DVO to amerykańska firma znana z rozwiązań w zakresie beztlenowego przetwarzania odpadów organicznych i produkcji biogazu. Choć podobnie jak w popularnych w Europie biogazowniach technologia opiera się na wykorzystaniu procesów mikrobiologicznych zachodzących bez dostępu tlenu, dzięki którym możliwe jest przekształcanie gnojowicy, odpadów spożywczych, osadów i innych substratów organicznych w biogaz oraz poferment, to zasadniczo różni się w szczegółach technicznych tego procesu.
Na czym polega proces produkcji biogazu?
Ideą powstania biogazowni jest neutralizacja odpadów organicznych w miejscu ich wytwarzania i przetwarzanie na energię. Spektrum substratów nadających się do fermentacji w biogazowniach rolniczych jest bardzo szerokie, a najczęściej wykorzystuje się do tego odpady z produkcji zwierzęcej: gnojowicę i obornik. Jednak w zależności od specyfiki gospodarstwa czy zakładu przetwórczego wsadem do fermentora mogą być odpady warzywne czy owocowe (łupiny, wysłodki, łodygi, liście), z przetwórstwa (serwatka, wywar), a nawet odpady poubojowe czy ścieki bytowe (biogazownia komunalna). Ze względu na niższą opłacalność coraz rzadziej bazą do produkcji jest kiszonka z kukurydzy.
Niezbędnym warunkiem jest zadbanie o odpowiednią płynność fermentowanej masy, czyli zawartość suchej masy w granicach 8-15%. W sytuacjach, gdzie nie ma dostępu do płynnych substratów (gnojowica) możliwe jest rozwodnienie masy za pomocą wody cyrkulującej w obiegu zamkniętym w formie odcieku po separacji pofermentu. Podczas produkcji biogazu substrat organiczny trafia do układu fermentacyjnego, gdzie w warunkach beztlenowych jest rozkładany przez mikroorganizmy. W wyniku tego procesu powstaje:
- biogaz, zawierający przede wszystkim metan i dwutlenek węgla,
- poferment, który może być dalej zagospodarowany jako nawóz lub materiał do dalszej obróbki.
Proces przebiega etapowo:
- najpierw dochodzi do rozkładu bardziej złożonych związków organicznych,
- następnie bakterie wytwarzają lotne kwasy tłuszczowe,
- kolejnym etapem jest tworzenie metanu przez metanogeny.
Jakie są charakterystyczne cechy technologii DVO?
Rozwijana od blisko 30 lat przez inżyniera Stevena Dvoraka technologia DVO wyróżnia się tym, że jest nastawiona na wysoką stabilność procesu, dobrze radzi sobie z substratami trudnymi technologicznie, umożliwia redukcję odorów i obciążenia środowiskowego, pozwala odzyskiwać energię z odpadów, może być integrowana z instalacjami rolniczymi, przemysłowymi i komunalnymi.
Klasyczna biogazownia rolnicza jest zwykle projektowana przede wszystkim pod kątem wsadu z gospodarstwa, natomiast rozwiązania DVO są częściej ukierunkowane na szerszy zakres odpadów organicznych i większą odporność procesu na zmienność surowca.
Według pomysłu właściciela technologia DVO stawia się na rozwiązania ograniczające konieczność intensywnego mieszania i upraszczające obsługę instalacji. To ważne zwłaszcza tam, gdzie biogazownia ma pracować w sposób ciągły i niezawodny, przy zmiennym składzie wsadu. Jak to jest realizowane?
