Analiza przemysłowych instalacji biogazowych w aspekcie rozwoju technologii oczyszczania biogazu

• Autorzy: Antosz Artur , Ptak Stefan

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.08.06

Warianty tytułu

EN

Analysis of industrial biogas plants in terms of the development of biogas treatment technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Energia jest niezbędnym czynnikiem, który napędza wszystkie współczesne gospodarki. Według powszechnej opinii tradycyjne zasoby energetyczne, głównie paliwa kopalne, wyczerpują się, a ich użycie powoduje wzrost zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Dlatego też na znaczeniu zyskują odnawialne źródła energii (OZE), które są neutralne dla otaczającego nas środowiska. Poprawa sytuacji energetycznej świata wymaga ukierunkowania na konieczność, a nie na opcję korzystania z zielonych nośników energii. Aby tak się stało, wymagane jest upowszechnianie odnawialnych źródeł energii oraz ich konkurencyjność ekonomiczna w porównaniu z pierwotnymi nośnikami energii, które w przyszłości ulegną wyczerpaniu. Warunkiem przeprowadzenia zielonej rewolucji jest eliminacja istotnych wad odnawialnych źródeł energii, takich jak: uzależnienie od zmienności warunków atmosferycznych, naturalna zmienność w cyklu rocznym oraz sprzyjające ukształtowanie terenu. Najbardziej perspektywicznym i stabilnym zielonym źródłem energii w naszych krajowych realiach jest biomasa, a dokładnie produkcja biogazu rolniczego z biomasy. Biogaz rolniczy i biogazownie rolnicze należą do najszybciej rozwijających się segmentów energetyki odnawialnej w Europie. W pierwszej części artykułu dokonano rozeznania literaturowego dotyczącego procesu wytwarzania biogazu, rodzajów biogazowni oraz surowców stosowanych do produkcji biogazu. Przedstawiono obecną sytuację rozwoju energetycznego rynku biogazu na każdym z kontynentów, poziom zróżnicowania pod względem liczby instalacji, stopnia ich skomplikowania oraz zastosowanych technologii i rozwiązań konstrukcyjnych, zwłaszcza w przypadku dużych, scentralizowanych biogazowni. Część doświadczalna obejmowała próby otrzymania surowego biogazu. W tym celu skonstruowano instalację umożliwiającą produkcję biogazu. Zastosowano surowce takie jak jabłka, marchew, trawę pochodzącą ze skoszenia terenów zielonych INiG – PIB oraz produkt uboczny powstający w procesie odśluzowania oleju rzepakowego. Na wyprodukowanych próbkach biogazu przeprowadzono porównawczą analizę intensywności pasm dwutlenku węgla do metanu FTIR, za pomocą której określono przybliżony udział tych dwóch składników. Na podstawie tej analizy wytypowano próbkę biogazu, który charakteryzował się największym udziałem metanu i dla którego wykonano pełną analizę składu gazu.

EN

Energy is an essential factor that drives all modern economies. It is commonly considered that traditional energy resources, mainly fossil fuels, are depleting, and their use increases environmental pollution. Therefore, the significance of renewable energy sources (RES) neutral to the surrounding environment is growing. Improving the world's energy situation requires a focus on the necessity, rather than the option, of using green energy media. For this to happen, the spread of renewable energy sources is required, as well as their economic competitiveness when compared with primary energy carriers, which will eventually be exhausted. But the prerequisite for a green revolution is to eliminate significant disadvantages of renewable energy sources such as dependence on weather variability, natural variability in the annual cycle and favourable terrain. The most promising and stable green energy source in our domestic realities is biomass, or more precisely, the production of agricultural biogas from biomass. Agricultural biogas and agricultural biogas plants are among the fastest growing segments of the renewable energy in Europe. The first part of the article includes a literature survey of the methane fermentation process, types of biogas plants and raw materials used for biogas production. The current situation regarding the development of the biogas energy market on each continent, the level of differentiation in terms of the number of plants, their complexity and the technologies and design solutions used, especially for large centralised biogas plants, is presented. The research section includes trials to obtain raw biogas. For this purpose, a plant was constructed to produce biogas. Apples, carrots, grass from mowing green areas, and industrial waste which was a by-product of rapeseed oil desludging, were used as raw materials for methane fermentation. In the biogas samples produced, a comparative FTIR analysis of the intensity of the carbon dioxide-to-methane bands was carried out with which the approximate proportion of these two components was determined. On the basis of this analysis, the biogas sample that had the highest proportion of methane was selected for which a full gas composition analysis was performed.

Słowa kluczowe

PL

biogaz; oczyszczanie biogazu

EN

biogas; biogas purification

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 8
• Strony: 545--556
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Antosz Artur

