Modellek a jövő biogáztermeléséért

A modern, energiatermelő agrárgazdaságban egyre fontosabb szerepet töltenek be a biogázüzemek, amelyekben a különféle szerves hulladékok környezetkímélő feldolgozásával és hasznosításával oly módon nyerhetünk hő- és villamosenergiát, hogy a technológiai maradékanyagok nem károsak, sőt talajjavító és talajerőpótló hatásuk révén előnyösen hasznosíthatók a szántóföldi, illetve kertészeti kultúrákban.

A biogázüzemekbe érkező, feldolgozásra szánt anyagok mind fizikai, mind kémiai tulajdonságaikat tekintve igen sokfélék lehetnek a szennyvíziszaptól és a hígtrágyától kezdve a lejárt szavatosságú élelmiszereken és konyhai hulladékokon át egészen a vizes mosásból származó zsíros anyagokig, a lesütött étolajig, vagy akár a takarmányozásra nem hasznosított silókukoricáig.
E változatos anyagok sorában még a veszélyes hulladék is felhasználható a biogázüzemekben, ahol az alapanyagokat meghatározott receptúrák szerint fermentor tartályokba töltik, és keverés mellett, a mikrobiális közösségek lebontó tevékenysége révén metánban gazdag biogázt állítanak elő belőlük.
Bár az említett szerves hulladékok anyagi összetétele külön-külön ismert, és többnyire állandó, az üzembe szállítást követően a fermentorokba történő betároláskor egymáshoz viszonyított mennyiségük, kémhatásuk és egyéb fizikai jellemzőik igen eltérőek is lehetnek.

E körülmények megnehezítik a megfelelő keverési folyamat programozását és a lebontáshoz szükséges optimális körülmények állandó fenntartását. Ha ugyanis a fermentorokba kerülő szerves hulladék összetétele megváltozik, akkor ezzel együtt átalakul a lebontó baktériumok közössége is, és azok szaporodóképességétől függően a fermentáció ideje változatosan alakulhat.

A változásokat és a rendszerben jelentkező esetleges túlterhelést rövid időn belül erős felhabzás és a képződő biogáz metántartalmának hirtelen csökkenése is jelzi, amely akár 20-50 százalékos gázveszteséget is okozhat.
Márpedig a profitorientált biogázüzemek alapvető célja a folyamatos, előre kiszámítható gáztermelés, és ezáltal a tervezhető villamos- és hőenergia előállítás. Így a szerves hulladékok megfelelő betáplálása, keverése és homogenizálása kardinális kérdésnek tekinthető.

Kiaknázatlan hatékonyság
Egy működő biogázüzemben végzett vizsgálatokra alapozva Dr. Bártfai Zoltán a Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karán munkatársaival azt modellezte, hogy miként javulhatna a szerves anyagok keverésének hatékonysága a keverőlapátok elhelyezésének, és üzemeltetési paramétereinek változtatásával az 18002000 tonna anyag befogadására alkalmas előfermentorokban.

A kutatócsoport közel kétszáz modellfuttatás eredményeit elemezve megállapította, hogy a teljes anyagmennyiség folyamatos mozgása a keverőlapátok helytelen beállítása miatt a vizsgált rendszerben nem valósul meg, így szükségszerű a keverés szempontjából előnyösebb lapátállások, keverőpozíciók és fordulatszámok beállítása, azok optimalizálása. A számítógépes modellezésre alapuló kutatások az anyagbetáplálásokat követő rövid időtartamban az intenzív keverés gázképződésre gyakorolt kedvező hatását is kimutatták.

A gáztermeléssel kapcsolatos komplex folyamatok leírását célzó kutatómunka eredményei alapján kijelenthető, hogy a jövő biogázüzemeinek hatékonysága javítható a mérnöki gyakorlatban elterjedt számítógépes modellezés módszerének alkalmazásával a fermentorokban zajló áramlástechnikai folyamatok szabályozásához.

Szent István Egyetem