Dlaczego zestawy generatorów biogazu są korzystne dla rolnictwa?

Wytwarzanie energii elektrycznej na miejscu przy użyciu zestawów generatorów biogazu

Przetwarzanie obornika i resztek pożniwnych na niezawodną energię elektryczną w miejscu

Generatory biogazu wykorzystują różne odpady pochodzące z gospodarstw rolnych — od obornika po pozostałości po zbiorach — i przekształcają je w energię elektryczną bezpośrednio na miejscu. Oznacza to, że rolnicy nie muszą już tak bardzo polegać na sieci energetycznej, co jest szczególnie pomocne przy zasilaniu urządzeń wymagających stałego dopływu prądu, takich jak maszyny do dojenia czy jednostki chłodnicze. Gdy gospodarstwa przetwarzają własne odpady zamiast wysyłać je do zewnętrznych ośrodków, oszczędzają one koszty transportu oraz ograniczają emisję metanu o około 90 proc. w porównaniu do sytuacji, gdy odpady pozostają w otwartych zbiornikach. Silniki stosowane w tych systemach pozwalają wykorzystać od trzech czwartych do czterech piątych energii zawartej w biogazie, a większość instalacji wytwarza energię elektryczną z wydajnością wynoszącą około połowę wydajności tradycyjnych elektrowni, co czyni je ogólnie bardzo wydajnymi.

Sprawność i odporność operacyjna układów skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej (CHP)

Systemy skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej (CHP) znacznie zwiększają sprawność, ponieważ wykorzystują całe to odpadowe ciepło – około 30–50% wytworzonej energii – do zadań takich jak ogrzewanie obór, kontrola klimatu w szklarniach lub utrzymywanie digestorów w odpowiedniej temperaturze. Zgodnie z najnowszymi danymi Departamentu Energii USA zawartymi w raporcie z 2023 r., sprawność takich systemów może osiągać około 85%. Jest to bardzo imponujące w porównaniu do tradycyjnych metod. Gdy sieci energetyczne ulegają awarii podczas burz lub innych zakłóceń, systemy CHP nadal działają bez przerwy, dlatego wiele gospodarstw rolniczych tak bardzo na nich polega. Nowoczesne dzisiaj generatory biogazu są wyposażone w modułowe komponenty, które ułatwiają naprawy, a rolnicy zgłaszają czas działania przekraczający 95% przy prawidłowej konserwacji. Ponadto, dzięki odzyskiwanemu ciepłu silniki są mniej obciążane, co powoduje przedłużenie ich żywotności o 15–20 lat w porównaniu do standardowego sprzętu.

Korzyści ekonomiczne zainstalowania zestawu generatora biogazu

Obniżanie kosztów energii i zastępowanie paliwa diesel

Rolnicy mogą oszczędzać pieniądze na rachunkach za energię, przekształcając odpady pochodzące z gospodarstwa rolnego w użyteczną energię za pomocą generatorów biogazu. Oznacza to mniejszą zależność od zewnętrznych źródeł energii elektrycznej oraz brak konieczności stosowania drogich rezerwowych systemów zasilania paliwem diesel. Przykładem może być mleczarnia Fair Oaks Dairy, która przetwarza obornik pochodzący od około 9000 krów. Według danych firmy Greengas Inc. takie rozwiązanie zastępuje co roku około 1,5 miliona galonów paliwa diesel. Gdy te systemy są zainstalowane jako jednostki skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (CHP), rolnictwo zwykle odnotowuje spadek ogólnych kosztów energetycznych w zakresie od 30 do 50 procent. Niższe wydatki oznaczają szybszy zwrot z inwestycji oraz lepsze wyniki finansowe operacji rolniczych dążących do zielonej transformacji przy jednoczesnym zachowaniu rentowności.

Tworzenie przychodów z odpadów oraz ograniczanie wydatków na nawozy poprzez wykorzystanie digestatu

