Motor na bioplyn. Využitie bioplynu

Skúsenosti s prevádzkou plynových piestových jednotiek s využitím bioplynu

1. Úvod

Výzvou modernej energetiky je zabezpečiť spoľahlivé a dlhodobé dodávky energie pri zachovaní zdrojov fosílnych palív a ich ochrane životné prostredie. Vyžaduje si to ekonomický prístup k využívaniu existujúcich energetických zdrojov a prechod na obnoviteľné zdroje. Štúdia Európskej komisie dokázala, že je to možné.

Štúdia brala do úvahy len technológie dostupné na dnešnom trhu a predpokladala, že životná úroveň v európskych krajinách sa vyrovná. Do roku 2050 sa teda spotrebuje 90 % energie európske krajiny, možno dobre vyrobiť pomocou obnoviteľných zdrojov energie (obr. 1). Cena elektriny sa zároveň zdvojnásobí, no zároveň sa spotreba energie zníži o polovicu. Takmer tretina energie sa bude vyrábať z biomasy.

Obrázok 1 - Spotreba energie v Európe (štúdia Európskej komisie)

Biomasa je všeobecný pojem pre organické produkty a odpad (močovina, zvyšky obilia, olejniny a cukrové plodiny), priemyselný a domáci odpad, drevo, odpad Potravinársky priemysel Suchá biomasa môže byť okamžite použitá ako palivo, v iných prípadoch môže byť premenená na bioplyn „fermentáciou“, splyňovaním alebo odparovaním (obr. 2).

Obrázok 2 - Využitie biomasy

2. Výroba bioplynu

Bioplyn v prírode vzniká pri rozklade organických zlúčenín v anaeróbnych podmienkach, napríklad v močiaroch, na brehoch nádrží a v tráviacom trakte niektorých živočíchov. Fyzika prírodných procesov nám teda ukazuje spôsoby získavania bioplynu.

Priemyselná výroba si vyžaduje vývoj komplexnej technológie, ktorá zahŕňa komponenty ako zásobník biomasy, bioplynový reaktor (fermentor), v ktorom prebieha fermentácia a bioplynová nádrž so systémom čistenia (obr. 3).

Obrázok 3 - Výroba elektrická energia pri využívaní bioplynu

Takmer všetka organická hmota sa rozloží fermentáciou. V anaeróbnych podmienkach sa mikroorganizmy zapojené do procesu fermentácie alebo rozkladu prispôsobujú pôvodnému substrátu. Vzhľadom na to, že fermentácia prebieha vo vlhkom prostredí, biosubstrát by mal obsahovať približne 50 % vody. K biologickému rozkladu dochádza pri teplotách medzi 35 °C a 40 °C. Počas anaeróbnej fermentácie dochádza k viacstupňovému procesu, ktorý premieňa organické látky zo zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou na zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré je možné rozpustiť vo vode. V jednom štádiu sa rozpustené látky rozložia za vzniku organických kyselín, nízkopriepustného alkoholu, vodíka, amoniaku, sírovodíka a oxidu uhličitého. Na druhej strane baktérie premieňajú látky na kyselinu octovú a mravčiu a procesom metanogenézy ich rozkladajú a vytvárajú metán.

4 HCOO H → CH4 + 3 CO2 + 2 H20

Zároveň sa vodíkom znižuje obsah CO 2, čo vedie k tvorbe metánu.

C02 + 4 H2 -> CH4 + 2 H20

Kvapalný hnoj sa často používa ako surovina na výrobu bioplynu. Na zvýšenie výťažnosti plynu sa môžu pridávať takzvané koenzýmy, vďaka ktorým dochádza k homogenizácii produkcie bioplynu, ktorého objem závisí od použitého substrátu (tab. 1).

