Materiał wsadowy do biogazowni rolniczej, czyli odpady rolnicze w postaci gnojowicy z domieszkami roślinnymi, charakteryzuje się zwykle następującymi parametrami (wg. W. Romaniuka i W. Wardala):
-
zawartość suchej masy – 5-10%
-
gęstość – 1,05 g/cm3
-
temperatura – 36 oC
-
odczyn pH – 6,5 – 8.0
-
metan CH4 60.0 – 70.0 %
-
dwutlenek węgla CO2 30.0 – 40.0 %
-
siarkowodór H2S 0.05 – 1,5 %
-
azot N2 1.0 – 4.0 %
-
inne 1,0 – 3.0 %
Powstający gaz ma z reguły ciśnienie max. 30 mbar, jego wartość opałowa jest rzędu 20.0 – 23.0 MJ (Nm3)-1 , a gęstość wynosi około 1.2 kg (Nm3)-1.
W celu zapewnienia jak najbardziej efektywnego procesu fermentacji istotne jest spełnienie kilku podstawowych warunków. Surowiec podawany do komory fermentacyjnej nie powinien zawierać więcej, niż 10 % wagowo suchej masy (z reguły stanowi 5 – 10%), zaś temperatura w komorze powinna być utrzymywana na poziomie ok. 36oC. Z powyższych względów w polskich warunkach klimatycznych komory muszą być zawsze dogrzewane bądź to ze źródła zewnętrznego, bądź kosztem części produkowanego gazu. Odczyn pH (decydujący o kwasowości lub zasadowości) gnojowicy powinien być na poziomie 6,5 do 7,5, a stosunek zawartości węgla do azotu powinien wynosić najlepiej ok. 100:3. Zużycie gazu na potrzeby podtrzymania wymaganej temperatury fermentacji może sięgać w niektórych przypadkach nawet 40 % całej produkcji energii (jest to zależne od pory roku, a więc naturalnej temperatury gnojowicy i jej otoczenia, oraz od zasady działania i sprawności instalacji, z reguły powinno być na poziomie 25%).
Rozważane są także układy hybrydowe, w których energia niezbędna do podtrzymywania niezbędnej temperatury fermentacji pochodzi ze źródeł tradycyjnych (najczęściej jest to energia elektryczna), lub innych niekonwencjonalnych (energia promieniowania słonecznego, wiatr).
Czas całkowitego przefermentowania surowca, jak i produkcja gazu na jednostkę surowca, zależą w dużej mierze od rodzaju zwierząt, sposobu ich żywienia i składu paszy, warunków składowania surowca przed procesem fermentacji oraz parametrów procesu fermentacyjnego, głównie temperatury, mieszania i zawartości masy suchej.
Średnia produkcja biogazu z gnojowicy (wg Economic Commission for Europe AGR/MECH Report No 97, United Nations 1982)
|
Rodzaj surowca
|
Okres fermentacji
|
Wielkość produkcji gazu na 1 kg masy suchej
|
Produkcja *)
Nm3(SD d)-1
|
|
|
odchody trzody chlewnej
|
10 – 15 dni
|
0.40 – 0.70
|
Nm3 kg-1
|
1.8
|
|
odchody bydła mlecznego
|
15 – 30 dni
|
0.20 – 0.45
|
Nm3 kg-1
|
1.5
|
|
odchody drobiu
|
20 – 40 dni
|
0.40 – 0.70
|
Nm3 kg-1
|
2.5
|
|
obornik (odchody + ściółka)
|
brak danych
|
0.35 – 0.50
|
Nm3 kg-1
|
1.0
|
|
· bydło mleczne
|
–
|
1
|
SD/szt.
|
|
· jałówki
|
–
|
0.75
|
SD/szt.
|
|
· cielęta
|
–
|
0.2 – 0.4
|
SD/szt.
|
|
· trzoda chlewna
|
–
|
0.15 – 0.25
|
SD/szt.
|
|
· brojlery
|
–
|
0.0054
|
SD/szt.
|
Należy wyraźnie podkreślić, że produkcja biogazu na potrzeby indywidualnego gospodarstwa wiejskiego staje się opłacalna dopiero wtedy, gdy liczba zwierząt w gospodarstwie jest duża. W latach 80-tych minimalną ilość zwierząt, która pozwoliłaby na spełnienie warunku opłacalności przyjmowano w wysokości 20 SD. Rzeczywistość szybko urealniła te wielkości i okazało się, że w celu uzyskania rzeczywistych efektów ekonomicznych, liczba zwierząt hodowlanych powinna być znacznie większa i wynosić co najmniej 100 SD. Również na niekorzyść produkcji w taki sposób biogazu w Polsce wpływa fakt, że zwierzęta hodowlane w okresie letnim przebywają na pastwiskach, co w oczywisty sposób zmniejsza ilość możliwej do wykorzystania gnojowicy. W gospodarstwach nastawionych na produkcję biogazu na Zachodzie Europy rezygnuje się często z letniego wypasu zwierząt na polach. Regułą również jest to, że opłacalność produkcji biogazu rośnie proporcjonalnie do wielkości gospodarstwa i ilości zwierząt hodowlanych. W przypadku mniejszej obsady zaleca się zbieranie gnojowicy z kilku (lub więcej) gospodarstw, z okolicznych zakładów przetwórstwa spożywczego i zasilanie jednej wspólnej biogazowni służącej wszystkim gospodarstwom.
Eksploatacja instalacji biogazu pociąga za sobą pewne uciążliwości. Pierwszą z nich jest konieczność odizolowania pomieszczeń ludzkich od strefy nieprzyjemnych zapachów. Produkcja i konsumpcja gazu na ogół nie są koherentne w czasie, więc wiąże się to z koniecznością magazynowania biogazu i zapewnieniem późniejszej jego dystrybucji. Siarkowodór będący jednym ze składników gazu jest toksyczny i korodujący. Dlatego też przy eksploatacji instalacji muszą być zachowane środki ostrożności i wprowadzony odpowiedni system zabezpieczeń.