1

Implementarea producerii biogazului în România1

Dr. ing. Ion Irimia ZECHERU ANRE - Bucuresti

Stadiul actual al problemei la nivel european şi naŃional

Întreaga lume se află într-un moment de răscruce în ceea ce priveşte viitorul energiei. Provocările reprezentate de schimbările climatice cauzate de emisiile antropogene de gaze cu efect de seră, provenite în principal din utilizarea energiei fosile, trebuie abordate urgenta într-o manieră eficientă. La nivelul Uniunii Europene, dependenŃa din ce în ce mai mare de combustibilii fosili si de importurile de energie, ameninŃă siguranŃa în aprovizionare şi implică preŃuri ridicate, UE vazandu-se obligată să aplice cât mai urgent o politică ambiŃioasă şi cuprinzătoare în domeniul energiei .

Creşterea surselor regenerabile de energie: Estimări până în 2020 privind electricitatea

(Sursa: COM(2006)848 final Energiile regenerabile în secolul XXI: construirea unui viitor mai durabil)

Legendă: Wind offshore = ForŃă eoliană în larg Wind onshore = ForŃă eoliană pe uscat Tide and wave = Energie maree şi valuri Solar thermal electricity = Electricitate termică solară Photovoltaics = Energie fotovoltaică Hydro large-scale = Hidrocentrale de mare capacitate Hydro small-scale = Hidrocentrale de mică capacitate Geothermal electricity = Electricitate geotermală Biowaste =Deşeuri biologice Solid biomass = Biomasă solidă Biogas = Biogaz

Fig.1 În cadrul acestei politici, sectorul energiei regenerabile se remarcă prin capacitatea sa de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră şi poluarea, de a exploata sursele de energie locale şi descentralizate şi de a stimula industriile de înaltă tehnologie la nivel mondial.

1 Monitorul de petrol si gaze, nr. 11/ 2009, Asociatia”Societatea inginerilor de petrol si gaze”, Romania

2

Sursele de energie regenerabile sunt în mare măsură indigene, nu se bazează pe disponibilitatea în viitor a surselor convenŃionale de energie, iar natura lor predominant descentralizată face ca economiile noastre să fie mai puŃin vulnerabile în faŃa alimentării cu energie volatilă. SiguranŃa aprovizionării reprezintă deci, pe lângă protecŃia climei si dezvoltarea inovării si a economiei. DIRECTIVA 2003/55/CE A PARLAMENTULUI EUROPEAN ŞI A CONSILIULUI din 26 iunie 2003 privind normele comune pentru piaŃa internă în sectorul gazelor naturale stabileşte la: Art. 1 (2) Normele stabilite de prezenta directivă pentru gaze naturale, inclusiv gaze naturale lichefiate (GNL), se aplică şi biogazului şi gazului obŃinut din biomasă sau altor tipuri de gaze, în măsura în care este posibil din punct de vedere tehnic ca acestea să fie injectate şi transportate în deplină siguranŃă prin reŃeaua de gaze naturale.

Creşterea energiilor regenerabile: Estimări până în 2020 privind încălzirea şi răcirea

(Sursa: COM(2006)848 final Energiile regenerabile în secolul XXI: construirea unui viitor mai durabil)

Legendă:

Solar thermal heat = Căldură termică solară Geothermal – heat pumps = Energie geotermală – pompe de încălzire Geothermal – non heat pumps = Energie geotermală – exceptând pompele de încălzire Biomass heat= Căldură produsă pe bază de biomasă

Fig. 2 Biogazul este termenul folosit pentru amestecul de gaze (metan, hidrogen, bioxid de carbon etc) de origine biogenă care iau naştere prin procesele de fermentaŃie a diferite substanŃe organice şi care reprezintă prin ardere o sursă energetică (energia biogenă). Conform HG 1429/ 2004 art.4 e) Biogazul reprezintă combustibilul gazos obŃinut prin fermentare din biomasă (în sensul art.15(1) şi Anexa nr.4), ceea ce înseamnă o adaptare la condiŃiile concrete de producere din România. Biogazul este un amestec de gaze combustibile care se formează prin descompunerea substanŃelor organice în mediu umed, lipsit de oxigen.

3

Componentul de bază a biogazului este metanul. Primele descrieri a biogazului sunt făcute de Volta la sfârşitul secolului al XVII-lea. Volta a extras pentru prima dată metanul din gazele de mlaştină.

