Ile czasu potrzeba, żeby inwestycja w biogazownię się zwróciła?
W Polsce pracuje już 85 mikro- i małych biogazowni firmy Naturalna Energia.plus, a do końca roku ich liczba ma przekroczyć 100. Ponad 90% tego typu instalacji w kraju postawiła właśnie ta firma.
Jedna z nich należy do Stanisława Mińskiego, który wraz z żoną Marzanną prowadzi w Boguszewcu w powiecie żuromińskim gospodarstwo zajmujące się tuczem świń w cyklu otwartym.
Rolnik kupuje prosięta o masie ciała 30 kg i sprzedaje 120-kilogramowe tuczniki w ramach tuczu kontraktowego. W gospodarstwie są dwie chlewnie. W jednej, wybudowanej w 2015 roku, są 2 tys. stanowisk, a w drugiej, z 2017 roku – 1,6 tys. Rolnik myślał o postawieniu pomiędzy nimi trzeciego budynku, ale na razie wstrzymał się z tą decyzją. W związku ze sporą produkcją gnojowicy postanowił jednak zainwestować w biogazownię, która została uruchomiona w grudniu 2021 roku i ma być sposobem na redukcję kosztów w produkcji zwierzęcej.
– Zdecydowałem się na instalację o mocy 40 kW. Energię elektryczną wykorzystujemy na potrzeby chlewni, a cieplną do ogrzania budynków mieszkalnych. Nadwyżki prądu sprzedajemy, a poferment w większości zużywamy na własne pola, których areał wraz z dzierżawami wynosi prawie 60 ha. Na 15 ha zasiana jest kukurydza, na pozostałych głównie zboża – mówi Stanisław Miński.
Sama budowa biogazowni trwała krótko – mniej więcej dwa miesiące. Procesem przygotowawczym i projektowym zajęła się firma dostarczająca instalację. Doradziła też w sprawach dotyczących przyłączy do odbioru energii. Koszt całej inwestycji, wraz ze zbiornikiem na poferment o pojemności 2 tys. m3, wyniósł 2,2 mln zł.
– Wybudowałem biogazownię bez żadnego dofinansowania, gdyż w tym okresie nie było dotacji, a ja byłem zdecydowany na inwestycję i nie chciałem czekać. Powinna się zwrócić po 6–7 latach – opowiada gospodarz.
Jaką wielkość biogazowni wybrać w danym gospodarstwie?
– Wśród naszych klientów są rolnicy, którzy stawiali najpierw mikrobiogazownię przy jednym z obiektów, a po roku czy dwóch decydowali się na kolejną przy innym. Czasami ojciec postanawia wypróbować działanie takiej instalacji u siebie, a kiedy widać, że się sprawdza, również syn decyduje się na biogazownię – przekonywał Adam Orzech, prezes firmy Naturalna Energia.plus, która w gospodarstwie pana Stanisława zorganizowała spotkanie pod hasłem „Akademia Rolnika Biogazownika”, skierowane głównie do rolników zajmujących się produkcją trzody chlewnej.
Współorganizatorami wydarzenia były firmy: Agro-Sorb – producent polskich aminokwasów, które jako środki wspierające wzrost roślin zabezpieczają odpowiednią ilość kalorycznego substratu do biogazowni, SUMA Polska – producent mieszadeł, oraz Grupa Marco-Polo, która zajmuje się wyposażeniem budynków inwentarskich i dostarczaniem maszyn i urządzeń rolniczych, w tym bram dezynfekujących. Podczas spotkania można było nie tylko posłuchać wykładów na temat funkcjonowania biogazowni, ale również obejrzeć działającą instalację i zapoznać się z technologią wytwarzania biogazu.
Rolnicy mają często dylemat, jakiej wielkości biogazownię wybrać. Zdaniem Adama Orzecha to zależy, czy gospodarstwo chce tylko zwiększyć swoją efektywność, czy rozpocząć nową działalność biznesową polegającą na sprzedaży energii. Jeśli celem rolnika jest przede wszystkim zagospodarowanie odpadów z produkcji zwierzęcej i roślinnej, a energię w głównej mierze planuje wykorzystać na własne potrzeby, stając się bardziej niezależnym energetycznie, to mikroinstalacje są właśnie dla niego. Duże biogazownie, do których zaliczamy te powyżej 500 kW, z reguły wymagają dostarczenia i magazynowania dodatkowych substratów.