Tabuľka 1 - Výťažnosť bioplynu pre rôzne druhy biomasy

3. Kvalita bioplynu a jeho príprava na použitie

Kvalita bioplynu a príprava vykurovacieho plynu nezávisí od použitej suroviny ani od rýchlosti procesu. V tabuľke. 2 je znázornené porovnanie zloženia rôznych druhov plynu.

Tabuľka 2 - Približné porovnávacie zloženie palivových plynov

Keďže bioplyn obsahuje škodlivé zložky ako síra, amoniak a niekedy aj kremík, ako aj ich zlúčeniny, možnosti jeho využitia sú obmedzené. Tieto komponenty môžu spôsobiť opotrebovanie a koróziu motora. vnútorné spaľovanie preto by ich obsah v plyne nemal prekročiť normy stanovené MWM. Okrem toho sa výfukové plyny nedajú ochladiť na teplotu pod 140...150 °C, inak sa vo výmenníkoch tepla a v spodnej časti systému kanálov výfukových plynov bude hromadiť kyslý kondenzát.

Existuje niekoľko spôsobov, ako odstrániť síru z vykurovacieho plynu. Pri biologickom čistení sa do plynovej zóny vo fermentore privádza vzduch. V dôsledku oxidácie sírovodíka baktériami dochádza k oddeleniu síry a síranu, ktoré sú odstránené s kvapalnými zložkami. Ďalšou metódou je chemické zrážanie. V tomto prípade sa do roztoku vo fermentore pridáva chlorid železitý. Tieto metódy sa osvedčili v čistiarňach odpadových vôd.

Najoptimálnejšie výsledky sa dosahujú pri čistení plynu pomocou aktívneho uhlia a z plynu sa odstraňuje nielen síra, ale aj kremík. V tomto prípade kvalita bioplynu zodpovedá kvalite zemného plynu a použitie oxidačného katalytického neutralizátora plynu poskytuje dodatočné zníženie úrovne emisií výfukových plynov.

4. Využitie bioplynu pre tepelné elektrárne na báze plynových piestových motorov

Spoločnosť MWM GmbH (predtým Deutz Power Systems) vyrába preplňované plynové piestové jednotky s preplňovaným turbodúchadlom s chudobnou zmesou v rozsahu menovitého výkonu od 400 do 4300 kW (obr. 4). Tieto motory sú prispôsobené kolísaniu zloženia bioplynu a sú optimalizované pre prevádzku na plyny komplexného zloženia.

Obrázok 4 - Rozsah výkonu plynové motory MWM GmbH (predtým DEUTZ Power Systems)

Hodnotenia sú uvedené v súlade s ISO 3046. Špecifikácie sú len informatívne a nie sú záväznými hodnotami.

MWM GmbH má rozsiahle skúsenosti s prevádzkou plynových piestových motorov využívajúcich skládkový a odpadový plyn (prvé takéto modely začali fungovať takmer pred 100 rokmi s využitím odpadových plynov) a nazbierané skúsenosti využíva na ďalšie zlepšovanie modelový rad a zvýšenie spoľahlivosti vyrábaných kogeneračných systémov. (obr. 5)

Obrázok 5 - Vývoj plynových piestových motorov (za obdobie 1988 - 2002)

Hlavnou úlohou v tomto prípade je urobiť motory odolnejšie voči účinkom škodlivé látky obsiahnuté v plyne. Rôzne nečistoty tvoria kyseliny, ktoré negatívne ovplyvňujú komponenty motora, predovšetkým ložiská. Takýto negatívny vplyv je možné eliminovať na jednej strane optimalizáciou prevádzkového režimu a zmenami technológie výroby ložísk na strane druhej.

Ak jednotku prevádzkujete pri teplote mazací olej okolo 95 °C (na vstupe motora) a vyhýbajte sa častému zastavovaniu a štartovaniu, možno znížiť riziko tvorby kyseliny v dôsledku kondenzácie v kľukovej skrini počas fázy chladenia. V súvislosti s vyššie uvedeným, ak je to možné, motor by mal bežať bez zastavenia. Akumulácia plynu v dostatočnom objeme v zásobníku plynu zabezpečí nepretržitú dodávku paliva, ktorá je nevyhnutná pre neprerušovaný chod plynového motora.

