Časopis za ruralni razvoj i ekologiju - mrežno izdanje

Bioplinsko postrojenje na obiteljskom gospodarstvu

Piše: dr.sc. Branimir Hrastnik
Udruga za održiv razvoj “UZOR”

Dosadašnja praksa nekontroliranog odlaganja otpada, koji proizvodi čovjek, u prirodnoj sredini nije prihvatljiva. Dodatno čak i kontrolirano odlaganje izdvojenog organskog otpada na predodređenim odlagalištima ili njegovo spaljivanje nisu prikladan način njegovog zbrinjavanja. Održiv razvoj nameće svakom pojedincu i zajednici biološki zatvorene cikluse u kojima nema mjesta za gomilanje otpadnih tvari. Organski otpad koji se gomila na odlagalištima vrlo je neugodnog miris, trune zagađujući atmosferu stakleničkim plinovima, posebno metanom, ugljičnim dioksidom i sumporovodikom i ne vraća poljima sastojke, koje je biljni pokrivač preuzeo iz zemlje.Korištenjem umjetnih mineralnih gnojiva na poljima predviđenim za intenzivnu proizvodnju pojedinih biljnih vrsta trajno zagađujemo okoliš. Da bi smanjili korove, polja posipavamo herbicidima, a prirodnu populaciju korisnih kukaca (npr. pčela) trujemo na račun sve većeg broja štetnika, koje dodatno (nedovoljno selektivno) trujemo insekticidima. Za razliku od takve loše prakse, proizvodnjom bioplina osiguravamo usput i visoko kvalitetno organsko gnojivo, koje ne sadrži štetne sastojke, nema neugodnog mirisa, a vraća tlu ono što je biljni pokrov u sezoni vegetacije zemlji oduzeo. U sveukupnoj bilanci organskih komponenata, nedostaje još energetska bilanca. Svaki oblik poljoprivredne proizvodnje i prehrane ljudi i životinja ima biorazgradive ostatke, čija energija je u pravilu više nego dovoljna za sve toplinske, rashladne i električne potrebe tog domaćinstva. Štoviše, ukoliko sve svi prirodni resursi iskoriste na primjeren način, domaćinstvo će barem dio goriva za pogon svoje poljoprivredne mehanizacije proizvesti na vlastitom zemljištu. Toplinsku energiju kućanstvo može koristiti za grijanje zimi i cjelogodišnju pripremu sanitarne tople vode, kao i za grijanje štala, gospodarskih zgrada, staklenika i sušare. Ulaganje u bioplinsko postrojenje obiteljskom gospodarstvu osigurava ne samo energetsku neovisnost o električnoj i plinskoj mreži, nego i neovisnost od svih budućih porasta cijena na domaćem ili globalnom tržištu. Zato ulaganje u novu stočarsku farmu nikad nije jako uspješno bez ulaganja u vlastitu energetsku neovisnost.

Šira korist bioplinskih postrojenja su manje količine bio razgradivog otpada, manja ovisnost o uvoznim neobnovljivim (fosilnim) gorivima i manje emisije stakleničkih plinova. Uža društvena korist je povećano lokalno samozapošljavanje poljoprivrednog stanovništva, što povećava kupovnu moć i potiče potrošnju, što je jedan od uvjeta izlaska iz krize. Jednako tako, tu su dodatna ulaganja u domaću industriju i poduzetništvo, pa uz manji uvoz opreme, koju možemo proizvoditi sami, otvaramo radna mjesta u poljoprivrednim i ruralnim područjima. Od krupnih komponenata, svako se bioplinsko postrojenje sastoji od (1) prijemnog spremnika za tekuću gnojnicu, (1a)*opcija: Prijemni spremnik za suhi izmet, (1b)*opcija: Spremnik za silažni kukuruz, travu i brzorastuće energetsko bilje i (1c)*opcija: Spremnik za biorazgradivi otpad iz poljoprivrede i prehrambene industrije, (2) Bioreaktora (fermentera), (3) Spremnika za bioplin, (3a)*opcija: Uređaji za pročišćavanje bioplina uklanjanjem ugljičnog dioksida (oko 25% volumena bioplina) te malih primjesa sumporovodika, dušika, kisika, vodika i amonijaka, (4) Spremnika za fermentiranu masu (digestat), (5) kogeneracijskog agregata (motori, mikroturbine i gorive ćelije), i (6) ostale procesne opreme kao što su uređaji za miješanje supstrata, pumpanje, odvajanje tekućeg i krutog digestata, cjevovoda za transport supstrata, cjevovoda, kompresora, rashladnih uređaja i pumpa za plin. U slučaju kad se koristi životinjski otpad iz klaonica, ostaci hrane iz restorana i druge sirovine, nužna je, prije ulaska u bioreaktor i oprema za higijenizaciju (pasterizaciju) takve biomase na temperaturi 70°C, čime se uklanjaju opasne patogene bakterije.

