Anaerobní fermentace – proces tvorby bioplynu
Anaerobní fermentace (nazývaná také anaerobní digesce,metanizace či vyhnívání) je souborem biochemických reakcí, při kterých jsou vhodné organické látky postupně biologicky rozkládány v prostředí bez přístupu vzduchu. Produktem tohoto procesu je především bioplyn, ale také nerozložený zbytek (digestát) a nově vzniklá mikrobiální biomasa. Tento proces přirozeně probíhá v rašeliništích, na dnech jezer či v rýžových polích, cíleně je provozován ve fermentorech bioplynových stanic.
Anaerobní fermentace je souborem paralelních i následných reakcí, při nichž jsou produkty jedněch procesů využívány jako substráty následných reakcí. Zjednodušeně se dá celý proces rozdělit do čtyř základních fází:
- HYDROLÝZA – během první fáze dochází působením hydrolytických enzymů k rozkladu makromolekulárních organických látek (polysacharidů, lipidů a proteinů) na jednodušší nízkomolekulární látky rozpustné ve vodě jako například aminokyseliny, monosacharidy a vyšší mastné kyseliny.
- ACIDOGENEZE – produkty hydrolýzy jsou dále rozkládány na jednodušší organické látky jako těkavé organické kyseliny, alkoholy a plynný oxid uhličitý CO2 a vodík H2. Dochází k poklesu pH v důsledku vyšších koncentrací organických kyselin.
- ACETOGENEZE – další rozklad látek až na kyselinu octovou.
- METANOGENEZE – v této finální fázi dochází ke tvorbě metanu CH4 především z kyseliny octové (acetotrofní metanogeneze) a směsi CO2 a H2 (hydrogenotrofní metanogeneze).
Stejně jako všechny živé organismy je i mikrobiální systém anaerobní digesce pro optimální funkčnost potřeba udržovat ve vhodných podmínkách ( teplota, pH, nutrienty, oxidačně-redukční potenciál atd.). Z pohledu teplot se bioplynové stanice provozují především v oblasti mezofilní (30-40°C), ale stále častěji také v termofilním režimu (45-60°C). pH prostředí je určeno nejcitlivějším článkem procesu, tedy metanogenními organismy. Ty vyžadují pH v poměrně úzkém rozmezí 6,5-7,5. Z hlediska nutrientů je nutné volit vyvážený poměr jednotlivých prvků (C:N:P:S asi 600:15:5:3), kterého je dosahováno vhodnou volbou zpracovávaných substrátů a jejich skladbou. Neméně důležité je však zastoupení tzv. mikronutrientů (např. Na, K, Ca, Fe, Se, Mo, W…), které jsou velmi důležité pro správnou funkci metanogenních bakterií.
Bioplyn a jeho využití
Bioplyn je plynný produkt procesu anaerobní fermentace. Jeho hlavními složkami jsou metan CH4 (50-75%) a oxid uhličitý CO2 (25-50%). Dále může v závislosti na substrátech a technologickém konceptu obsahovat ještě malá množství kyslíku O2, dusíku N2,sulfanu H2S, amoniaku NH3, vodíku H2 a dalších látek. Výhřevnost bioplynu závisí na obsahu metanu a může se pohybovat okolo 18-27 MJ/Nm3.
Bioplyn se dá využívat různými způsoby. Nejtradičnější je jeho spalování v plynových kotlích, ale dnes nejčastější je jeho zpracování v kogeneračních jednotkách, ve kterých se vyrábí současně tepelná a elektrická energie. Teplo je poté využíváno pro pokrytí vlastní technologické spotřeby bioplynové stanice a také například pro sušení dřeva či obilovin, elektrická energie je prodávána do distribuční sítě. Další zajímavou možností využití bioplynu je jeho úprava na tzv. biometan, kvalitou odpovídající zemnímu plynu. Ten je pak možné vtlačovat do distribuční sítě nebo jej využívat k pohonu motorových vozidel. Volba nejvhodnějšího způsobu využití bioplynu se může lišit pro každý projekt v závislosti na ekonomických, provozních a technologických parametrech.
Zpracovatelné substráty
Mezi substráty využitelné v bioplynových stanicích patří především cíleně pěstované plodiny (kukuřice, GPS, tráva) a odpadní zemědělské produkty (chlévská mrva, kejda). Bez problémů lze ale také zpracovávat mnohé organické odpady z průmyslových provozů jako jsou kaly z čistíren odpadních vod a odpady z lihovarů, pivovarů, cukrovarů a lisoven olejnin. Mezi vhodné suroviny patří i biologicky rozložitelná frakce komunálního odpadu, kterou lze pomocí patřičných technologických operací vytřídit ze směsi odpadů.
Další informace naleznete na stránkách: Bioplynové stanice | Popis technologie bioplynové stanice