Skúsenosti získané z prevádzky motorov na bioplyn ukázali, že na ložiská sa musia použiť špeciálne materiály. So zvyšujúcou sa účinnosťou motora a prevádzkovým tlakom sú potrebné ložiská s vyšším zaťažením. V súčasnosti sú široko používané striekané ložiská, ktoré spĺňajú všetky požiadavky na spoľahlivosť. Vďaka svojmu súvislému tvrdému povrchu sú odolnejšie voči agresívnym látkam obsiahnutým v plyne a mazacom oleji ako tradičné guľkové ložiská (obrázok 6).

Obrázok 5 - Porovnanie maximálneho tlaku mazacieho filmu

Kvalita mazacieho oleja má významný vplyv na životnosť a opotrebovanie motora. Preto by sa počas prevádzky mali používať iba tie značky oleja, ktoré výrobca plynového motora schválil pre tento typ plynu. Intervaly výmeny oleja sa určujú pri uvedení elektrárne do prevádzky na základe výsledkov analýzy kvality oleja. Počas prevádzky motora sa neustále kontroluje kvalita mazacieho oleja, po ktorom sa rozhodne o jeho výmene. Prvý rozbor oleja sa vykonáva po 100 hodinách prevádzky bez ohľadu na typ vykurovacieho plynu. Intervaly Údržba pre ventily sa určuje podobne.

Na predĺženie intervalov výmeny mazacieho oleja sa musí zvýšiť množstvo mazacieho oleja v základnom ráme motora. Na tento účel ponúka MWM svojim zákazníkom agregáty so zvýšeným objemom oleja v ráme motora. Olej je neustále privádzaný do mazacieho okruhu a prechádza diagonálne cez základný rám (obr. 10):

Obrázok 6 - Zásoba mazacieho oleja

Okrem konštrukčných vlastností samotných motorov zohráva dôležitú úlohu pri zabezpečovaní bezpečnej a spoľahlivej prevádzky bioplynových jednotiek monitorovací a riadiaci systém TEM (Total Electronic Management od MWM). Zisťuje všetky prevádzkové podmienky, teplotu, tlak atď., a na základe získaných údajov nastavuje optimálny výkon motora pri maximálna účinnosť bez prekročenia stanovených emisných limitov. Systém TEM má možnosť vytvárať analytické grafy zmien prevádzkové parametre stanica - to vám umožňuje rýchlo identifikovať prevádzkové nezrovnalosti a rýchlo na ne reagovať.

Spoločnosť dodáva kompletné energetické zariadenia na bioplyn. Zahŕňajú plynovú piestovú jednotku, kotol na odpadové teplo, tlmič hluku, katalytické neutralizátory plynu, systém čistenia plynu s aktívnym uhlím a v prípade potreby doplnkový systém následné čistenie výfukových plynov. (obr. 7).

Obrázok 7 - Príklad rozloženia mini-CHP ( pre zväčšenie kliknite na obrázok)

Na obr. Obrázok 8 zobrazuje špecifické kapitálové investície a priemerné náklady na údržbu zariadení spaľujúcich bioplyn. Údaje sumarizujú prevádzkové skúsenosti jednotiek TBG 616 a TBG 620 Zahŕňajú náklady na plynovú piestovú jednotku, výmenníky chladiacej kvapaliny a výfukových plynov, tlmiče hluku, ako aj náklady na rozvodné zariadenie vrátane inštalácie a potrubia. . Od roku 2005 boli jednotky série TBG modernizované na sériu TCG 2016 C a TCG 2020.

