1. 2. seminar na temu:
„Proizvodnja bioplina i biometana iz biorazgradivog otpada“
u okviru IEE UrbanBiogas projekta
, Energetski institut Hrvoje Požar
Energetski, ekonomski i ekološki učinci korištenja bioplina dobivenog digestijom biorazgradivog organskog otpada
Andrea Hublin
EKONERG
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

2. Sadržaj
anaerobna razgradnja (digestija) biorazgradivog organskog otpada
prednosti - oporaba energije, okolišna prihvatljivost, smanjenje emisije stakleničkih plinova
optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom biorazgradivog organskog otpada
modeliranje procesa kodigestije biorazgradivog organskog otpada
tehno-ekonomski i ekološki aspekti korištenja bioplina dobivenog digestijom agro-industrijskog otpada
analiza osjetljivosti 2
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

3. Digestija - prednosti u odnosu na ostale postupke obrade otpada
proizvodnja neutralnog goriva s obzirom na ugljikov dioksid u obliku bioplina - energetski učinkovita i ekološki prihvatljiva tehnologija za proizvodnju bioenergije
zamjena fosilnih goriva u proizvodnji električne energije i topline, korištenje stlačenog biometana u prometu, proizvodnja električne energije i topline u gorivim ćelijama, proizvodnja kemijskih spojeva, utiskivanje biometana u mrežu prirodnog plina
proizvodnja digestata
usklađenost s nacionalnom regulativom vezanom uz gospodarenje otpadom - smanjenje količine odloženog biorazgradivog otpada
smanjena količina proizvedenog mulja - anaerobna obrada u odnosu na aerobnu
smanjena emisija neugodnih mirisa
učinkovito uklanjanje patogenih mikroorganizama 3
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

4. Podjela procesa anaerobne razgradnje4
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

5. Optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom biorazgradivog organskog otpada (1)
cilj - maksimalna proizvodnja bioplina
parametri koji utječu na proces anaerobne razgradnje:
vrsta i sastav supstrata
temperatura
pH-vrijednost i kapacitet pufera
inhibicija i toksičnost
miješanje i hidrauličko vrijeme zadržavanja supstrata u reaktoru
brzina unosa organske tvari u reaktor
supstrat - biorazgradiva frakcija ulaznog materijala - izvor energije i hranjivih tvari, određuje uvjete u reaktoru
karakterizacija preko vrijednosti kemijske potrošnje kisika (KPK) i masenog udjela hlapive tvari
potencijal stvaranja metana (prinos metana) - važan čimbenik vrednovanja supstrata za kodigestiju 5
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

6. Optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom biorazgradivog organskog otpada (2)
kodigestija - najčešći način proizvodnje bioplina anaerobnom razgradnjom - mješavina dvaju ili više različitih supstrata u cilju postizanja optimalnog omjera C:N za rast bakterija
poboljšanje potencijala stvaranja bioplina i metana
odabir vrste i količine supstrata pogodnih za mješavinu supstrata ovisi o masenom udjelu suhe tvari te masenim udjelima ugljikohidrata, proteina i lipida koji utječu na prinos metana i bioplina
razdvajanje procesa anaerobne razgradnje u dva stupnja - poboljšanje učinkovitosti i stabilnosti procesa, smanjenje troškova
prvi stupanj - hidroliza i acidogeneza
drugi stupanj - acetogeneza i metanogeneza 6
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

7. Optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom biorazgradivog organskog otpada (3)
Karakteristike supstrata koji se koriste u procesu anaerobne razgradnje1
Vrsta supstrata
Organska tvar
Omjer C:N
(g g-1)
Maseni udio suhe tvari (%)
Maseni udio hlapive tvari (%)
Prinos bioplina
(m3 kg-1hlapive tvari)
svinjski izmet
U, P, L
3 - 10
3 - 8
0,25 - 0,80
izmet goveda
6 - 20
5 - 12 80
0,20 - 0,30
izmet peradi
0,35 - 0,60
iznutrice
3 - 5 15
0,40 - 0,68
sirutka
% LAK
% P 22
8 - 12 90
0,35 - 0,80
koncentrirana sirutka -
0,80 - 0,95
trop (ostatak fermentacije voćnih otpadaka) U
4 - 10
1 - 5 0,
slama
U, L
0,15 - 0,35
vrtni otpad
0,20 - 0,50
trava
0,55
travnata silaža
0,56
otpad od voća 35 75
0,25 - 0,50
ostaci hrane 10
0,50 - 0,60
U - ugljikohidrati; P - proteini; L - lipidi; LAK - laktoza
1T. Al Seadi: Good practice in quality management of AD residues from biogas production. IEA Bioenergy.
Task 24 Energy from Biological Conversion of Organic Waste, 2001. 7
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

8. Optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom sirutke i goveđe gnojovke (1)
kodigestija sirutke i goveđe gnojovke
sirutka - nusproizvod mljekarske industrije - sadrži laktozu, topljive proteine, lipide, mineralne soli, izrazito podložna biorazgradnji ( 99%)
veliko organsko opterećenje - vrijednost KPK od do mg dm-3
prinos metana - veći od 400 dm3 kg-1 hlapive tvari
goveđa gnojovka - sadrži veliki udio vode, neotopljene i otopljene organske tvari (ugljikohidrate, lipide i proteine) i anorganske spojeve - slaba anaerobna biorazgradivost
organsko opterećenje - vrijednost KPK od do mg dm-3
prinos metana - od 100 do 400 dm3 kg-1 hlapive tvari
optimalni uvjeti za maksimalnu proizvodnju bioplina i metana u kotlastom reaktoru: temperatura 55 oC, početni volumni udio sirutke 10 %, uz dodatak 5 g dm-3 bikarbonatnog pufera (za kontrolu pH-vrijednosti)2
2A. Hublin, T. Ignjatić Zokić, B. Zelić: Optimization of biogas production from co-digestion of whey and
cow manure. Biotechnol. Bioprocess Eng. 17 (2012) 8
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

9. Optimiranje proizvodnje bioplina dobivenog kodigestijom sirutke i goveđe gnojovke (2)
učinkovitost procesa kodigestije
povećan volumen proizvedenog bioplina za 12 %
najveći volumni udio metana u bioplinu iznosi 79 %
smanjenje ukupnog organskog opterećenja izraženog preko vrijednosti KPK
od 55 %
Specifični volumen proizvedenog bioplina(□) i vrijednost KPK (■) tijekom 45 dana kodigestije smjese koja sadrži 10 % sirutke i 90 % gnojovke, pri 55 oC 9
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

10. Modeliranje procesa kodigestije biorazgradivog organskog otpada
cilj - simulacija proizvodnje metana tijekom procesa kodigestije
biorazgradivost supstrata i inhibirajuće djelovanje produkata razgradnje utječu na kinetiku različitih faza anaerobne razgradnje
2 A. Hublin, B. Zelić: Modelling of the whey and cow manure co-digestion process.
Waste Manage. Res. 31 (2013) 10
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

11. Tehno-ekonomska analiza
pretpostavke:
kogeneracijsko postrojenje na bazi plinskog motora kW električne snage, 510 kW toplinske snage
ekskrementi 450 uvjetnih grla razgrađuju se u kotlastom reaktoru
temperatura 55 oC
Bioplinska energana sastoji se od dva dijela:
bioplinsko postrojenje - sastoji se od jedinice za skladištenje supstrata, sustava za doziranje i punjenje sirovinom, digestora (fermentora), plinohrana (spremnika za bioplin), spremnika za digestat i sustava za preradu/pročišćavanje bioplina
energana - sastoji se od jedinica za proizvodnju električne energije i topline, trafostanice i jedinice za kontrolu i praćenje tehnoloških procesa 11
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

12. Shematski prikaz bioplinske energane12
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

13. Tehno-ekonomski aspekti korištenja bioplina dobivenog digestijom agro-industrijskog otpada
Masena i energetska bilanca bioplinske energane 13
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

14. Ekonomska analiza investicijskog projekta (1)
pretpostavke:
trošak nabave goveđe gnojovke i sirutke biti će samo trošak transporta; sirutka će se nabavljati u dogovoru s mljekarama, po tržišnoj cijeni
proizvedeni bioplin će se koristi kao gorivo u kogeneracijskom postrojenju na bazi plinskog motora
digestat će biti iskorišten na obradivim površinama, bez naknade
sva proizvedena električna energija (umanjena za vlastitu potrošnju) plasirati će se u elektroenergetsku distribucijsku mrežu po poticajnoj otkupnoj cijeni koja će se ostvariti na temelju sklopljenog ugovora s Hrvatskim operatorom tržišta energije (HROTE) u trajanju od 14 godina (u 15. godini cijena električne energije više neće biti poticajna nego tržišna - procjenjuje se kao sadašnja tržišna cijena električne energije uvećana za očekivanu stopu inflacije za sljedećih 15 godina) 14
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

