Proces fermentacji metanowej jako jedna z metod zagospodarowania odpadów komunalnych stanowi jedną z metod bezpiecznego oraz sterowalnego sposobu wytwarzania energii elektrycznej oraz cieplnej. Niedawne zmiany legislacyjne w zakresie prawa odpadowego narzuciły, ale też otworzyły ścieżkę właściwego zagospodarowania odpadów biodegradowalnych, ze szczególnym naciskiem na bioodpady kuchenne. Właściwe wykorzystanie prawodawstwa odpadowego oraz metod technologicznych umożliwia praktyczne zamknięcie obiegu bioodpadów kuchennych wraz z odzyskiem energii odnawialnej.
Ostatnia dekada w branży gospodarki odpadami komunalnymi to przykład ciągłych zmian legislacyjnych na szczeblu zarówno wspólnotowym, jak i w efekcie tego – w krajowym prawodawstwie. Dla przedsiębiorstw z tego sektora gospodarki oznacza to konieczność ciągłego wręcz dostosowania własnych zasobów logistycznych, technicznych oraz ludzkich w celu spełnienia wymagań ustawodawcy. Jednym z ważniejszych aktów regulujących było Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska w sprawie sposobu selektywnego zbierania wybranych frakcji odpadów. Akt ten nałożył obowiązek wyodrębnienia kolejnej grupy odpadów komunalnych, które muszą być zbierane selektywnie – bioodpadów. Jednocześnie rozporządzenie to nie wskazuje jakie dokładnie odpady należy pod tym pojęciem rozumieć.
Bioodpady jako substrat w procesie fermentacji metanowej
Istnieje kilka metod zagospodarowania, przetwarzania odpadów biodegradowalnych, bioodpadów, wśród których dwie zgodnie z Ustawą o Odpadach oraz powszechności zastosowania są najbardziej rozwinięte. Pierwsza metoda to stabilizacja tlenowa potocznie zwana kompostowaniem. Druga – to proces stabilizacji beztlenowej, a więc proces fermentacji. Ze względu na możliwość energetycznego wykorzystania jednego z produktów procesu fermentacji – biogazu, metoda ta ma znaczącą przewagę nad procesem kompostowania. Bioodpady kuchenne są obecnie przedmiotem badań wielu ośrodków badawczych – zarówno krajowych, jak i zagranicznych. Sam wolumen tej grupy odpadów naszym kraju szacowany jest na co najmniej 5 mln ton w skali roku [1].
Potencjał energetyczny – biogazowy tej grupy odpadów jest bardzo zróżnicowany i zależy od wielu czynników, takich jak:
– uwodnienie w stanie surowym,
– uwodnienie po procesie przygotowania,
– czas wcześniejszego magazynowania,
– sposób wstępnego przygotowania,
– a przede wszystkim – specyficzny skład oraz jego zmienna charakterystyka.
Przeprowadzone badania potwierdziły przydatność bioodpadów kuchennych do zasilania reaktora fermentacji, zapewniając stabilną produkcję biogazu. Średnia efektywność produkcji biogazu mieści się w przedziale 600-700 m3 z Mg s.m.o.
Dobór metody przetwarzania
Podczas doboru metody przetwarzania bioodpadów kuchennych należy zwrócić szczególną uwagę na aspekty technologiczne, ale także aspekty formalno-prawne dla wybranej metody. W myśl Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1069/2009 oraz Rozporządzenia Komisji (UE) nr 142/2011, bioodpady kuchenne należy traktować jako tzw. materiał KAT 3 – a więc, są one ubocznymi produktami pochodzenia zwierzęcego. Konsekwencjami takiej kategoryzacji bioodpadów kuchennych są m.in. konieczność zatwierdzenia weterynaryjnego podmiotu (stworzenie i wdrożenie systemu HACCP), a także na etapie planowania technologii produkcji wdrożenia właściwych parametrów przekształcania (w tym higienizacja substratu w temp. min 70°C przez 60 min, oraz rozdrobnienie do 12 mm). Spełnienie powyższych regulacji daje podstawę do zatwierdzenia zakładu przetwarzającego przez inspekcję weterynaryjną. Konieczność dostosowania technologii przygotowania substratu do wymogów weterynaryjnych skutkowała doborem systemu higienizacji substratu opartego o zewnętrzne zbiorniki, których zasilanie w czynnik grzewczy pochodzi z układu kogeneracyjnego biogazowni. Taki układ gwarantuje każdorazowo pełną higienizację substratu (co w układach opartych o higienizację w samej komorze fermentacyjnej nie zawsze może być stuprocentowo skuteczne). Dotychczasowe obserwacje wskazują na dodatkowy efekt takiego rozwiązania – wstępnego rozkładu termicznego i być może częściowej hydrolizy substratu, co w efekcie może skutkować szybszym rozkładem materii organicznej w reaktorze fermentacji. Sam proces higienizacji jest poprzedzany rozdrobieniem substratu do frakcji o średnicy maksymalnie 12 mm, a także poprzez urządzenie separujące usunięcie zanieczyszczeń nieorganicznych (głównie opakowań, plastiku oraz innych frakcji opadów nie nadających się do procesu fermentacji) na drodze separacji odśrodkowej przy udziale cieczy.
