De fire stadier af anaerob fermentering
Drift og opførelse af et moderne biogasanlæg
Et biogasanlæg er konstrueret, så det giver de optimale betingelser for en biogasproduktion: Biomassen opbevares i store beholdere (""reaktorer""), hvor den gærer uden tilførsel af ilt og lys. Denne anaerobe fermentering foregår i fire trin, hvor hver specialiseret bakterie omdanner biomassen trin for trin og producerer biogas. Disse "trin" (også kaldet "faser") er som følger:
- Første trin: Hydrolyse (fordøjelse af råmaterialer)
- Andet trin: Acidogenese (forsuring)
- Tredje trin: Acetogenese (dannelse af eddikesyre)
- Fjerde trin: Metanogenese (dannelse af metan)
Biogassen består hovedsageligt af metan og kuldioxid, men også af mange andre gasser som svovlbrinte, kvælstof, ilt og ammoniak. I slutningen af fermenteringsprocessen står man tilbage med fermenteringsresten "digestat", som kan bruges i landbruget som gødning. Dette fuldender den naturlige cyklus; uden andre brugbare biprodukter er biogas meget bæredygtig.
Biogas: koen af beton
I betragtning af de procestrin, der er beskrevet ovenfor, er der stor lighed med fordøjelsessystemet hos en ko - og derfor kaldes et biogasanlæg også for en betonko. Både i biogasanlægget og i drøvtyggernes fordøjelsessystem omdanner bakterier biomasse til energi. Den proces, i et moderne biogasanlæg kaldes "substratforberedelse", svarer til, at koen tygger drøv. Hydrolysen finder sted i koens første mave (vommen). Forsuringen og dannelsen af eddikesyre finder derefter sted i omasum og abomasum, mens energien genereres (dvs. absorberes i koens krop) i tynd- og tyktarmen samt blindtarmen. En anden slående lighed er det faste inputmateriale (substratet). Ligesom deres køer fodrer mange landmænd deres biogasanlæg med bæredygtig materialer som majsensilage og græsensilage.
Elementerne i et biogasanlæg
Vigtige kerneelementer i ethvert biogasanlæg er som følger::
- Substrat / faststofføderr
- Reaktor
- Blandere til blanding i reaktorerne
- Gaslager
- Gæringsrestlager til det resterende gærede materiale
- Brugen af biogas anvendes normalt til et kraftvarmeanlæg eller sjældnere til gasbehandling og lagring i netværket.
En kraftvarmeenhed er en gasmotor, der er koblet sammen med en generator, der genererer elektricitet (strøm) fra biogasenergien. Blandere er nødvendige, fordi kun de kan skabe optimale betingelser for produktionen af biogas, når massen, i reaktoren, er blandet godt og jævnt. Målet med indføring af fast stof er at indføre den faste biomasse i reaktoren. Ideelt set gøres dette med et lavt energiforbrug og en problemfri drift, uanset hvilken type biomasse der er tale om.
Det faste materiale, der kan anvendes i et biogasanlæg, afhænger af flere faktorer. Primært skal det organiske indhold være meget kompakt, da kun dette kan omdannes til biogas. Opholdstiden skal også være i overensstemmelse med det anvendte, faste materiale. Opholdstiden refererer til den gennemsnitlige tid, som biomassen tilbringer i reaktoren, før den tømmes. Hvis denne tid er for kort, får bakterierne ikke tilstrækkelig tid til at nedbryde det meste af det faste materiale som nødvendigt. Resultatet er, at energien i biomassen ikke udnyttes fuldt ud. Teknologisk set udgør dette ikke et problem, men det påvirker den omkostningseffektive drift af biogasanlægget. Materialer med et højt energiinput giver heller ikke automatisk det mest økonomiske udbytte. Det er også nødvendigt at tage hensyn til omkostningerne ved inputmaterialet og den faktiske energi, det kan levere. Endelig skal der søges om officiel tilladelse til det valgte biomasse.