Obrázok 8 - Kapitálové náklady a náklady na údržbu

V roku 2009, po ďalšej modernizácii modelového radu, sa pre rad TCG 2020 podarilo dosiahnuť elektrickú účinnosť rovnajúcu sa 43,7 % pre kogeneračnú jednotku TCG 2020 V20 a zvýšil sa elektrický výkon 12 a 16 valcových plynových motorov. na 1200 a 1560 kW. Veľká modernizácia sa dotkla aj agregátu TCG 2016 V08. Elektrický výkon tohto agregátu sa zvýšil na 400 kW a elektrická účinnosť sa zvýšila na 42,2 %. Navyše, elektrická účinnosť a výstupný výkon sú rovnaké pri použití zemného plynu aj bioplynov.

5. Praktické využitie rôznych druhov surovín na výrobu energie

In Brandenbursko(Nemecko) bola inštalovaná elektráreň, ktorá vyrába bioplyn z potravín a domáceho odpadu (foto 1). Ročne sa likviduje asi 86-tisíc ton bioodpadu.

Foto 1 – Bioplynová stanica v Alteno

Proces výroby bioplynu sa uskutočňuje v určitom poradí. Po odstránení nerecyklovateľných zložiek sa bioodpad rozdrví a zmieša a vzniknutá hmota sa zahreje na 70 °C, aby sa usmrtili patogénne organizmy. Odpad sa potom posiela do dvoch fermentorov, z ktorých každý pojme 3 300 m3 biomasy. Mikroorganizmy rozkladajú biomasu (asi za 20 dní), čím vzniká bioplyn a zvyškové množstvo tekutiny, ktorá sa následne vytlačí a suchý zvyšok sa opäť biologicky spracuje ako kompost.

Bioplyn poháňajú dva plynové piestové motory TBG 616 V16K vyrábané spoločnosťou Deutz Power Systems, elektrická energia každý z nich je 626 kW, tepelný - 834 kW. Vyrobená elektrická energia sa dodáva do siete a teplo sa používa na výrobu plynu. Úrovne emisií škodlivých látok sú pod limitnými hodnotami stanovenými nemeckou normou TA-Luft.

Bioplynová stanica funguje aj v Eichigte na farme hospodárskych zvierat Agrofarm 2000 GmbH. Spoločnosť obrába 2 200 hektárov ornej pôdy a 1 100 hektárov pasienkov v Eichigt/Vogtland. Časť úrody pestovaných plodín sa využíva ako krmivo pre 1 550 kráv, z ktorých sa ročne získa 10 650 000 kg mlieka. Zároveň sa denne vytvorí 110 až 120 m 3 hnojovice – „kvasí“ sa vo fermentore, čím sa vyprodukuje 4000...4400 m 3 bioplynu. Do hnoja sa pridávajú zvyšky krmív (až 4 tony/deň), vďaka čomu sa produkcia plynu zvyšuje o 20 %.

Mini-CHP je inštalovaná v kontajneri (foto 2), ako pohon je použitý motor TBG 616 V16 K, ktorého elektrický výkon je 459 kW, tepelný výkon je 225 kW. Elektrina sa dodáva do siete a teplo sa využíva pre potreby domácnosti. Kvapalný hnoj sa používa ako surovina na výrobu bioplynu.

Foto 2 - MWM (predtým DEUTZ Power Systems) kogeneračná jednotka v kontajnerovom prevedení s motorom TBG 616 V16

Cyklus recyklácie biomasy je prakticky bezodpadový. Zvyšky produkované počas procesu anaeróbneho „trávenia“ sú bez zápachu a môžu sa používať na poliach ako hnojivo počas celého roka.

