A biogáz szerves anyagok mikróbák által anaerob körülmények között történő lebontása során képződő gázelegy. Körülbelül 45-70% metánt (CH4), 30-55% szén-dioxidot (CO2), nitrogént (N2), hidrogént (H2), kénhidrogént (H2S), ammóniát és egyéb maradványgázokat tartalmaz (pl.: sziloxán, metil-merkaptánt (CH3SH)).

 

A biogázképződést négy fázisra lehet bontani. Ezek a következők:

1. Hidrolízis: a hidrolízisfolyamán a szerves anyagokat (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) bakteriális enzimekalapegységekre bontják (aminosavakra, zsírsavakra, glükózra).
2. Savképződés: savképződéskor a feloldott anyagok szerves savakká(ecetsavvá, propionsavvá, vajsavvá), kis szénatomszámú alkoholokká, aldehidekké, hidrogénné, szén-dioxiddáés egyéb gázokká(például ammóniává, kénhidrogénné) alakulnak. Ez a folyamat addig tart, amíg a baktériumoksaját lebontó tevékenységeik következtében el nem pusztulnak, fel nem oldódnak (az alacsony pHmiatt a baktériumok életkörülményei már nem megfelelőek).
3. Acetogén fázis: ebben a fázisban az acetogén baktériumokaz előző fázis anyagait alakítják ecetsavká.
4. Metánképződés: ebben a fázisban az ecetsavat metánképző baktériumokmetánná, szén-dioxiddá és vízzé alakítják. A hidrogén (H2) és a szén-dioxid (CO2) metánná és vízzéalakul át:

Összességében elmondható azonban, hogy a mikrobiológiaifolyamatokat két fő fázisra bonthatjuk: az egyikben a fermentációtörténik (első két fázis), a másodikban pedig a metánképződés. A második fázisban ugyanis az acetogén baktériumok csak a metanogén baktériumokkal együtt (szimbiózisban) képesek működni.

Az optimális fermentáció követelménye a megfelelő szén-nitrogén arány(a szén aránya a nitrogénhez viszonyítva) a fermentálandó anyagban. Ideális esetben ez az arány 13:30. A lebontási maradékban található nitrogén vegyületek a növények számára könnyen felvehető formában vannak jelen.

A biogáz felhasználásának lehetőségei

Magas energiatartalma miatt (kb. 50 - 60% metán) energiatermelésre lehet hasznosítani. A biogáz energiatartalmát a metántartalomból lehet következtetni: 1 m3metán 9,94 kWh energiát tartalmaz. 60%-os metántartalom esetén 1 m3biogáz 0,6 l tüzelőolaj energiájával egyenértékű. Lehetséges felhasználási módok:

1. melegvíz előállítása biogáz üzemű kazánban;
2. kapcsolt villamos- és hőenergia termelés (kogeneráció), hűtőközeg előállítása esetén trigeneráció;
3. földgáz minőségű biometánelőállítása.

Melegvíz előállítása biogáz kazánban A biogáz legegyszerűbb és legolcsóbb hasznosítási módja biogáz égetésére alkalmas kazánban melegvíz előállítás. A fejlődő országokban ez az egyik legelterjedtebb hasznosítási mód. A biogáz üzemű kazánokat el lehet látni olyan égőfejekkel is, melyek alkalmasak egyéb folyékony vagy légnemű energiahordozók elégetésére (fűtőolaj, földgáz, PB gáz). Ehhez az egyszerű hasznosítási módhoz nagyban hasonlít a fejlődő országok energiaellátását célzó programok eredményeképpen létrejött egyszerű felépítésű biogáz üzemű tűzhelyek és lámpák használata. A vezetékes villamos rendszerektől elzárt területeken a biogáz üzemű lámpa lehetőséget biztosít olcsó fényforrás használatra. Kapcsolt villamos- és hőenergia termelés A biogáz üzemű generátorblokk, melynek felépítése azonos a földgáz üzemű kogenerációs berendezésekkel, a gázmotor nagyságától függően a biogáz energiatartalmának 25-42%-át képes villamos energiává alakítani, míg termikus hatásfoka 40%-körül alakul. A kis teljesítményű motorok elektromos hatásfoka alacsonyabb. A kogenerációs berendezések össz hatásfoka (elektromos és termikus) 75% fölött van. A biogáz használata áramtermelésre azért is előnyös lehet, mert földgázt válthat ki, csökkentve ezzel a külső szállítóktól való függést.

