7), odakle se zatim prosleđuje u gasni motor (sl.1 – 8). Toplota koja se stvara tokom rada motora, može da se efektivno iskoristi preko izmenjivača toplote (sl.1 – 9). Ukupno je moguće iskoristiti oko 50% inputa kao toplotnu energiju za potrošače, preko izmenjivača toplote iz gasne smeše, ulja, rashladne vode i izduvnih gasova.

Zahvaljujući dobrim gorivim karakteristikama biogasa i optimalnoj Jenbacherovoj tehnologiji sagorevanja, zahtevani limiti emisija sigurno se postižu. Biogas, kao obnovljivi energetski izvor, proizvodi izduvne gasove koji slobodno mogu da se vrate u prirodni krug. Stoga se može reći da je biogas CO2 neutralan (sl.1 – 10).
Korišćenjem generatora, mehanička energija gasnog motora se pretvara u električnu energiju (sl.1 – 11). Električna efikasnost motora GE Jenbacher je oko 40%.
Biogas (i biomasa) je obnovljivi izvor energije, sa niskom količinom ugljenika. Ukoliko se pravilno koristi, biomasa je održivo gorivo, koje može znatno da utiče na smanjenje neto emisije ugljenika, u poređenju sa fosilnim gorivima.

Iako sagorevanje biogasa, kao i zemnog gasa, dovodi do stvaranja izvesne količine ugljen-dioksida (CO2), ugljenik u biogasu potiče iz biljne mase, koja je u sebe ugradila ugljenik iz atmosferskog ugljen-dioksida. Stoga se upotreba biogasa posmatra kao CO2-neutralna i ne utiče na povećanje količine gasova sa efektom staklene bašte. Dalji zaključak je da bilo koja zamena fosilnih goriva biogasom dovodi do smanjenja emisija CO2.
Ugljenik u biomasi, koji čini približno 50% njene suve materije, je već deo atmosferskog kruženja ugljenika.

Biomasa (biljke) absorbuje CO2 iz atmosfere tokom celog svog života. Nakon završetka životnog veka biljke, taj isti ugljenik se vraća u atmosferu kao mešavina ugljen-dioksida i metana. U atmosferi se metan pretvara u ugljen-dioksid, čime se kruženje kompletira.
Sagorevanje, direktno ili indirektno, biomase i biogasa, kao goriva, takođe vraća CO2 u atmosferu. Naravno, i ovaj CO2 je deo kruženja ugljenika u atmosferi.