závery

• Využitie poľnohospodárskeho odpadu ako biopaliva umožňuje uzavretý cyklus poľnohospodárskej výroby. Zvyšok z anaeróbnej digescie je bez zápachu a možno ho odniesť na polia vo forme hnojiva. Tento typ hnojiva je rastlinami okamžite absorbovaný bez toho, aby znečistil pôdu alebo spodnú vodu.
• Výroba energie z bioplynu sa vo svetle pravidelných energetických kríz považuje za perspektívny obnoviteľný zdroj energie. Bioplynové stanice premieňajú slnečnú energiu uloženú v rastlinách na bioplyn prostredníctvom procesu biologického rozkladu. Tento proces je neutrálny z hľadiska bilancie CO 2 , keďže do atmosféry sa uvoľňuje len množstvo oxidu uhličitého, ktoré predtým rastliny absorbovali počas fotosyntézy.
• Výroba elektrickej a tepelnej energie v bioplynových staniciach je sľubnou technológiou, ktorá pomáha ľudstvu osamostatniť sa od obmedzených zásob fosílnych palív a zároveň chráni životné prostredie.
• MWM GmbH ponúka svojim zákazníkom zariadenia na výrobu elektriny a tepla založené na moderných, bezpečných a spoľahlivých plynových motoroch.

Pôvodný článok bol publikovaný pre: VI. medzinárodnú vedeckú konferenciu GAS ENGINES 2003 v Poľsku, 2. - 6. júna 2003

Jeden z hlavných trendov moderného dizajnu automobilové motory je zlepšiť ich environmentálne vlastnosti. V tejto súvislosti jeden z najlepšie možnosti je motor na biopalivo, ktorého najobľúbenejším typom je bioetanol.

Bioetanol je etylalkohol, ktorý sa získava spracovaním rastlinných materiálov. Hlavným zdrojom na jeho výrobu sú kŕmne plodiny bohaté na škrob.

Vlastnosti motora na biopalivo

Treba si uvedomiť, že momentálne sa prakticky nehovorí o motore, ktorý by bežal celý na bioetanol. Vysvetľuje to množstvo objektívnych obmedzení, na prekonanie ktorých sa zatiaľ nenašli účinné riešenia.

Bioteanol sa dnes používa na tankovanie automobilov hlavne v zmesi s tradičnými palivami – benzínom a naftou. Môžu fungovať len na takéto palivo vozidiel s motorom FFV (Flexible-fuel vehicle).

Motor typu FFV je spaľovací motor, ktorý má určité odlišnosti od tradičných motorov. Takže hlavné charakteristické rysy sú:

• prítomnosť špeciálneho kyslíkového senzora;
• použitie špeciálneho materiálu na výrobu množstva tesnení;
• Softvér ECU, ktorý umožňuje určiť percento obsahu alkoholu v palive a podľa toho upraviť chod motora;
• niektoré konštrukčné zmeny na zvýšenie kompresného pomeru, čo je nevyhnutné kvôli vyššiemu oktánovému číslu etanolu v porovnaní s benzínom.

Automobilové palivo s obsahom bioetanolu je dnes v mnohých krajinách veľmi populárne. Lídrami sú tu USA a Brazília. V Brazílii je dnes takmer nemožné kúpiť benzín, ktorý obsahuje menej ako 20 % bioetanolu. Táto technológia je populárna aj v mnohých európskych krajinách, najmä v škandinávskych krajinách.

Výhody a nevýhody

Bioetanol ako palivo má významné výhody aj významné nevýhody. Hlavné výhody biopalív sa týkajú predovšetkým environmentálnych ukazovateľov.

Bioetanol je netoxické palivo, ktoré je úplne rozpustné vo vode. Pri horení nevznikajú žiadne zlúčeniny nebezpečné pre životné prostredie alebo ľudské zdravie. Pridaním bioetanolu do benzínu sa množstvo znižuje škodlivé emisie až 30 % alebo viac. Okrem toho sa bioetanol vyrába z prírodných, obnoviteľných surovín. Často ide o vedľajší produkt bezodpadovej výroby iných druhov výrobkov.

Navyše, vďaka vysokému oktánovému číslu môže použitie bioetanolu zlepšiť niektoré charakteristiky spaľovacieho motora. Vrátane jeho zvýšenia účinnosti.