Metanul este componenta care confera valoare energetica biogazului. In stare pura metanul este un gaz combustibil lipsit de culoare, miros sau gust, mai usor decat aerul, arde cu o flacara albastruie si are o putere calorica de 37 MJ/ml, putin mai ridicata decat a motorinei.

Biogazul comparativ cu metanul pur are o putere calorica de 25 MJ/ml, din cauza dioxidului de carbon care este in amestec.

Metanul nu se lichefiază la temperatura mediului ambiant (-20°C...+40°C); se păstrează la presiuni scăzute în containere cu volum mare sau la presiuni ridicate în recipiente mici. De exemplu, o butelie de 0,1 ml la presiunea de 200 barili conŃine 28 ml de metan, cu care un tractor poate funcŃiona 8 ore.

Schema unui sistem complex de producere a biogazului este prezentată în fig. 3.

Fig. 3 (Sursa: EcoApaSol)

DIRECTIVA 2009/28/CE A PARLAMENTULUI EUROPEAN ŞI A CONSILIULUI din 23 aprilie 2009 privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile, de modificare şi ulterior de abrogare a Directivelor 2001/77/CE şi 2003/30/CE defineşte la Art.2 e) că: biomasă înseamnă fracŃiunea biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor de origine biologică din agricultură (inclusiv substanŃe vegetale

4

şi animale), silvicultură şi industriile conexe, inclusiv pescuitul şi acvacultura, precum şi fracŃiunea biodegradabilă a deşeurilor industriale şi municipale. DefiniŃia este preluată din documentul AsociaŃiei europene MARCOGAZ. Biomasa reprezintă componentul vegetal al naturii. Ca formă de păstrare a energiei Soarelui în formă chimică, biomasa este unul din cele mai populare şi universale resurse de pe Pământ. Ea asigură nu doar hrana, ci şi energie, materiale de construcŃie, hârtie, Ńesături, medicamente şi substanŃe chimice. Biomasa este utilizată în scopuri energetice de la descoperirea focului. Combustibilul obŃinut din biomasă poate fi utilizat în diferite scopuri – de la încălzirea încăperilor până la producerea energiei electrice şi a biometanului pentru industrie şi vehicule. Conform Directivei 2009/28/CE Anexa III-conŃinutul de energie pentru biogaz (gaz combustibil produs din biomasă şi/ sau din fracŃia biodegradabilă a deşeurilor, care se poate purifica pentru a obŃine calitatea gazelor naturale, în vederea utilizării ca biocarburant sau gaz de lemn) utilizat în transporturi este 50MJ/kg. Referitor la biogaz, în Anexa V Reguli pentru calcularea impactului asupra formării gazelor cu efect de seră pentru biocarburanŃi, biolichide şi omologii lor combustibili fosili sunt date în Tabelul 1 Valorile tipice şi implicite pentru biogazul produs din diverse sorturi de biomasă, iar în Tabelul 2 PotenŃialul de biomasă prognozat până ăn 2030 la nivelul EU 27:

Tabelul 1 Valori tipice şi implicite pentru combustibilii produşi fără emisii nete de carbon

rezultate în urma schimbării utilizării terenului

Filiera de producere a biocombustibilului Reduceri de emisii tipice de GHG

Reduceri de emisii implicite de GHG

Biogaz din deşeuri urbane organice, sub formă de gaz natural comprimat 80 % 73 %

Biogaz din gunoi de grajd umed, sub formă de gaz natural comprimat 84 % 81 %

Biogaz din gunoi de grajd uscat, sub formă de gaz natural comprimat

86 % 82 %

Valori detaliate de emisii totale pentru cultură, prelucrare, transport şi distribuŃie

Filiera de producere a biocombustibilului Emisii tipice de GHG

(gCOe echiv/MJ) Emisii implicite de GHG

(gCOe echiv/MJ) Biogaz din deşeuri urbane organice, sub

formă de gaz natural comprimat 17 23

Biogaz din gunoi de grajd umed, sub formă de gaz natural comprimat

13 16

Biogaz din gunoi de grajd uscat, sub formă de gaz natural comprimat 12 15

- valoare tipică desemnează o estimare a reducerii reprezentative a emisiilor de gaze cu efect de seră pentru o anumită filieră de producŃie a biocarburanŃilor; - valoare implicită înseamnă o valoare derivată dintr-o valoare tipică prin aplicarea unor factori predeterminaŃi şi care poate, în anumite condiŃii specificate de prezenta directivă, să fie utilizată în locul unei valori efective. În condiŃiile mediului topogeografic existent, se apreciază că România are un potenŃial energetic ridicat de biomasă, evaluat la circa 7.597 mii tep(tone echivalent petrol)/ an (318x109 MJ/ an), ceea ce ar reprezenta cca 19% din consumul total de resurse primare, împǎrŃit pe urmǎtoarele categorii:

5

- reziduuri din exploatǎri forestiere şi lemn de foc [1175mii tep(49,8x109MJ/ an)]; - deşeuri de lemn - rumegus si alte resturi de lemn [487 mii tep (20,4x109 MJ/ an)]; - deşeuri agricole rezultate din cereale, tulpini de porumb, resturi vegetale de viŃǎ de vie s.a. [4,799 mii tep) (200,9x109 MJ/ an)]; - biogaz [588 mii tep) (24,6x109 MJ/ an)]; - deşeuri şi reziduuri menajere urbane [545 mii tep)(22,8x109MJ/ an)].

TTaabbeelluull 22.. PPootteennŃŃiiaalluull ddee bbiioommaassăă iinn UUEE ((eenneerrggiiee ddiinn rreessuurrssee pprriimmaarree))

Tipul resursei Consum biomasă

2003 (Mt)

PotenŃial 2010 (Mt)

PotenŃial 2020 (Mt)

PotenŃial 2030 (Mt)

Lemn direct din pădure (din toaletarea

pădurilor şi reziduuri) 43 39 – 45 39 – 72

Deşeuri organice, reziduri lemnoase

industriale, agricole, reziduri din procesarea

alimentelor, bălegar

67

100 100 102

Culturi energetice din agricultură 2 43 - 46 76 - 94 102 – 142

TOTAL 69 186 - 189 215 - 239 243 - 316 În cadrul proiectului “Biogas for Eastern Europe„ în “Raportul privind barierele pentru implementarea biogazului în Romania„ nu sunt prezentate soluŃii concrete referitoare la barierele de piaŃă, financiare, economice, sociale şi legal administrative, accentuându-se gradul de birocraŃie excesiv. Cu referinŃă la COM(1997)599 Energie pentru viitor: surse energetice regenerabile, la capitolul privind detalierea SRE-E 2006 (Raport Ecofys et al. exclusiv hidroenergia), România este zero la energia din biomasă şi biogaz (emoticonul înseamnă: schimbare ≤ 0), rezumatul progreselor statelor membre în dezvoltarea energiei regenerabile fiind prezentat în Tabelul 3. Aspecte tehnologice privind producerea şi tratamentul biogazului

Clasificarea fractiunilor biodegradabile (Tabelul 4) permite distingerea în interiorul fracŃiunii solubile a unei părŃi biodegradabile rapid (circa 20% din SSV) şi a uneia mai uşor biodegradabilă şi în interiorul părŃii suspendate a unei părŃi uşor hidrolizabile şi a uneia mai lent hidrolizabile.

AgenŃii fermentării anaerobe ai celulozei la temperaturi mezofile (20 - 45° ) au fost cercetaŃi de Söhngen, Hoppe-Seyler si Omelanski. Ultimul a stabilit în 1899 că la acest proces participă 2 specii de bacterii. Printre produşii de fermentaŃie ai celulozei o specie de bacterii formează cantităŃi importante de metan - Bacillus cellulosae methanicus, iar cealaltă, cantităŃi importante de hidrogen - Bacillus cellulosae hydrogenicus. Ulterior aceste specii au fost reunite sub denumirea comună de Methanobacterium omelianski. Până la al II-lea război mondial fermentarea anaerobă controlată s-a extins aproape în exclusivitate în staŃiile de epurare ale oraşelor mari din Europa si America. Producerea şi folosirea biogazului a fost neglijată, majoritatea staŃiilor nefiind dotate cu sisteme de captare.

6

Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezenŃa oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).

Tabelul 3

Formele de valorificare energetică a biomasei sunt:

a. arderea directă cu generare de energie termică; b. arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2); c. fermentarea anaerobă, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-

CH2-OH)- în cazul fermentării produşilor zaharaŃi; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă;

d. transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool şi

7

generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) şi glicerol; e. degradarea enzimatică a biomasei cu obŃinere de etanol sau biodiesel.

Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivaŃi glucidici, care pot fi ulterior fermentaŃi în etanol.

Tabelul 4. Clasificarea fracŃiunilor biodegradabile

Estimarea cantităŃilor de biogaz productibile prin fermentare anaerobă plecând de la diferite materiale reziduale organice

Tipul de material ConŃinut de

subst. uscată (%)

Subst. organică (% subst.uscata)

Randament de biogaz

m3 / t subst. organică

CRESCĂTORII

DejecŃii lichide bovine 6-11 68-85 200-260

DejecŃii solide bovine 11-25 65-85 200-300

DejecŃii lichide porcine 2.5-9.7 60-85 260-450

DejecŃii solide porcine 20-25 75-90 450

DejecŃii lichide păsări 10-29 75-77 200-400

DejecŃii solide păsări 32.0-32.5 70-80 400

DejecŃii solide ovine 25-30 80 240-500

DejecŃii solide cabaline 28 75 200-400

AGRICULTURĂ

Siloz de porumb 34 86 350-390

Siloz de ierburi 26-82 67-98 300-500

Fân 86-93 83-93 500

Trifoi 20 80 300-500

Paie 85-90 85-89 180-600

Coceni de porumb 86 72 300-700

AGRO-INDUSTRIE

Rebuturi distilaŃie mere 2.0-3.7 94-95 330

Melasă 80 95 300

Zer 4.3-6.5 80-92 330

Rebuturi vegetale 5-20 76-90 350 Sursa:COM(2009)192final: Raport intermediar privind energiile regenerabile; Biomasa reprezintă materiale vegetale reziduale, celuloza fiind principalul component a materiei organice utilizate la formarea biogazului. ConŃinutul celulozei în materia organică este de circa 50%. Printre alte componente se menŃionează plantele acvatice, algele, resturile animaliere etc. Procedee de recuperare a energiei din reziduurile organice agricole:

1. Fermentarea anaerobă la temperatura mediului ambiant; 2. Fermentarea anaerobă la temperaturi ridicate; 3. Descompunere anaerobă termofilă; 4. Distilarea distinctivă; 5. Compostarea; 6. Incinerarea; 7. Transferul de căldură.

8

Biogazul necesită a fi purificat înainte de utilizare. De obicei este trecut prin separatoare speciale, unde metanul este separat de restul gazelor. Utilizarea biogazului brut (preseparat) poate duce la intoxicare, deoarece restul gazelor sunt gaze toxice. Dintre componentele chimice ale materiei organice, gradele cele mai ridicate de conversiune în biogaz au celulozele, hemicelulozele şi grăsimile. Fermentarea anaerobă sau digestia anaeroba este un proces biologic complex, prin intermediul căruia, în absenta oxigenului, substanŃa organică este transformată în biogaz (sau gaz biologic), constituit în principal din metan şi anhidridă carbonică. Procentul de metan din biogaz variază de la 50% până la 80% în funcŃie de tipul de substanŃă organică digerată şi de condiŃiile de proces. Ca procesul să aibă loc, este necesară acŃiunea diferitelor grupuri de microorganisme, în măsura să transforme substanŃa organică în compuşi intermediari, în principal acid acetic, anhidridă carbonică şi hidrogen, utilizabile de microorganismele metanigene care conclud procesul , producând metanul. In faza metanogena actioneaza bacteriile metanogene anaerobe specializate in producerea de metan. In acesta se mai gasesc si urme de hidrogen, hidrogen sulfurat, mercaptani, vapori de apa, amoniac, azot, indol si scatol. Materia organică moartă înmagazinează energie solară convertită în energie chimică, în componentele fotosintetizate de plantele din care a provenit. O cantitate apreciabilă din energia solară acumulată de plante este stocată în celuloză. Celuloza este principala componentă a materiei organice din care rezultă metan prin bioconversie. ConŃinutul în celuloză, raportat la substanŃa uscată, este de 35-50% în produsele secundare din agricultură. CantităŃi mai mari de celuloză se găsesc în gunoaiele provenite de la animalele crescute pe aşternut din paie. Alte surse de biomasă, care pot fi convertite în biogaz, sunt reprezentate de biomasele foarte hidratate. Într-o clasificare a biomaselor, în raport cu problemele de energie, cercetătorii au inclus în grupa biomaselor foarte hidratate, plantele acvatice şi algele. Acestea au un conŃinut în apă în jur de 95%. Caracteristic pentru culturile energetice foarte hidratate este capacitatea extrem de mare de a-şi multiplica biomasa, într-un timp relativ scurt, ceea ce creează o disponibilitate de materie organică ce poate fi folosita în filiera de metanizare. Dintre plantele acvatice, cea mai cunoscută este zambila de apă (Eichhornia crassipes) care creşte spontan în lacurile din Ńinuturile tropicale din Africa si America de Sud. Alte asemenea plante sunt: pistia, azola, iarba de mare, alga brună şi laminaria care cresc cu cca 5 cm/ zi. Microorganismele anaerobe prezintă o viteză scăzută de creştere şi o viteză mică de reacŃie şi deci e necesar să se menŃină în condiŃii optime mediul de reacŃie. Cu toate aceste scurtări, timpii de proces sunt relativ lungi dacă se compară cu cei ale altor procese biologice; totuşi avantajul procesului este că materia organică complexă este transformată în metan şi anhidride carbonice şi astfel duce la producŃia finală a unei surse alternative de energie, sub forma de gaz combustibil de o înaltă putere calorifică. Ambientul de reacŃie, definit de obicei în digestor(sau reactor anaerob), pentru a permite creşterea simultană a tuturor microorganismelor implicate, va trebui să rezulte dintr-un compromis între exigenŃele fiecăror grupuri microbice. Ph-ul optim, de exemplu, este în jur de 7-7, 5. Temperatura optimă a procesului este în jur de 35 grade C dacă se utilizează bacterii mezofile sau de 550C dacă de utilizează bacterii termofile. La proces participă următoarele grupuri de bacterii:

• bacterii hidrolitice, care descompun macromoleculele biodegradabile în substanŃe mai simple;

9

• bacterii acidogene, care utilizează ca substrat compuşii organici simpli eliberaŃi de bacteriile hidrolitice şi produc acizi organici cu lanŃ scurt, care la rândul lor reprezintă substratul pentru grupurile următoare de bacterii;

• bacterii acetogene, producătoare obligate de hidrogen (OPHA: Obbligate Hydrogen Producing Acetogens), care utilizează ca substrat produsele din bacterii acidogene dând naştere la acetat, hidrogen şi anhidride carbonice;

• bacterii omoacetogene care sintetizează acetat plecând de la anhidride carbonice şi hidrogen;

• bacterii metanigene, diferenŃiate în două grupe: a) cele care produc metan şi anhidride carbonice din acid acetic, numite acetoclastici; b) cele care produc metan plecând de la anhidride carbonice şi hidrogen, numite hidrogenotrofe.

În timp ce metanul este eliberat aproape complet în faza de gaz dată fiind solubilitate sa scăzută în apă, anhidrida carbonică participă la echilibrul carbonaŃilor prezenŃi în biomasa în reacŃie. InteracŃiunile între diferitele specii de bacterii sunt foarte strânse şi produsele metabolismului anumitor specii pot fi utilizate de alte specii ca substrat sau ca factori de creştere. Fermentarea/ digestia anaerobă folosită pentru producerea şi captarea biogazului, este un proces dirijat de descompunere a materiei organice umede, în condiŃii controlate de mediu, în absenŃa oxigenului molecular şi a luminii , conform reacŃiei tipice:

În aceasta fază actionează microorganisme fermentative nespecializate, cu capacitate de producere de acizi organici. Acestea sunt bacterii celulozice, lactice, acetice, sulfat-reducatoareşi denitrificatoare etc, precum şi numeroase specii de ciuperci şi unele drojdii. În faza următoare, numită metanogeneză, acŃionează bacteriile metanogene anaerobe specializate în producerea de metan. Majoritatea metanobacteriilor folosesc ca substrat numai hidrogenul şi bioxidul de carbon. Metanul se formează prin reducerea bioxidului de carbon şi oxidarea hidrogenului gazos de către metano-bacteriile care folosesc hidrogen. ReacŃia procesului se poate scrie: CO2 + 4H2O --> CH4 + 2H2O + Q(energie) Energia eliminată în urma procesului este mică şi se utilizează la întreŃinerea procesului de bază, care are o productivitate mai mare la temperaturi în jur de 40°C, ceea ce permite pe timp de iarnă realizarea procesului de fermentare (fig. 4) fără energie termică din exterior (nu necesită instalaŃii suplimentare). Pe lângă metan se mai elimină hidrogen, hidrogen sulfurat, vapori de apă, amoniac, azot, indol şi scatol.