– Biogazownia jest mikrobiogazownią, jeśli zakłada roczną wydajność do 200 tys. m3 biogazu rolniczego, czyli wytworzonego z określonych substratów, i moc elektryczną do 50 kW oraz cieplną do 150 kW. Na pełną moc pracuje 8 tys. godzin w roku. Działa w automacie lub półautomacie i nie wymaga zatrudniania dodatkowych osób. Nie wymaga też uzyskania pozwolenia na budowę i decyzji środowiskowej oraz konsultacji społecznych. Może być budowana w oparciu o plan zagospodarowania terenu i zgłoszenie w starostwie. Możliwe jest przyłączenie do sieci niskiego napięcia, która już funkcjonuje w gospodarstwie – opowiadał ekspert.
Przed decyzją o budowie biogazowni konieczne jest zbadanie substratu i określenie zawartości suchej masy organicznej oraz jego potencjału biogazowego.
– Gnojowica gnojowicy nierówna, dlatego trzeba pobrać próbki i ją zbadać. Sprawdzamy, czy nie ma w niej niepożądanych związków, zbyt dużo siarki bądź antybiotyków, gdyż są one zabójcami fermentacji. Zbadana przez naszą firmę wydajność biogazowa gnojowicy trzody chlewnej waha się od 15 do 30 m3 biogazu z tony świeżej masy, gnojowicy od bydła mlecznego – od 20 do 40 m3 biogazu, obornika bydła – od 35 do 60 m3 biogazu, pomiotu kurzego – od 100 do 300 m3, odpadów zielonych – od 100 do 200 m3, a kiszonki z kukurydzy – od 170 do 200 m3 biogazu – tłumaczył Adam Orzech.
Ze względu na mniejszą niż wymagana przy tej mocy biogazowni obsadę świń i małą zawartość suchej masy gnojowicy Stanisław Miński musi w swojej instalacji dodawać inne substraty. W jego przypadku jest to serwatka zamawiana w OSM w Sierpcu. Dziennie zużywane jest 3–4 tys. litrów serwatki.
– Szczególnie latem gnojowica jest bardziej rozrzedzona, gdyż zwierzęta piją więcej wody, próbują się ochłodzić, dlatego trzeba dodawać więcej innych substratów. Teraz robię również próby z dodatkiem kiszonki z kukurydzy – opowiada Miński.
Różne moce i rozwiązania w mikrobiogazowniach
Dostępne moce mikrobiogazowni to: 16, 22, 33 i 44 kW. Ponadto są także małe biogazownie o mocy 60 i 74 kW. W biogazowni w gospodarstwie w Boguszewcu wykorzystuje się fermentację mokrą, w przypadku której substratami mogą być gnojowica, płynne odpadki przetwórstwa owocowo-warzywnego, ale istnieje też fermentacja sucha perkolacyjna, w której wydajność i moce są podobne, wykorzystująca obornik, stałe odpadki przetwórstwa owocowo-warzywnego i spożywczego, odpady zielone oraz pomiot kurzy. Instalacje fermentacji mokrej wymagają substratu o suchej masie 4–12% i minimum 3 tys. ton na rok, a fermentacji suchej minimum 15% suchej masy i 500 ton na rok.
Biogazownia o mocy 40 kW potrzebuje od 7 do 9 tys. ton gnojowicy rocznie. Jest przeznaczona dla chlewni posiadających od 4 do 5,6 tys. stanowisk dla tuczników lub od 700 do 900 loch przy produkcji w cyklu otwartym bądź od 400 do 500 loch w cyklu zamkniętym. Pozwala uzyskać około 320 MWh/rok energii elektrycznej i około 350 MWh/rok ciepła, a także od 7 do 15 tys. m3 pofermentu, który jest lepiej przyswajalny przez rośliny i można go wywozić na pole przez cały rok, a jednocześnie zaoszczędzić na zakupie nawozów sztucznych i wapnowaniu nawet do 120 tys. zł rocznie.
– Odpady w postaci gnojowicy, obornika czy resztek roślinnych zostają pozbawione odoru i przetworzone na ulepszony nawóz naturalny. Ale inwestor przede wszystkim zyskuje ogromne oszczędności na kosztach prądu i ogrzewania, a także zarabia na sprzedaży energii. Nasi klienci mają zwykle około 100 MWh nadwyżki, którą sprzedają do sieci. Ciepło natomiast pozwala na ogrzewanie budynków mieszkalnych i inwentarskich.