Proces fermentacji oraz wykorzystania pofermentu
Właściwy dobór parametrów procesu fermentacji jest kolejnym kluczowym aspektem determinującym możliwość poddania rozkładowi beztlenowemu danego substratu. W omawianym przypadku, zastosowano reaktor poziomy o przepływie tłokowym o objętości czynnej 1000 m3. Praca reaktora wspomagana jest 4 mieszadłami wbudowanymi poprzecznie do przepływu masy fermentującej.
Z założenia reaktor taki dedykowany jest do fermentacji tzw. suchej. Przeprowadzone zostały badania, których głównym celem było potwierdzenie tezy o możliwości poddania fermentacji substratu o zawartości suchej masy w przedziale 18-22%. Kluczowa do określenia była ilość zanieczyszczeń nieorganicznych, które ze względu na swój charakter mogą doprowadzić do wystąpienia procesów sedymentacji i flotacji wewnątrz reaktora. Określono, że poziom zanieczyszczeń jest niski (frakcja tworzyw sztucznych ok. 2%, kamienie, szkło, metale 0,5%), jednakże nie można całkowicie wykluczyć wystąpienia procesów sedymentacji w dłuższym czasie. Przeprowadzono badania obciążania ładunkiem organicznym komory, które w korelacji z zawartością suchej masy substratu mieszczą się w przedziale 3-5,3 kg o.s.m./ m3x d. Charakter bioodpadów nie pozwala jednoznacznie na precyzyjne określnie dobowej dawki uzyskanego biogazu (głównie ze względu na różny poziom uwodnienia), należy jednak przyjąć że produkcja biogazu będzie się mieścić w przedziale 75-129 m3/Mg podanego substratu przy mono substratowym sposobie zasilania komory.
Istotną korzyścią fermentacji bioodpadów jest możliwość m.in. rolniczego wykorzystania resztek pofermentacyjnych po spełnieniu szeregu ustawowych warunków. W polskim prawodawstwie możliwe jest utracenie statusu odpadu i jego przekształcenie
w produkt. W przypadku tego rodzaju produktów- cieczy pofermentacyjnych (a także frakcji stałych), kluczowa jest Ustawa o Nawozach i Nawożeniu (Dz.U.2007 nr 147 poz. 1033), która wraz z rozporządzeniem wykonawczym reguluje wprowadzenie do obrotu produktów nawozowych. Decyzje w zakresie dopuszczenia do obrotu produktu pofermentacyjnego podejmuje minister właściwy do spraw rolnictwa, po spełnieniu szeregu wymagań obejmujących badania fizyko-chemiczne, bakteriologiczne oraz szereg opinii instytutów badawczych.
Podsumowanie
Rynek gospodarki odpadami w naszym kraju podlega nieustającym zmianom wynikającym z konieczności dostosowania do wymogów prawnych, środowiskowych, społecznych oraz ekonomicznych. Poszukiwane są rozwiązania mogące doprowadzić do cyklu zwanego gospodarką w obiegu zamkniętym. Opisany w niniejszym tekście przykład fermentacji odpadów kuchennych jest jedną z metod recyclingu organicznego, który idealnie wpisuje się w założenia GOZ. Obecna sytuacja gospodarcza; wzrastające ceny energii, koszty zagospodarowania odpadów, czy nawet koszty nawozów w sektorze rolniczym, pokazują, że należy tak przekształcać (przetwarzać) odpady, aby z korzyścią zysku energetycznego wytwarzać z nich środki nawozowe. Na krajowym przykładzie firm przetwarzających odpady komunalne jest zaledwie kilka instalacji wykorzystujących technologię fermentacji. Kilka z nich wdraża obecnie rozwiązania przedstawione w niniejszym artykule, co przy ilości bioodpadów kuchennych będących w obiegu jest liczbą zdecydowanie (pomijalnie wręcz) za małą.
LITERATURA
Kamińska-Borak J, Szczepański K, Waszczyłko-Miłkowska. „Morfologia Odpadów Komunalnych Wytwarzanych w Polsce, Instytut Ochrony Środowiska – PIB.
Źródło: Bartosz Gogol, Główny Technolog, Master Odpady i Energia Sp. z o.o.
Artykuł pochodzi z wydania 4/2025 “Nowa Energia”