Reducerea mirosului tipic al nămolului din fermentaŃie este rezultatul separării fenolului, p-cresolului, 4-etilfenolului, indolului, scatoului şi a acizilor volatili graşi; perioada otimă de reducere prin aerisire/ oxigenare este de 15 – 18 zile.

10

Fig. 4 Stabilirea ritmului de reacŃiei în funcŃie de minimul necesar de biogaz

(Sursa: Buletinul AGIR - 1/ 2007)

În biogaz sunt prezente mici cantităŃi de anumiŃi compuşi care, din cauza proprietăŃilor lor oxidante sau de incombustibilitate, trebuie să fie eliminate pentru a favoriza un bun proces de ardere prin următoarele tehnici: :

• Filtrarea cu filtre de nisip sau pietriş, necesară pentru a elimina solidele în suspensie care sunt în mod esenŃial material organic, grăsimile şi eventualele spume înainte de aspirarea compresoarelor de recirculare sau a compresoarelor auxiliare ale cazanului sau ale motoarelor cu gaz;

• Deumidificarea, temperatura biogazului la ieşirea din digestor este de cel puŃin 35º C cu un grad de umiditate ridicat care conduce la condensare vaporii de apă prezenŃi, pentru care se dispun de-a lungul tubulaturilor puŃuri de colectare a apei condensate. Petru a evita formarea condensatului în camera de ardere (combustie) trebuie să se elimine în mod drastic umiditatea, utilizând de exemplu un utilaj de condensare compus dintr-un frigorifer cu expansiune directă, un schimbător cu legătură tubulară apă / biogaz şi un filtru cu coalescenŃă unde sunt condensaŃi vaporii care vin apoi extraşi prin descărcare automată sau manuală;

• Desulfurarea necesară pentru abaterea compuşilor pe bază de sulf se poate desfăsura prin filtre chimice reumplute cu oxizi de fier care provoacă precipitarea compuşilor şi astfel, extracŃia lor; prin turnurile de spălare care spală gazul în contracurent printr-un flux de apă şi oxid de fier sau prin desulfurarea biologică emitând direct în digestor un procentaj de aer de aproximativ 5-10% din gaz, pentru a permite o reactie de precipitare biologică a sulfului.

Schema unui sistem de purificare a biogazului în vederea producerii de biometan este prezentată în fig. 5. PotenŃialul de biogaz al unui oraş cu cca 2-3 milioane de locuitori este în jur de 25 milioane m3, care după tratare şi purificare se transformă în 10-15 milioane m3 de BIOMETAN de înaltă calitate. Biometanul astfel tratat şi purificat poate fi injectat in reŃeaua de distribuŃie a oraşelor, cu avantajele ce decurg din modul ecologic de producere. Biogazul poate fi utilizat in doua activităŃi cu eficienŃă energetică prezentată în

Tabelul 5: a) pentru producere de caldură; b) pentru cogenerare de energie electrică şi caldură.

Arderea pentru producerea de caldură: se utilizează instalaŃii cu tehnologii simple; este suficient un generator simplu de caldură pe gaz constituit dintr-un arzător, în care sunt din belşug combustibil şi comburant şi iese energia termică sub formă de flacara şi din schimbătorul de caldură, în care produşii arderii cedează căldura produsă printr-un fluid termovector. Biogazul este tratat ca gazul metan, în

11

timp ce sunt realizate diferite modificări ale arzătorului pentru introducerea de gaz, amestecul combustibilului cu comburantul şi utilizarea de materiale mai rezistente la coroziune pentru schimbătorul de căldură şi arzătorul însuşi.