Jednou z hlavných nevýhod biopalív je jeho nestabilita voči nízkym teplotám. V chlade sa môže delaminovať s tvorbou parafínového filmu na povrchu. To sťažuje štartovanie v zime. Na prekonanie tejto nevýhody je potrebné vybaviť autá ohrievačom paliva alebo malou plynovou nádržou určenou špeciálne pre studené štarty.

Ďalší dôležitá nevýhoda spočíva v jeho nízkej výhrevnosti. Pri spaľovaní bioetanolu sa v porovnaní s tradičnými typmi uvoľňuje o 37-40% menej tepelnej energie automobilové palivo. To výrazne obmedzuje výkonovú charakteristiku motora.

Motory na biopalivá majú značné výhody, no majú priestor na zlepšenie.

Hlavným spôsobom využitia bioplynu je jeho premena na zdroj tepelnej, mechanickej a elektrickej energie. Veľké bioplynové stanice však možno využiť na vytvorenie výrobných zariadení na výrobu cenných chemických produktov pre národné hospodárstvo.

Bioplyn je možné použiť na napájanie zariadení spaľujúcich plyn, ktoré vyrábajú energiu, ktorá sa využíva na vykurovanie, osvetlenie, zásobovanie úpravní krmiva, na prevádzku ohrievačov vody, plynových sporákov, infračervených žiaričov a spaľovacích motorov.

Väčšina jednoduchým spôsobom je spaľovanie bioplynu v plynových horákoch, keďže plyn do nich možno privádzať z plynojemov pod nízkym tlakom, ale výhodnejšie je využívať bioplyn na výrobu mechanickej a elektrickej energie. To povedie k vytvoreniu vlastnej energetickej základne, ktorá bude spĺňať prevádzkové potreby fariem.

Tabuľka 18. Zložky bioplynu

Plynové horáky

Obr.34. Plynový sporák funguje
o bioplyne v obci Petrovka

Základom väčšiny domácich spotrebičov, v ktorých možno bioplyn využiť, je horák. Vo väčšine prípadov sú preferované atmosférické horáky pracujúce na bioplyn vopred zmiešaný so vzduchom. Spotrebu plynu horákmi je ťažké vopred vypočítať, preto je potrebné konštrukciu a nastavenie horákov určiť experimentálne pre každý jednotlivý prípad.

V porovnaní s inými plynmi potrebuje bioplyn na zapálenie menej vzduchu. Preto konvenčné plynové spotrebiče vyžadujú širšie trysky, aby bioplyn mohol prejsť. Na úplné spálenie 1 litra bioplynu je potrebných asi 5,7 litra vzduchu, zatiaľ čo na bután - 30,9 litra a na propán - 23,8 litra .

Úprava a prispôsobenie štandardných horákov je vecou experimentu. V súvislosti s najbežnejšími domácimi spotrebičmi prispôsobenými na použitie butánu a propánu možno poznamenať, že bután a propán majú výhrevnosť takmer 3-krát vyššiu ako bioplyn a vytvárajú plameň 2-krát väčší.

Premena horákov na bioplyn vždy vedie k viacerým nízke úrovne prevádzka zariadení. Praktické opatrenia na úpravu horákov zahŕňajú:
zvýšenie prúdov o 2-4 krát pre priechod plynu;
zmena objemu privádzaného vzduchu.

Plynové sporáky
Pred použitím plynového sporáka musia byť horáky starostlivo nastavené, aby sa dosiahlo:
kompaktný, modrastý plameň;
plameň by sa mal samovoľne stabilizovať, t.j. Nehoriace oblasti horáka by sa mali samy rozsvietiť do 2-3 sekúnd.

Obr.35. Kotol na ohrev vody
na vykurovanie domu sálavými keramickými ohrievačmi v obci. Petrovka

Sálavé ohrievače
Sálavé ohrievače sa používajú v poľnohospodárstvo na získanie správnej teploty pre chov mladých zvierat, ako sú prasiatka a kurčatá, v stiesnených priestoroch. Požadovaná teplota pre prasiatka začína v prvom týždni na 30-35°C a potom pomaly klesá na 18-23°C v 4. a 5. týždni.