W przypadku biogazowni o mocy 40 kW roczne oszczędności na prądzie sięgają 320–350 tys. zł (przy zakładanej cenie 1 zł za kW), a na cieple 56 tys. zł (przy cenie 0,25 zł za kW), co ma znaczenie w przypadku gospodarstw utrzymujących lochy i dogrzewających prosięta. Nadwyżki ciepła są zwłaszcza latem, więc niektórzy klienci decydują się na budowę suszarni. Planujemy także wprowadzić instalacje przekształcające ciepło na chłód, które będą mogły być wykorzystane do obniżania temperatury w oborach i chlewniach w czasie upałów, dzięki czemu będzie można poprawić wydajność zwierząt – mówił Adam Orzech.
Nowoczesne biogazownie to zamknięty system bezpieczny dla otoczenia
Biogaz jest spalany w silnikach, co generuje energię elektryczną. Na potrzeby własne biogazowni wykorzystywane jest 5–10% wyprodukowanej w ten sposób energii. Procentowy udział metanu w biogazie stanowi o jego wartości kalorycznej. Zawartość metanu zależy natomiast od składu fermentowanego materiału wsadowego. W pracy biogazowni ważne jest zachowanie ciągłości jej działania przy możliwie największej produkcji kalorycznego biogazu.
– Ilość masy fermentującej musi zapewnić odpowiednio dużą bieżącą produkcję biogazu, by w sposób ciągły zasilać układ kogeneracyjny. Substraty, jak gnojowica i ewentualnie serwatka oraz kiszonka z kukurydzy, są dozowane do zbiornika fermentacyjnego. Sama gnojowica trafia do biogazowni automatycznie za pomocą pomp. Podstawowe ogniwo instalacji biogazowej stanowi komora fermentacyjna, zwana też fermentatorem, gdyż w niej zachodzi proces fermentacji materiału wsadowego i produkcja biogazu. Materiałami stosowanymi do budowy komór fermentacyjnych są, w zależności od producenta, stal nierdzewna lub żelbet. Komory są najczęściej w kształcie cylindrycznym – opowiadał prezes firmy Naturalna Energia.plus.
W całym procesie produkcji biogazu występują mieszadła. Pracują w zbiornikach podrusztowych, magazynowych i pośrednich oraz w zbiorniku fermentacyjnym. Do ich zadań należy przygotowanie i transport substratu do fermentatora, w którym w wyniku pracy mieszadeł biomasie nadawana jest odpowiednia prędkość, temperatura oraz właściwa homogenizacja, od których zależy bezpośrednio uzysk biogazu.
– Przy wyborze mieszadła do biogazowni należy uwzględnić skład i właściwości substratu, w szczególności zawartość suchej masy, jak również wielkość części stałych. Gdy stosujemy rośliny, ważne jest, czy będą pocięte na kawałki o długości 2, 5, 10 czy 15 cm. Jeśli nie poznamy kluczowych parametrów, mieszadło nie będzie właściwie dobrane i nie osiągniemy jednolitego stężenia biomasy w całym zbiorniku – wyjaśniała Mirosława Dyjak-Wojciechowska z firmy SUMA Polska, producenta mieszadeł.
W mieszadłach najważniejsze jest dobranie prędkości obrotowej. O ile dla substratów o parametrach zbliżonych do wody sprawdzają się mieszadła szybkoobrotowe, o tyle wraz ze wzrostem zawartości suchej masy wskazany jest dobór mieszadeł średnio- i wolnoobrotowych.
– Czasem stosuje się też mieszadła boczne, które są montowane na ścianie zbiornika, i wówczas rura ze śmigłem znajdują się w zbiorniku, a część napędowa, czyli przekładnia i silnik, są na zewnątrz. Plusem jest to, że łatwiej wychwycić zakłócenia pracy systemu i można przeprowadzić wszelkiego rodzaju naprawy i konserwacje poza zbiornikiem – tłumaczyła Mirosława Dyjak-Wojciechowska.
Mieszadła o podobnej konstrukcji mogą także współpracować z ciągnikiem rolniczym, co może sprawdzić się przy mieszaniu w zbiornikach magazynowych.
Jak wyjaśniała specjalistka, na etapie doboru mieszadeł można symulować prędkość przepływu oraz wydajność cyrkulacji, aby sprawdzić efektywność zaprojektowanej techniki mieszania, zaplanować optymalne ustawienie mieszadeł, a w konsekwencji wyeliminować tzw. strefy martwe, w których będą się tworzyły osad czy kożuch. W zbiornikach fermentacyjnych zaleca ona stosowanie dwóch mieszadeł, nawet jeśli zbiornik nie jest duży, gdyż zawsze może zdarzyć się awaria, a jeśli mieszadło nie działa, to automatycznie nie uzyskuje się biogazu.
Dominika Stancelewska