Kluczową różnicą biogazowni DVO, które zdominowały amerykański rynek biogazu, w stosunku do technologii europejskich jest budowa. Zrezygnowano to cylindrycznych zbiorników na rzecz również żelbetowych zbiorników prostopadłościennych o stałej szerokości 22 m i wysokości 5 m przedzielonych wzdłużnie betonową przegrodą wymuszającą przepływ masy w dwóch kierunkach (przepływ przez biogazownię jest według kształtu litery U.). Wlot i wylot z biogazowni znajdują się więc blisko siebie. Długość instalacji zależna jest od jej planowanej wydajności i ilości koniecznych do przetworzenia substratów. W przypadku ograniczeń lokalizacyjnych żelbetowe bloki mogą być ustawiane równolegle obok siebie. We wnętrzu zbiornika znajduje się wężownica, a ściany u dach zbiorników są zaizolowane styropianem i pianą PUR, by łatwej utrzymać wymaganą dla procesu temperaturę 38 stopni Celsjusza.
Dzięki takiej łatwej w budowie konstrukcji przypominającej w dużym uproszczeniu jelito osiąga się stały czas retencji. W efekcie każdy metr sześcienny wsadu, który trafia do biogazowni przechodzi przez niego przez ściśle określona liczbę dni (najczęściej 20-25). Daje to użytkownikowi gwarancję, że opuszczający biogazownię poferment nie wydziela już metanu.
Biogazownia DVO nie ma charakterystycznej kopuły, ale jest pokryta żelbetowymi płytami. Poziom fermentującej masy jest zawsze ustalony na 430 cm, dzięki czemu pod pokrywą biogazowni pozostaje jeszcze 70 cm na magazyn biogazu, który następnie jest odsysany do agregatu kogeneracyjnego lub instalacji oczyszczania biogazu, ale nie w całości. Dlaczego?
Biogazownia bez mieszadeł – jak to możliwe?
W zdumienie gości wizytujących firmę i znajdujące się przy liczących tysiące sztuk fermach krów mlecznych instalacje z których najstarsza liczyła aż 26 lat wprawił system mieszania fermentującej masy, który jest konieczny dla efektywnego procesu produkcji biogazu.
Steven Dvorak postawił na mieszanie substratów za pomocą części odessanego z górnej części komory biogazu, który następnie systemem rur i dysz w regularnych odstępach czasu jest wtłaczany tuż nad dnem zbiornika. Łatwo sobie wyobrazić co następuje później: duże pęcherze gazu (niczym w garnku z wrzącą wodą) unoszą się wprawiając w ruch pulpę. W miejsce wypchniętej w górę biomasy z dna przemieszcza się kolejna jej porcja, a cykliczne powtarzanie wtłaczania biogazu realizuje mieszanie, na które nakłada się stopniowe przesuwanie fermentującej masy w kierunku wypływu wymuszane dopompowywanym wciąż nowymi substratami.
Dzięki temu rozwiązaniu w biogazowni nie ma konieczności instalacji żadnych ruchomych elementów (mieszadeł). Odchodzi więc ryzyko ich awarii, kosztów wymiany i przestoju w produkcji związanego z wykonywanymi naprawami. Jedynymi elementami, które umieszcza się wewnątrz są wspomniane wężownice do ogrzewania substratów i rurociąg wtłaczający biogaz. To proste, przez co nie tylko koszty budowy, ale i eksploatacji mogą być znacznie niższe od znanych nam obecnie rozwiązań. Szczegóły związane z kosztami inwestycji są jednak trudne do uśrednienia i zależne od ilości i rodzaju substratów oraz modelu realizacji inwestycji, bowiem zakres budowy zbiornika może zostać zrealizowany indywidualnie przez inwestora.
Jak duże mogą być biogazownie DVO?
Firma poinformowała, że w Stanach Zjednoczonych najmniejsze instalacje mają 200 kW. Natomiast większość instalacji w tej chwili to już są rozwiązania o mocy ponad 1-2 MW instalacje, a największa w tej chwili zainstalowana ma 6 MW. Nic nie stoi na przeszkodzie, by instalacja została dostosowana do europejskich rozmiarów (mniejsza liczebność stad) i produkowała biogaz w oparciu tylko na gnojowicy generując moc rzędu 50 czy 100 kW.
Właśnie w USA bardzo duża liczba instalacji pracuje na samej gnojowicy bydlęcej, ale przybywa biogazowni, które przetwarzają mieszany strumień odpadów.