Bioplinski reaktor (najčešće) radi u tzv. mezofilnom području na temperaturama 37-39°C, razgrađujući biološki supstrat, tijekom 30 dana i bez prisutnosti zraka, slijedom četiri biotehnološke faze prisustvom ogromnog broja širokog spektra bakterija. Kao rezultat dobivamo bioplin sa oko 55-68% metana, koji je inače glavni sastojak zemnog plina sa više od 98%. Kod velikih postrojenja bioplin se pročišćavanjem pretvara u punovrijedan zemni plin.To je ujedno najbolji način da Hrvatska u roku desetak godina postane neovisna o uvozu plina. Na ovo pitanje teško je jednoznačno odgovoriti. Obiteljske stočarske farme koje posjeduju više od 250 SJ (stočnih jedinica), što je ekvivalent 250 muznih krava ili 2100 tovnih svinja mogu razmišljati o ulaganju u bioplinsko postrojenje. Takvo bioplinsko postrojenje, uz dodatak kukuruzne i travnate silaže, dnevno može proizvesti oko 1.500 m3 bioplina, što je dovoljno za dnevnu proizvodnju 2600 kWeh električne energije za prodaju mreži i vlastite potrebe, ukoliko se radi o registriranom samostalnom proizvođaču električne energije na bazi bioplina. U slučaju prodaje cjelodnevno proizvedene električne energije, proizvođač ostvaruje u vremenskom razdoblju od 12 godina prihod od 13,7 mil.kn. U istom razdoblju proizvođač bi dnevno imao na raspolaganju oko 4500 kWth toplinske energije za vlastite potrebe, što bi u razdoblju od 12 godina donijelo znatne uštede na troškovima za grijanje zgrada, štala, staklenika, sušara, kao i za pripremu sanitarne tople vode na bazi zemnog plina, te hlađenja i klimatizacije na bazi ušteđene električne energije, sve u iznosu oko 7,9 mil.kn. Tome treba dodati vrijednost ekološkog gnojiva proizvedenog tijekom 12 godina, što se procjenjuje kao dodatni prihod od 1,8 mil.kn. Ulaganja u bioplinsko postrojenje i kogeneracijski agregat za proizvodnju električne i toplinske energije učinka 100 kWe kreću se na razini do 4 mil.kn pa se povrat ulaganja može očekivati u rokovima koji je kraći od 10 godina. U slučaju udruživanja nekoliko obiteljskih gospodarstava, koja zajedno imaju veće količine gnojnice, drugog poljoprivrednog otpada i brzorastućeg energetskog bilja, moguće je izgraditi od 2,5 do 5 puta veće energetsko postrojenje (npr. od 250 ili 500 kWe), gdje su specifični troškovi po kilovatu instalirane električne snage osjetno niži, što povratak ulaganja može skratiti na 6-8 godina i što znatno povećava ukupne neto prihode udruženih poljoprivrednika. Ne treba posebno objašnjavati da je tada prihod od ratarstva i stočarstva višestruko veći. Treba spomenuti da veće bioenergetsko postrojenje može dodatno i na ekonomskoj skali osigurati pročišćavanje bioplina do tehničkih specifikacija zemnog plina, čime se takav bioplin može koristiti i kao pogonsko gorivo za osobne automobile i druga motorna i poljoprivredna vozila ili se može direktno predati plinskoj mreži.

