Biogas i đubrivo iz kućnog otpada
U prirodi, raspadom organske materije oslobađaju se različiti gasovi koji mogu biti otrovni, zapaljivi ili štetni. Sa druge strane, nagomilavanje organske materije deluje negativno po mnoge ekosisteme, naročito vodene.
Kako sprečiti štetan efekat gasova nastalih raspadom organske materije, kako iskoristiti nastale gasove i kako proizvesti kvalitetno organsko đubrivo za uzgoj biljaka? Otkrićete čitanjem ovog članka.
Anaerobna digestija
Raspadom organske materije pod uticajem anaerobnih bakterija i arheja oslobađa se biogas. Ovaj proces se naziva anaerobna digestija, a ovako dobijen biogas možemo da izolujemo i korisimo za grejanje, kuvanje, dobijanje elektriciteta i slične potrebe. Proces digestije se odvija u anaerobnim digestorima koji mogu da koriste kućni otpad kao organsku materiju, a da istovremeno proizvode biogas i tečno đubrivo.
Primer:
Da li ste znali da jedna krava godišnje proizvode istu količinu štetnih gasova kao automobil koji pređe 25.000 km? Krave, zahvaljujući specifičnoj građi i prisustvu odgovorajućih grupa mikroorganizama, ispuštaju veliku količinu gasova, prvenstveno metan koji je 23 puta štetniji od ugljen dioksida.
Odličan primer anaerobnog digestora jeste digestivni sistem krava. Iz ovog razloga, za uspostavljanje neophodnih mikroorganizama u veštačkim anaerobnim digestorima najčešće se koristi uzorak kravljeg izmeta.
Kako izgleda anaerobni digestor?
Digestor nije ništa drugo do jedna zatvorena boca, bure ili rezervoar, a može da se izgradi od različitih materijala kao što su cigle, beton, plastika, najlon i slično.
Dizajn anaerobnog digestora
Efikasnost anaerobnog digestora zavisi od 5 faktora, a prva tri se odnose na dizajn digestora.
Prvi faktor se odnosi na to da digestor bude hermetiči zatvoren. Dakle, potrebno je osigurati da uslovi u digestoru budu takvi da nema kiseonika (anaerobna sredina) i da se spreči „curenje“ gasa.
Drugi faktor se odnosi na unos vode i organske materije u digestor. Najidealnije bi bilo da količina vode u sistemu iznosi 50%, a da količina organske materije iznosi 40% zapremine digestora. Ostalih 10% služi kao mesto za skladištenje gasa.
Arheje su mikroorganizmi koji su najzasluženiji za obavljanje ovog procesa. One vole vodu, zato je naophodno da u digestoru postoji dovoljna količina vode. Voda će takođe uticati i na stopu difuzije kiseonika u digestor.
Treći faktor se odnosi na temperaturu unutar digestora, a ona se održava postavljanjem izolacije ili ukopavanjem u zemlju. Temperatura u sistemu treba da se kreće od 10 do 40°C. Više temperature dovode do bržeg stvaranja biogasa, ali je potrebno pratiti temperaturni optimum za Arheje.
Karakteristike organskog otpada
Četvrti faktor se odnosi na pH vrednost (kiselost i baznost) organske materije. Na ulazu u digestor pH treba da iznosi oko 5,5 (kisela sredina). Ukoliko je pH vrednost na ovom delu manja, onda se dodaje pepeo ili krečnjak dok se ne postigne željena pH vrednost. Prilikom konverzije kiseline u metan sredina postaje neutralna.
Kada tečni fertilizator napusti digestor trebao bi da ima neutralnu pH vrednost. Ukoliko je pH manja, onda je to znak zakišeljavanja. Zakišeljavanje je rezultat prehranjivanja sistema ili njegovog prestanka sa radom. Zakišeljen sistem ne proizvodi biogas, a ukoliko se to desi najbolje bi bilo da se krene od početka.
Peti faktor predstavlja odnos između koncentracije ugljenika i azota (C:N) u organskom otpadu. Ukoliko želimo da imamo najefikasniji sistem, onda bi taj odnos trebao da iznosi 21:1.
Ukoliko se odlučimo za drugi tip otpada, kao što je kućni, onda je potrebno da ga kombinujemo tako da dobijemo odnos C:N približan 21:1. Odnos ugljenika i azota treba da bude u granicama između 16-25:1. Ako je ovaj odnos veći, onda nastaje manje gasa. Ako je odnos manji, onda nastaje više amonijaka.
Kako funkcioniše anaerobni digestor?
Najidealniji oblik digestora je oblik čajanke. Anaerobni digestor treba da poseduje tri otvora. Prvi otvor služi za unos organske materije i vode, a drugi otvor je namenjen za izdvajanje tečnog đubriva. Na samom vrhu, neposredno iznad mesta za skladištenje gasa, postavlja se cev za odvod biogasa do mesta njegove upotrebe.
Unutar digestora dolazi do konverzije organske materije u biogas. Materija se u sistemu zadržava 10-40 dana, a iseckani materijal se mnogo brže razlaže. Na površini vode u digestoru se izdvajaju masti i ulja, a na dnu proteini i ugljeni hidrati.
Proces se odvija kroz četiri koraka. Prvi korak jeste proces hidrolize kompleksnih organskih jedinjenja do tečnih polimera i monomera. Drugi korak je acidogeneza, odnosno pretvaranje ugljenih hidrata i aminokiselina u amonijak, masne kiseline i alkohole. Treći korak je proces acetogeneze odnosno nastanka vodonika, ugljen-dioksida i sirćetne kiseline. Poslednji korak jeste proces metanogeneze u kojem metanogeni mikroorganizmi iz vodonika i sirćetne kiseline stvaraju metan. Na kraju ovog procesa oslobađa se metan koji biva zadržan u zoni za skladištenje sve do njegove upotrebe.
Produkti anaerobne digestije
Na ovaj način, od organske materije nastaje 60% metana, oko 40% ugljen dioksida i oko 2% vodonik sulfida, kao gasovi, i tečno đubrivo. Proces je potpuno kontrolisan.
Dobijanje gasa na ovakav način spada u obnovljivi izvor energije, a utiče i na smanjenje emisije gasova staklene bašte.