Nastavenie teploty zvyčajne zahŕňa zvýšenie alebo zníženie ohrievača. Dobré vetranie je nevyhnutné, aby sa zabránilo koncentrácii CO alebo CO2. Zvieratá musia byť preto neustále pod dohľadom a v pravidelných intervaloch sa musí kontrolovať teplota. Ohrievače pre prasiatka alebo kurčatá spotrebujú cca 0,2 - 0,3 m3 bioplynu za hodinu.

Tepelné žiarenie z ohrievačov

Obr.36. Regulátor tlaku plynu

Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"

Sálavé ohrievače realizujú infračervené tepelné žiarenie cez keramické teleso, ktoré sa pri teplotách 900-1000°C ohrieva plameňom do jasne červeného stavu. Vykurovací výkon sálavého ohrievača sa určí vynásobením objemu plynu čistou výhrevnosťou, pretože 95 % energie bioplynu sa premení na teplo. Výstup tepelnej energie z malých ohrievačov je
od 1,5 do 10 kW tepelnej energie8.

Poistka a vzduchový filter
Sálavé ohrievače využívajúce bioplyn musia byť vždy vybavené poistkou, ktorá zastaví prívod plynu pri poklese teploty, teda pri nespálení plynu.

Spotreba bioplynu
Plynové horáky pre domácnosť spotrebujú 0,2 - 0,45 m3 bioplynu za hodinu a priemyselné - od 1 do 3 m3 bioplynu za hodinu. Potrebný objem bioplynu na varenie je možné určiť na základe času stráveného denne varením.

Tabuľka 19. Spotreba bioplynu pre domáce potreby

Bioplynové motory
Bioplyn môže byť použitý ako palivo pre automobilové motory a jeho účinnosť v tomto prípade závisí od obsahu metánu a prítomnosti nečistôt. Ako karburátor, tak aj dieselové motory. Keďže je však bioplyn vysokooktánové palivo, jeho využitie v dieselových motoroch je efektívnejšie.
Na prevádzku motorov je potrebné veľké množstvo bioplynu a inštalácia prídavných zariadení na spaľovacie motory, ktoré umožňujú prevádzku na benzín aj na metán.

Obr.37. Plynovo-elektrický generátor v obci. Petrovka

Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"

Plynovo-elektrické generátory
Skúsenosti ukazujú, že použitie bioplynu v plyno-elektrických generátoroch je ekonomicky výhodné, pričom spaľovanie 1 m3 bioplynu umožňuje vyrobiť 1,6 až 2,3 kW elektriny. Efektívnosť tohto využitia bioplynu sa zvyšuje využívaním tepelnej energie vznikajúcej pri chladení motora elektrického generátora na ohrev reaktora bioplynovej stanice.

Čistenie bioplynu

Pre využitie bioplynu ako paliva pre spaľovacie motory je potrebné bioplyn predčistiť od vody, sírovodíka a oxidu uhličitého.

Zníženie obsahu vlhkosti

Bioplyn je nasýtený vlhkosťou. Čistenie bioplynu od vlhkosti spočíva v jeho ochladzovaní. To sa dosiahne prechodom bioplynu cez podzemné potrubie, aby sa viac skondenzovala vlhkosť nízke teploty. Pri opätovnom ohreve plynu výrazne klesá jeho vlhkosť. Toto sušenie bioplynu je obzvlášť užitočné pre používané plynomery na suché plyny, pretože sa časom nevyhnutne naplnia vlhkosťou.

