Biogazul produs prin fermentaţie în substrat solid

În Europa, sistemele de biodegradare anaerobă a deşeurilor solide se folosesc încă de la începutul anilor 1990 şi sunt utilizate pentru descompunerea reziduurilor menajere solide orăşeneşti. Majoritatea sistemelor aplicate în acest sens sunt de tip continuu, automatizat, în care deşeurile sunt introduse continuu, iar materialul organic descompus anaerob se elimină, tot fără întrerupere.

Sisteme lichide de fermentaţie

În agricultură, sistemele de fermentaţie anaerobă şi de producere a biogazului sunt, în mare parte, sisteme lichide de fermentaţie sau de fermentaţie în sistem submers, cum sunt denumite în industria de profil.

Aceasta se datorează faptului că majoritatea sistemelor de evacuare a gunoiului din fermele din vest duc la obţinerea dejecţiilor în stare lichidă. Chiar şi în cazurile în care rezultă dejecţii solide, pentru a le fermenta şi pentru a produce biogaz, companiile specializate în acest domeniu propun sisteme de fermentaţie lichidă.

Astfel, materia solidă se amestecă cu volume mari de apă, se folosesc fermentatoare de capacităţi foarte mari, iar după fermentaţie, solidele se separă din nou de faza lichidă.
Oare nu se pot elimina aceste etape tehnologice, astfel încât dejecţiile în stare solidă să poată fi procesate fără a trece printr-o suspensie apoasă?

Fermentaţia în substrat solid

Recent, am vizitat Universitatea Hohenheim din Stuttgart şi am aflat că cercetătorii de aici au dezvoltat un sistem de fermentare a biomasei solide cu producere de biogaz. Aceştia s-au gândit să transfere sistemul aplicat la biodegradarea deşeurilor solide orăşeneşti la degradarea dejecţiilor şi a biomasei din ferme cu producere de biogaz.

Pentru că în ferme se obţin cantităţi mult mai mici de dejecţii sau de reziduuri solide decât volumul deşeurilor din aşezările omeneşti, nu se poate prelua sistemul continuu, automatizat, aplicat în acest din urmă caz. Aici este necesară aplicarea unui sistem de fermentare în şarje, sau un sistem batch, termen folosit în industria de profil.

Acest sistem constă în umplerea fermentatorului o singură dată, în care, odată închis, fermentaţia durează câteva săptămâni, Apoi, se deschide, biomasa fermentată se descarcă şi se umple din nou cu o altă şarjă de fermentaţie. În acest sistem nu există amestecare, porţiuni din materialul fermentat rămânând în fermentator ca inocul (maia) pentru iniţierea fermentaţiei următoare.

Producţie continuă de biogaz

Întrucât producţia de biogaz fluctuează în timpul fermentaţiei, (are valoarea zero la început, apoi creşte atingând producţia maximă, după care începe să scadă pe măsură ce substanţa organică este consumată), se impune construirea mai multor fermentatoare, dispuse în baterie, astfel încât fiecare să se afle într-o altă fază de fermentaţie.

Prin urmare, se va obţine o producţie continuă de biogaz.
Sistemele de fermentaţie în substrat solid au o construcţie mult mai simplă decât fermentatoarele pentru fermentaţie lichidă şi majoritatea folosesc fermentatoare de tip garaj. Practic, ele sunt încăperi din beton armat, închise ermetic, în care se introduce substratul solid. În partea superioară se dispune un sistem de conducte perforate, prin care substratul solid se stropeşte cu lichid.

Acesta este percolat prin toată masa solidă şi se acumulează în partea inferioară într-un rezervor, de unde este pompat din nou în conductele perforate pentru a fi împrăştiat pe biomasa solidă. Această spălare a substratului solid se face de obicei de două ori pe zi, timp de 15 minute.

Cum şi ce tip de îngrăşământ folosim?

Substratul folosit trebuie să aibă o structură care să permită circulaţia lichidului prin toată masa solidă. De aceea, nu se folosesc materiale cu grad mare de compactare, cum sunt fecalele de vacă, sau, dacă se folosesc, acestea trebuie să se amestece bine cu materiale care să le confere textură şi afânare, pentru circulaţia lichidului (paie tocate, substrat vegetal, etc.).

Cele mai bune rezultate se obţin cu fecalele de cal, care au o structură mai fibroasă şi mai afânată. De asemenea, s-au obţinut rezultate bune cu gunoiul de la ferme avicole, în care se utilizează aşternut permanent.

În cazul în care se folosesc materiale solide cu grad mare de compactare, se formează zone prin care lichidul se scurge şi porţiuni în care lichidul nu ajunge niciodată, iar materialul rămâne nedegradat.

Lichidul are un rol crucial în fermentarea materialului solid, pentru că reprezintă cărăuşul microorganismelor care fermentează materia organică. Dezvoltarea lor se iniţiază doar în unele zone din materia solidă, iar la trecerea periodică a lichidului prin substratul solid, acesta va spăla celulele de microorganisme şi le va împrăştia pe toată masa substratului prin partea superioară.

Lichidul va conduce microorganismele metanogene în zonele în care acestea lipsesc. Percolarea are loc pentru că în sistemul de fermentaţie în substrat solid nu există amestecătoare, aşa cum se întâmplă în sistemul lichid, pentru a obţine un amestec omogen de substrat şi microorganisme metanogene.