15. Ekonomska analiza investicijskog projekta (2)
pretpostavke:
od ukupno proizvedene topline dio će se iskoristiti za zagrijavanje digestora (fermentora); drugi dio proizvedene topline prodavati će se obližnjim staklenicima za uzgoj povrća ili za drugu namjenu; preostala neiskorištena toplina ispuštati će se u okolišni zrak
analiza je provedena za period promatranja koji uključuje period investiranja od 2 godine i varijante perioda efektuiranja investicijskog projekta: 12, 15 i 20 godina
diskontna stopa od 6 % korištena je pri izračunu neto sadašnje vrijednosti 15
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

16. Ekonomska analiza investicijskog projekta (3)
pretpostavljeno postrojenje je isplativo za period promatranja od 12 i 15 godina
ostvaruje se pozitivna neto sadašnja vrijednost
interna stopa profitabilnosti veća je od diskontne stope 16
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

17. Analiza osjetljivosti
ključne varijable koje utječu na efikasnost investicijskog projekta:
investicijska ulaganja - utjecaj s obzirom na postotnu promjenu ulaganja u zemljište, bioplinsko kogeneracijsko postrojenje, operativne troškove
cijena električne energije - utjecaj s obzirom na postotnu promjenu otkupne cijene električne energije
neto sadašnja vrijednost, interna stopa profitabilnosti i jednostavan period povrata investicijskih ulaganja korišteni su kao pokazatelji efikasnosti investicijskog ulaganja - analiza je provedena za period promatranja od 2 godine investiranja i 15 godina efektuiranja investicijskog projekta 17
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

18. Rezultati analize osjetljivosti (1)18
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

19. Rezultati analize osjetljivosti (2)
neto sadašnja vrijednost - investicijski projekt je najosjetljiviji na promjenu otkupne cijene električne energije
promjena se odnosi samo na poticajnu cijenu prema Tarifnom sustavu važeću za prvih 14 godina efektuiranja (ona se korigira jednom godišnje u odnosu na porast indeksa inflacije)
interna stopa profitabilnosti i period povrata - investicijski projekt je najosjetljiviji na promjenu troškova investicijskih ulaganja
potencijalan utjecaj investitora - troškovi nabave opreme, efikasno planiranje i provedba investicijskih ulaganja 19
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

20. Rezultati analize osjetljivosti (3)20
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

21. Ekološki aspekti korištenja bioplina dobivenog iz agro-industrijskog otpada
direktno smanjenje emisije ugljikovog dioksida (CO2) koji nastaje kao produkt izgaranja fosilnog goriva
pretpostavka da se ugljen koristi za proizvodnju električne energije i topline
korištenjem bioplina za proizvodnju ekvivalentne količine električne energije ostvaruje se godišnje smanjenje od oko 1,7 kt CO2 kWh-1
korištenjem bioplina za proizvodnju ekvivalentne količine topline ostvaruje se godišnje smanjenje od oko 1,8 kt CO2 kWh-1
indirektno smanjenje emisije matana (CH4) - smanjenje količine odloženog biorazgradivog otpada
pretpostavka da se iz jedne tone biorazgradivog otpada (67% razgradivog organskog ugljika) tijekom 20 godina emitira 0,05 tona CH4
korištenjem t biorazgradivog otpada godišnje ostvaruje se smanjenje od oko 0,27 kt CH4 odnosno 5,7 kt CO2-eq 21
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

22. Zaključci
sirutka i goveđa gnojovka mogu se učinkovito razgraditi uz proizvodnju bioplina u jednostupnjevitom procesu u kotlastom reaktoru
isplativost bioplinskog postrojenja ostvaruje se korištenjem poticajne cijene za otkup električne energije
pretpostavljeno bioplinsko postrojenje isplativo je za period promatranja od 12 i 15 godina, u odnosu na neto sadašnju vrijednost, internu stopu profitabilnosti i period povrata investicijskog projekta
analiza osjetljivosti provedena je za period promatranja od 2 godine investiranja i 15 godina efektuiranja investicijskog projekta - investicijski projekt je najosjetljiviji na promjenu otkupne cijene električne energije u odnosu na neto sadašnju vrijednost te na promjenu troškova investicijskih ulaganja u odnosu na internu stopu profitabilnosti i period povrata
pozitivni ekološki učinci - direktno smanjenje emisije ugljikovog dioksida i indirektno smanjenje emisije metana 22
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša

23. Kontakt Dr. sc. Andrea Hublin, dipl.ing.
EKONERG - institut za energetiku i zaštitu okoliša
Odjel za zaštitu atmosfere i klimatske promjene
Vodeći konzultant
Koranska 5, Zagreb
tel
fax
EKONERG institut za energetiku i zaštitu okoliša