Lényegesen magasabb összhatásfok érhető el biometánüzemű törpeaggregát és boyler összeépítésével (a víz melegítése és a motorblokk hűtése azonos folyamatok), amely használati melegvíz mellett elektromos áramot is termel (az esetleg felesleges áram tárolása rövid távon akkumulátorral, hosszú távon vízbontással, H2 és O2 gázok tárolásával a legelőnyösebb). Bár az elektromos hatásfok alacsony, a termikus hatásfok magas; az egyedüli veszteségforrás a kipufogógázzal távozó hő, az összhatásfok 90 % feletti. Ez a megoldás semmiféle hálózatot nem igényel (sem villamos-hálózatot, sem távhő-hálózatot), ezért osztott/családi termeléscéljára (az élelmiszer-önellátáson kívül energia-önellátásra is) előnyös.

Biometánelőállítása Számos technológia létezik, melynek segítségével a biogázban található szén-dioxidot és egyéb olyan gázokat le lehet választani, melyek eltávolítása után a földgáz minőségével egyező ún. biometántkapunk. A biometán, amennyiben megfelel az MSZ 1638-ban közölt földgáz minőségi paramétereknek, a földgáz hálózatba betáplálható. Magyarországon még nem valósítottak meg biogáz tisztító berendezést és földgáz hálózati betáplálást. A biogáz Europában

2006-ban az Európai Unióban 62.200 GWh energiát állítottak elő biogázból. Ebbe az energiamennyiségbe beletartozik a depóniagáz, szennyvíztelepi biogáz és az egyéb szerves anyagokból előállított biogáz is (többnyire mezőgazdasági biogáz üzemek). Németország és Nagy-Britannia közel 36% és majd 32%-os részaránnyal a legnagyobb biogáz termelő országok közé tartoznak. A többi tagországban lényegesen kevesebb biogázt termelnek és hasznosítanak. Nagy-Britanniában a depóniagáz a meghatározó (90%), míg Németországban az egyéb biogáz termelés (főleg mezőgazdasági alapanyagokat hasznosító üzemek) közel 50%-os aránnyal a meghatározó. Nagy-Britannia 1000 lakosra jutó átlagos energiatermelése biogáz alapon 28,1 Toe, míg Magyarországé 1 Toe.

A lebontási maradék hasznosítása

A fermentáció után visszamaradt anyag sokkal jobban alkalmazható talaj szerves anyag utánpótlás biztosítására, mint az istállótrágya, mert:

-az anaerob kezelés során az értékes nitrogén tartalom megőrződik,

-az elfolyó anyag savassága csökken, a pH értéke 7-ről 8-ra emelkedik,

-istállótrágya esetében a C/N arány 30-50%-kal csökken, tehát a keletkező termék alkalmas közvetlen mezőgazdasági alkalmazásra,

-a folyamatban a foszfor és kálium tartalom a növények számára könnyen felvehető állapotba kerül,

-a gyommagvak csírázóképessége mezofil folyamatban csökken, termofil folyamatban gyakorlatilag megszűnik,

-a termék sokkal kevesebb kellemetlen szaganyagot tartalmaz és könnyen vízteleníthető.

A fermentáció eredményeként a hulladék elhelyezéssel járó közegészségügyi problémák csökkennek, mert:

-az anaerob fermentáció során az emberre veszélyes patogén baktériumok jelentős része elpusztul (termofil folyamatban teljes fertőtlenítés következik be),

-a termék térfogata számottevően csökken, tehát könnyebben és biztonságosabban tárolható,

-a környezetet szennyező anyagok koncentrációja csökken az anaerob fermentáció után