Motorna vozila na bazi bioplina iz razgradive otpadne biomase i brzorastućeg energetskog bilja, mogu prevaliti tri puta više kilometara za istu količinu biomase, utrošene na proizvodnju biodiesela i bioetanola kao pogonskih goriva. Izbor je jasan za potrošače, samo su lobiji različiti. Na kraju će, ipak, krajnji potrošač odlučivati. Ugljični dioksid i metan koriste se u kemijskoj industriji. Tako se ugljični dioksid koristi u proizvodnji polikarbonata, suhog leda ili za površinsku obradu pjeskarenjem. Ugljični dioksid potiče rast biljaka pa se koristi u stakleničkoj proizvodnji, što povećava prinose. Ukoliko se koristi ugljični dioksid iz bioplina, nužno je prethodnim pročišćavanjem bioplina ukloniti sve sumporne spojeve, koji, ako se ne uklone, u dodiru sa toplim zrakom stvaraju kiselu vlagu, koja oštećuje lisnatu masu. Digestat, koji je ostatak fermentacije, osim metana koji se oslobađa kao plin, sadrži lako topive anorganske spojeve, koji se izvrsno mogu koristiti kao gnojivo na poljoprivrednim površinama. Digestat je biološki znatno bolje gnojivo od gnojnice goveda i svinja, ako se direktno polijevaju po poljima. Digestat, u odnosu na stajsku gnojnicu, karakterizira oko 80% slabiji amonijak, koji za pola dana nestaje, pa je vrlo prihvatljiv i u blizini naselja. To smanjuje broj štetnih insekata u proljeće, a time i potrebu veće upotrebe insekticida.

Vrlo značajna osobina digestata je da u velikoj mjeri reducira klijavost korova, jer najveći dio sjemena korova već nakon 15 dana u bioreaktoru na temperaturama 37-39°C gube sposobnost klijanja, što značajno smanjuje potrebu uporabe herbicida na poljoprivrednim površinama.

Digestat, za razliku od stajske gnojnice, ne može opržiti listove biljaka, što ima kao posljedicu manju degeneraciju u ranoj fazi kulture, što povećava prinose. Digestat ima niži omjer ugljika prema kisiku (C/N) od stajske gnojnice pa većim udjelom dušika digestat osigurava znatno bolju dušikovu gnojidbu nego gnojnica koja ima veći omjer C/N pa se mikroorganizmi, koji se hrane dušikom, zadržavaju u tlu i natječu sa korijenom biljaka, što smanjuje prinose. Za razliku od stajske gnojnice, digestat znatno brže prodire u tlo i tako hrani biljku. Digestat treba čuvati i koristiti jednako kao i mineralno gnojivo.

Digestat se može koristiti i tijekom pune vegetacije na poljima. Nitrate iz digestata koji prodiru u tlo poljoprivredne kulture vrlo brzo apsorbiraju pa se to vrlo uspješno koristi za brzu dohranu biljaka, kod čega nema opasnosti od prodora u podzemne vode. Iskustvo pokazuje da digestat biljke preuzimaju ne samo preko korijena, nego i preko lišća. Tlo hranjeno digestatom je oko 10 puta bogatije kisikom, nego ono hranjeno stajskom gnojnicom, što neposredno doprinosi stvaranju humusa i povećava plodnost tla. Suprotno tome, tla koja se gnoje stajskom gnojnicom siromašne su kisikom, što ima za posljedicu da se znatne količine prisutnog dušika ne mogu iskoristiti, što smanjuje plodnost i povećava rizike zagađenja podzemnih voda dušikom. ●