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Ptak Stefan

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bauer F., Hulteberg C., Persson T., Tamm D., 2013. Biogas upgrading – Review of commercial technologies. SGC Rapport 2013:270. <http://www.sgc.se/ckfinder/userfiles/files/SGC270.pdf> (dostęp: wrzesień 2022).
• Biernat K., Samson-Bręk I., 2011. Przegląd technologii oczyszczania biogazu do jakości gazu ziemnego. Chemik, 65(5): 435–444.
• Biogas composition, 2009. Biogas renewable energy. <https://www. biogas-renewable-energy.info/biogas_composition.html> (dostęp: wrzesień 2022).
• Croce S., Wei Q., D’Imporzano G., Dong R., Adani F., 2016. Anaerobic digestion of straw and corn stover: the effect of biological process optimization and pre-treatment on the total bio-methane yield and energy performance. Biotechnology Advances, 34: 1289–1304. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2016.09.004.
• Curkowski A., Oniszk-Popławska A., Mroczkowski P., Zowsik M., Wiśniewski G., 2011. Przewodnik dla inwestorów zainteresowanych budową biogazowni rolniczych. Ministerstwo Gospodarki, Instytut Energetyki Odnawialnej, Warszawa.
• Czapiewska G., 2010. Rola biogazowni rolniczych w rozwoju energetyki odnawialnej. [W:] Brodziński Z., Karman M., Sławomirski A. (red.), Energia odnawialna wizytówką nowoczesnej gospodarki. Wydawnictwo Adam Marszałek, Toruń.
• ENEA Consulting, 2019. Biogas Opportunities for Australia. <https:// www.energynetworks.com.au/resources/reports/biogas-opportunities-for-australia-enea-consulting/> (dostęp: wrzesień 2022).
• GUS, 2022. Energia ze źródeł odnawialnych w 2020 roku. <https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/srodowisko-energia/energia/energia-ze-zrodel-odnawialnych-w-2020-roku,3,15.html> (dostęp: wrzesień 2022).
• Holewa J., Kukulska-Zając E., Pęgielska M., 2012. Analiza możliwości wprowadzenia biogazu do sieci przesyłowej. Nafta-Gaz, 68(8): 523–529.
• Igliński B., Buczkowski R., Iglińska A., Cichosz M., Piechota G., Kujawski W., 2012. Agricultural biogas plants in Poland: investment process, economical and environmental aspects, biogas potential. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(7):890–4900. DOI: 10.1016/j.rser.2012.04.037.
• Igliński B., Piechota G., Iwański P., Skarzatek M., Pilarski G., 2020. 15 Years of the Polish agricultural biogas plants: their history, current status, biogas potential and perspectives. Clean Technologies and Environmental Policy, 1–29. DOI: 10.1007/s10098-020-01812-3.
• International Energy Agency (IEA), 2022. Outlook for Biogas and Biomethane: Prospects for Organic Growth. IEA Publications. <https://iea.blob.core.windows.net/assets/03aeb10c-c38c-4d10-bcec-de92e9ab815f/Outlook_for_biogas_and_biomethane.pdf>(dostęp: wrzesień 2022).
• Jędrczak A., 2008. Biologiczne przetwarzanie odpadów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Kemausuor F., Adaramola M.S., Morken J., 2018. A review of commercial biogas systems and lessons for Africa. Energies, 11: 1–21. DOI: 10.3390/en11112984.
• Krawiec F. (red.), 2010. Odnawialne źródła energii w świetle globalnego kryzysu energetycznego. Wybrane problemy. Wydawnictwo Difin S.A., Warszawa.
• Kujawski O., 2009. Przegląd technologii produkcji biogazu. Cz. I. Czysta Energia, 12: 23–25.
• Nicolae S., Jean-Francois D., Fernando F., 2018. Biogas: Developments and perspectives in Europe. Renewable Energy, 129: 457–472.DOI: 10.1016/j.renene.2018.03.006.
• Niedziułka D., 2010. Rynek energii w Polsce. Wydawnictwo Difin S.A., Warszawa.
• Nzila Ch., Dewulf J., Spanjers H., Tuigong D., Kiriamiti H., van Langenhove H., 2012. Multi criteria sustainability assessment of biogas production in Kenya. Applied Energy, 93: 496–506. DOI:10.1016/j.apenergy.2011.12.020.
• Observ’ER, 2020. Biogas Barometer 2020. <https://www.eurobserver.org/biogas-barometer-2020/> (dostęp: wrzesień 2022).
• Olineira J.V., Alves M.M., Costa J.C., 2018. Biochemical methane potential of brewery by-products. Clean Technologies and Environmental Policy, 20: 435–440. DOI: 10.1007/s10098-017-1482-2.
• Osorio F., Torres J.C., 2009. Biogas purification from anaerobic digestion in a wastewater treatment plant for biofuel production. Renewable Energy, 34: 2164–2171. DOI: 10.1016/j.renene.2009.02.023.
• Pavičić J., Novak Mavar K., Brkić V., Simon K., 2022. Biogas and Biomethane Production and Usage: Technology Development, Advantages and Challenges in Europe. Energies, 15(8): 2940. DOI: 10.3390/en15082940.
• Pilarska A., Pilarski K., 2013. Perspektywy i problemy rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce. Technika Rolnicza, Ogrodnicza, Leśna, 4: 1–4.
• Piskowska-Wasiak J., 2014. Uzdatnianie biogazu do parametrów gazu wysokometanowego. Nafta-Gaz, 70(2): 94–105.
• Roopnarain A., Adeleke R., 2017. Current status, hurdles and future prospects of biogas digestion technology in Africa. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67: 1162–1179. DOI: 10.1016/j.rser.2016.09.087.
• Saadabadi S.A., Thattai A.T., Fan L., Lindeboom R.E., Spanjers H., Aravind P., 2019. Solid Oxide Fuel Cells fuelled with biogas: Potential and constraints. Renewable Energy, 134: 194–214. DOI: 10.1016/j.renene.2018.11.028.
• Saudi dove in the oil slick, 2001. The Guardian, 14.01. <https://www.theguardian.com/business/2001/jan/14/globalrecession.oilandpetrol> (dostęp: wrzesień 2022).
• Scarlat N., Dallemand J.F., Fahl F., 2018. Biogas: Developments and perspectives in Europe. Renewable Energy, 129: 457–472. DOI:10.1016/j.renene.2018.03.006.
• Szymańska D., Lewandowska A., 2015. Biogas power plants in Poland – structure, capacity, and special distribution. Sustainability, 7(12):16801–16819. DOI: 10.3390/su71215846.
• Wiese J., Kujawski O., 2006. Biogaz zyskuje na znaczeniu. Czysta Energia, 10: 1–4.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).