Zníženie obsahu sírovodíka

Obr.38. Sirovodíkový filter a absorbér na odlučovanie oxidu uhličitého v obci. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"
Sírovodík po zmiešaní s vodou v bioplyne vytvára kyselinu, ktorá spôsobuje koróziu kovov. Toto je vážne obmedzenie používania bioplynu v ohrievačoch vody a motoroch.
Najjednoduchším a najhospodárnejším spôsobom čistenia bioplynu zo sírovodíka je chemické čistenie v špeciálny filter. Ako absorbér sa používa kovová „huba“ pozostávajúca zo zmesi oxidu železa a drevených hoblín. S použitím 0,035 m3 kovovej špongie možno z bioplynu získať 3,7 kg síry. Ak je obsah sírovodíka v bioplyne 0,2 %, potom možno zo sírovodíka týmto objemom kovovej huby odstrániť asi 2500 m3 plynu. Aby sa špongia regenerovala, musí sa nejaký čas držať na vzduchu.
Minimálne náklady na materiály, jednoduchosť prevádzky filtra a regenerácia absorbéra robia z tejto metódy spoľahlivý prostriedok na ochranu plynových nádrží, kompresorov a spaľovacích motorov pred koróziou spôsobenou dlhodobým pôsobením sírovodíka obsiahnutého v bioplyne. Oxid zinočnatý je tiež účinným absorbentom sírovodíka a táto látka má ďalšiu výhodu: absorbuje aj organické zlúčeniny síry (karbonyl, merkaptán atď.) 18

Zníženie oxidu uhličitého
Redukcia oxidu uhličitého je zložitý a nákladný proces. V zásade možno oxid uhličitý oddeliť absorpciou do vápenného mlieka, ale tento postup produkuje veľké objemy vápna a nie je vhodný na použitie vo veľkoobjemových systémoch. Samotný oxid uhličitý je cenným produktom, ktorý možno použiť v rôznych priemyselných odvetviach.

Obr.39. UAZ na bioplyn
na dedine Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"

Použitie metánu
Moderný výskum chemikov otvára veľké možnosti využitia plynu – metánu, na výrobu sadzí (farbivo a surovina pre gumárenský priemysel), acetylénu, formaldehydu, metylu a etylalkohol, metylén, chloroform, benzén a iné cenné chemické produkty na báze veľkých bioplynových staníc18.

Spotreba bioplynu motormi
Na dedine Petrovka, región Chui, Kirgizská republika, bioplynová stanica Farmárskeho združenia s objemom 150 m3 zabezpečuje bioplyn pre domáce potreby 7 roľníckych fariem, prevádzku plyno-elektrického generátora a 2 áut - UAZ a ZIL. Motory boli dodatočne vybavené na prevádzku na bioplyn špeciálne zariadenia, a autá - s oceľovými fľašami na čerpanie plynu.
Priemerné hodnoty spotreby bioplynu na výrobu 1 kW elektriny motormi Združenia farmárov sú cca 0,6 m3 za hodinu.

Tabuľka 20. Využívanie bioplynu ako motorového paliva v obci. Petrovka

Obr.40. Svetlicový horák na spaľovanie prebytočného bioplynu v obci. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluid"

Účinnosť bioplynu
Účinnosť využitia bioplynu je 55 % pri plynových sporákoch, 24 % pri spaľovacích motoroch. Najúčinnejší spôsob využitia bioplynu je kombinácia tepla a energie, kde je možné dosiahnuť 88% účinnosť8. Využitie bioplynu na prevádzku plynových horákov v plynových sporákoch, vykurovacích kotloch, napájacích naparovačoch a skleníkoch – najlepší výhľad využívanie bioplynu pre farmy v Kirgizsku.

Prebytočný bioplyn
V prípade prebytočného bioplynu produkovaného inštaláciou sa odporúča nevypúšťať ho do atmosféry – povedie to k nepriaznivému vplyvu na klímu, ale spáliť. Na tento účel je v rozvode plynu inštalované odpaľovacie zariadenie, ktoré musí byť umiestnené v bezpečnej vzdialenosti od budov.