Systemy biogazowe przynoszą więcej niż tylko oszczędności na rachunkach. Tworzą także dodatkowe źródła dochodu. Gdy z tych systemów pozostaje nadmiar energii elektrycznej, rolnicy mogą otrzymywać za nią zapłatę w ramach różnych programów dotyczących czystej energii. Niektóre stany pozwalają nawet na bezpośredni sprzedaż tej energii firmom energetycznym na mocy specjalnych umów. Innym produktem tych systemów jest tzw. digestat. Można go uznać za naturalne nawóz przygotowany przez naturę, który zawiera bogaty zestaw składników odżywczych. Większość rolników stwierdza, że po wprowadzeniu tego procesu znacznie zmniejsza się ich zapotrzebowanie na nawozy zakupione w sklepie – czasem nawet o aż 90%！ Ten materiał działa lepiej, ponieważ rośliny łatwiej wchłaniają azot, a ryzyko szkodliwego odpływu do cieków wodnych jest mniejsze. Dane z praktyki pokazują, że gospodarstwa, które przełączyły się na ten system, zwykle obniżają swoje roczne wydatki o 20–40 procent. Jednak chodzi tu nie tylko o oszczędzanie pieniędzy. Chodzi przede wszystkim o lepszą spójność całego zarządzania – zarówno potrzebami energetycznymi, jak i zagospodarowaniem obornika oraz innych odpadów pochodzących z gospodarstwa rolnego.

Korzyści środowiskowe zestawów generatorów biogazu w operacjach gospodarstw rolnych

Zachwytywanie metanu, redukcja gazów cieplarnianych oraz rolnictwo dostosowane do zmian klimatycznych

Generatory biogazu zapobiegają uwalnianiu metanu do atmosfery z basenów na obornik i innych materiałów odpadowych poddających się rozkładowi. Metan jest bowiem około 28 razy bardziej szkodliwy dla klimatu niż dwutlenek węgla. Gdy gospodarstwa pozyskują ten biogaz i spalają go, przekształcają to, co stanowiło poważny problem środowiskowy, w użyteczną energię. Proces ten może zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych o około 60% w przypadku uczestniczących w nim gospodarstw. Dla każdej tony obornika przetwarzanej w systemie unika się rocznie emisji odpowiadającej mniej więcej 2,5 tony CO₂. Te redukcje wspierają spełnianie różnych standardów rolnictwa przyjaznego klimatowi oraz ułatwiają przestrzeganie przepisów, takich jak te określone w programie AgSTAR EPA.

Kontrola zapachu, redukcja patogenów oraz odzysk organicznych odpadów

Beztlenowa fermentacja naturalnie zmniejsza nieprzyjemne zapachy, ponieważ rozkłada wonne kwasy tłuszczowe oraz związki siarki. Badania wykazują, że może to zmniejszyć uciążliwe zapachy o około 80 procent w porównaniu do pozostawiania odpadów w otwartych zbiornikach magazynowych. Gdy utrzymujemy wysoką temperaturę przez dłuższy czas – w zakresie od około 50 do 60 stopni Celsjusza – większość szkodliwych bakterii również ginie. Ponad 90 procent groźnych mikroorganizmów, takich jak Escherichia coli i Salmonella, znika, a razem z nimi także uciążliwe jaja pasożytów. Dodatkowo, zamiast przekazywać cały ten materiał organiczny na składowiska lub dopuszczać jego przedostawanie się do systemów wodnych, beztlenowa fermentacja przekształca składniki odżywcze w formę przydatną dla roślin. Dzięki temu zapobiega się wypłukiwaniu azotanów do źródeł wody i ogólnie poprawia się zdrowie lokalnych dorzeczy.

Digestat: zrównoważony produkt uboczny poprawiający zdrowie gleby

To, co wychodzi z generatorów biogazu, to nie tylko materiał odpadowy, lecz rzeczywiste, wartościowe nawóz organiczny, który przekształca to, co w przeciwnym razie zostałoby odrzucone, w coś korzystnego dla gleby. Ciecz pozostająca po tym procesie zawiera od 60 do 80 procent azotu przyswajalnego przez rośliny oraz znaczne ilości fosforu i potasu. Rolnicy stosujący ten produkt zamiast tradycyjnych nawozów chemicznych często obserwują poprawę wzrostu upraw o około 10–30 procent. Ponadto gleba staje się bardziej odporna w czasie – lepiej zatrzymuje wodę i charakteryzuje się poprawioną strukturą. Jedną z głównych zalet jest to, że proces fermentacji beztlenowej eliminuje szkodliwe bakterie oraz nieprzyjemne zapachy związane z surowym obornikiem, dzięki czemu pozostały po nim digestat jest znacznie bezpieczniejszy do rozrzucania na polach, bez ryzyka zanieczyszczenia. Większość rolników może stosować ten digestat przy użyciu istniejącego sprzętu, co pozwala im ograniczyć wydatki na drogie nawozy mineralne. Po kilku sezonach regularnego stosowania digestatu gleba staje się bogatsza w humus i wykazuje około 70-procentową poprawę odporności na suszę w porównaniu do metod konwencjonalnych. Dzięki temu digestat stanowi ważny element nowoczesnych praktyk rolniczych, które współpracują z naturą, a nie działają przeciwko niej.