Fig. 5 Sistem de purificare a biogazului

Cogenerarea pentru producerea simultană de energie electrică şi caldură: reprezintă producerea simultană de căldură şi energie mecanică imediat transformată în energie electrică (această metoda este un sistem unic integrat de energie totală), plecând de la aceeaşi energie primară. Sistemul de producere de energie permite o substanŃiala economisire energetică faŃă de cazul producerii separate ale aceloraşi cantităŃi de căldură de energie electrică/ mecanică ; se poate ajunge de fapt la a depăşi 90% din randament . Tabelul 5. EficienŃa energetică a instalaŃiilor de biogaz (Sursa: Rota Guido Italia)

12

SituaŃia instalaŃiilor de producere a biogazului în UE În Ńările Uniunii Europene digestia anaerobe este utilizată în sectorul stabilizării nămolurilor de epurare şi în prezent se estimează aproximativ 2.000 de digestoare operative, circa 400 instalaŃii care produc biogaz tratând apele reziduale industriale de înaltă încărcătură organică, 500 instalaŃii care recuperează biogaz din deşeurile organice urbane şi în jur de 2.500 de digestoare anaerobice operante pe dejecŃii zootehnice, în special în Germania (circa 2.000), urmată de Danemarca, Austria, Italia şi Suedia. În ultimii ani a crescut şi utilizarea digestiei anaerobice în tratamentul fracŃiunii organice adunată în mod diferenŃiat din deşeurile urbane, în amestec cu reziduurile industriale şi cu dejecŃiile zootehnice. În Danemarca funcŃionează 25 de instalaŃii centralizate de codigestie care tratează anual circa 1 milion de tone de deşeuri organice industriale şi deseuri urbane. Referitor la ajutoarele şi subvenŃiile pentru realizarea de instalaŃii de biogaz, în Ńările UE 27 situaŃia se prezintă astfel:

- Luxemburg are alocată o subvenŃie de 60% din costul investiŃiei şi este posibil să se câstige până la 0,10 € / kWh pentru energia vandută;

- Belgia nu are alocată nici o subvenŃie pentru construcŃie, dar se pleacă de la un câstig de bază pentru vânzarea de energie electrică de 0,07 € / kWh, la care se adaugă un bonus de 0.05 € / kWh termic cedat pentru încălzire, atingând un câştig maxim total pe energie vândută de 0,12 € / kWh;

- În FranŃa energia introdusă în reŃea este retribuită cu doar 0,05 € / kWh, ceea ce explică slabul interes al sectorului agricol;

- În Olanda momentan energia introdusă în reŃea are o valoare de 0,08 €/ kWh, dar norma care trebuie să intre în vigoare în decursul acestui an prevede stimulente similare cu cele germane;

- În Germania, tara europeană în care digestia anaerobă a avut cel mai mare impuls datorită subvenŃiilor, se pleacă de la un minim de 25% din costul investiŃiei şi preŃuri pentru energia electrică din biogaz, garantate pe o perioada de 20 de ani după nivelul de încărcare specific. Conform Actului din 2005 referitor la sursele regenerabile de energie, în funcŃie de capacitatea instalaŃiei de producere a energiei electrice se acordă şi bonusurile din Tabelul 6:

Tabelul 6 Capacitatea instalaŃie

(kW) Compensare

(cent/ kWhel) Bonus pentru energia exteriorizată (cent/

kWhel) 150 11,33 6,0

150 – 500 9,75 6,0 500 - 5000 8,77 4,0

Se acordă suplimentar: Bonus de 2 cent/kWhel de energie termică utilizată; Bonus pentru tehnologie aplicată (digestie anaerobă) 2 cent/ kWhel

AplicaŃii practice internaŃionale

Recent, firma AGIMUS GmbH (S.A.) din Braunschweig, Germania, cu profil de consulting în domeniul protecŃiei mediului, a primit aprobarea şi finantarea pentru un proiect european de tipul „Specific Support Action" în domeniul energiei regenerabile. Firma germană va coordona un proiect în care-şi vor desfaşura

13

activitatea şi un consorŃiu româno-german. FinanŃarea proiectului se face din fondurile „Programul 6 pentru proiecte de cercetare al ComunităŃii Europene" ale CE. Concernul Rolls-Royce şi Compania Virgin Atlantic s-au angajat sa echipeze un Boeing 747 in primul avion cu biogaz din lume, fiind prevazuta transformarea unuia dintre cele patru motoare ale avionului astfel incat sa poata folosi biogaz in loc de kerosen, care la sfârşitul anului 2008 a efectuat un zbor de probă fără pasageri. În acelasi timp, Compania Air New Zealand a comandat firmei Boeing un avion care va avea numai biogaz în rezervoare, dar a Ńinut să precizeze că primul zbor va fi efectuat fără pasageri. Tările UE în care biogazul se utilizează pentru transport sunt prezentate în fig. 6.

Fig. 6

În România, prima instalaŃie pentru producere a biogazului în colaborare cu o firmă austriacă, care produce 17 MW energie termică şi 5 MW energie electrică, a inceput să functioneze din luna mai 2009 la RădăuŃi. Costul investiŃiei s-a ridicat la 20 milioane Euro.

Propuneri de utilizare posibilă a biogazului nepurificat şi adaptări legislative naŃionale Având în vedere prevederile Directivei CE 2009/ 28/ CE, cu referire şi la Tabelul 1 din informare, biogazul obşinut din cantităŃi mai mari de 10 tone/an biomasă în greutate proaspătă, cu un randament de cel puŃin 200 m3biogaz/ t substanŃă organică (biogaz produs prin digestie anaerobă doar din deşeuri de lemn, deşeuri celulozice de natură vegetală, deşeuri alimentare, şi organice, dejecŃii şi bălegar), cu luarea în considerare a refrişării sursei, deoarece cel mai scurt ciclu, în digestere performante durează între 18 – 22 zile (fig. 4) se propune următoarele utilizări imediate posibile:

a. drept combustibil comprimat pentru vehicule de transport urban, microbuze şcolare,

14

locomotive de tren pe rute secundare sau de interes turistic apropiate de instalaŃiile de digestie;

b. drept combustibil comprimat pentru automobile, în prima etapă cumpărate de autorităŃile locale pentru uz propriu, pentru taximetre şi/ sau închiriate populaŃiei zonale;

c. combustibil utilizat direct pentru uz casnic, în centrale termice de instituŃii locale, de învăŃământ, grădiniŃe, spitale, dar fără a se pierde din vedere alimentarea şi din altă sursă de combustibil, cel puŃin în perioada de pionierat;

d. utilizare directă în instalaŃii de cogenerare cu putere până la 5MW; e. combustiobil uşor comprimat până la 0,3MPa în instalaŃii de ardere pentru

uscare de cereale, deshidratare legume-fructe, instalaŃii de stârpire a dăunătorilor din agricultură;

f. combustibil comprimat pentru tractoare şi maşini agricole; g. combustibil comprimat pentru nave mici, bărci pescăreşti şi de agrement; h. introducere în reŃeaua de distribuŃie cu GN din localităŃi mici, condiŃionat de

respectarea cerinŃelor din anexele Directivei 2009/ 28/ CE şi de uscare, având în vedere că nu se mai odorizează. Pot exista şi alte aplicaŃii, dar acestea sunt legate în principal de gradul de educaŃie a populaŃiei, care trebuie să înŃeleagă importanŃa reducerii GHG, în acest sens elaborându-se: - documente legislative care sa asigure, pentru început, bonificaŃii şi chiar reduceri de taxe şi accize corespunzător energiei astfel obŃinute; - decizii ale instituŃiilor administraŃiei publice locale –prefecturi, primării- privind unele bonusuri şi sau reduceri în ceea ce priveşte colectarea selectivă a surselor de biomasă şi a gunoaieloe menajere în funcŃie de tipul acestora: materii organice-gunoi, hârtie, sticlă, metal etc, însoŃite de sancŃiuni, aşa cum se practică în Ńările din UE, colectarea selectivă fiind o obligaŃie a fiecărui cetăŃean european; - măsuri prin mass media pentru educaŃia în vederea promovarii producerii biogazului; - adapteze unei serii de cursuri din domeniul ecologic de către instituŃiile abilitate, şcoli, universităŃi pentru instruirea în domeniul proiectării şi realizării instalaŃiilor de producere a biogazului; - scutirea de taxe şi accize a biogazului utilizat drept combustibil comprimat pentru orice vehicul utilizat în agricultură, acest fapt conducând la stimularea înfiinâării de instalaŃii în mediul agricol; - scutirea de taxe şi accize a biogazului utilizat drept combustibil comprimat pentru orice autovehicul de transport şcolar şi în zonele turistice - scutirea de taxe şi accize a biogazului utilizat drept combustibil pentru utilizare în spitale, şcoli, cămine şi grădiniŃe de copii, unităŃi de cult, cămine de bătrâni; - stimularea acŃiunilor de promovare a activităŃii de construcŃie a unor instalaŃii de producere a biogazului prin reducerea documentelor birocratice şi acordarea de certificate verzi agenŃilor economici care includ această activitate, numai după finalizare, în statutul societăŃii.