CalculatoareHărțiȚăriClasamenteComparațiiTehnologiiGhiduri Energy Explorer Parcuri solare și eoliene Glosar
Calculator · Bioenergie, geotermal și hidrogen

Calculator biogaz: amestec de materii prime → metan, kW electrici, căldură și digestat

Introdu ce intră zilnic în fermentator (dejecții lichide, gunoi de grajd, siloz, sfeclă sau deșeuri alimentare) și afli volumul de biogaz și metan, producția electrică și termică a cogenerării (sau biometanul), mărimea fermentatorului, încărcarea organică și rentabilitatea.

Link editabil de partajare Raport PDF personalizat Gratuit · fără cont

Rezultate

Cei 3.150 m³ de biogaz pe zi (53% metan) alimentează un motor de cogenerare de circa 299 kWe timp de 8.000 h/an și produc 2,39 GWh de electricitate și 2,57 GWh de căldură. Încărcarea organică de 2,4 kg SOU/m³·zi se încadrează în intervalul obișnuit de 1,5–4. Amortizare în ≈ 13,2 ani, dar IRR (2,7%) e sub rata ta de actualizare de 6%: ai nevoie de tarife mai bune, de vânzări de căldură sau de materii prime mai ieftine.
Putere electrică cogenerare
299kWe
2.201.456 kWh/an livrați în rețea
Producție termică
322kWth
1.929 MWh/an excedent după încălzirea fermentatorului
Producție de biogaz
3.150m³/zi
1.150 mii m³/an
Conținut de metan
52,7%
1.661 m³ CH₄/zi
Energie primară (metan)
5,98GWh/an
683 kW în regim continuu
Volum fermentator
2.520m³
retenție 60 zile · încărcare 2,45 kg SOU/m³·zi
Digestat
13.821t/an
37,9 t/zi, 10% din masă transformată în gaz
Venit anual
361.087 €
culturi 175.200 €/an
Amortizare
13 ani și 3 luni
investiție 1.345.999 €
IRR
2,7%
Biogaz pe materie primă
Unde ajunge energia metanului

Amestec de materii prime

Materii primet/ziPondere în masăSU %Biogaz m³/tCH₄ %Biogaz m³/ziPondere în gaz
Dejecții lichide de bovine3071%10255575024%
Siloz de porumb1229%33200522.40076%

Valori tipice ale materiilor prime (pe tona de masă proaspătă)

Materii primeSubstanță uscată %Substanță organică % din SUBiogaz m³/tMetan %Biogaz m³/t SOU
Dejecții lichide de bovine10802555313
Dejecții lichide de porc6802265458
Gunoi de grajd de bovine (solid)25806055300
Așternut / dejecții de pasăre40758060267
Siloz de porumb339520052638
Siloz de iarbă359018054571
Sfeclă de zahăr239013052628
Deșeuri alimentare (colectate separat)259014060622
  • Producțiile sunt valori medii din literatură (FNR/KTBL). În realitate variază cu ±20–30%, în funcție de calitatea silozului, diluția dejecțiilor, pierderile la depozitare și timpul de retenție. Înainte să investești, fă teste BMP de laborator pe materiile tale prime.
  • Energia metanului se calculează cu puterea calorifică inferioară de 9,97 kWh/Nm³. Digestatul ≈ masa intrată minus masa gazului eliberat și păstrează practic tot azotul, fosforul și potasiul din materiile prime.
  • Multe țări limitează culturile energetice (de exemplu, o cotă maximă de porumb) sau plătesc tarife doar pentru deșeuri și dejecții, așa că verifică regulile locale.

Cum funcționează calculatorul de biogaz

Fermentarea anaerobă transformă materia organică într-un amestec de metan și dioxid de carbon, într-un rezervor încălzit și etanș. Cantitatea de gaz depinde aproape în întregime de ce pui în fermentator: dejecțiile lichide, pline de apă, au puțină materie organică pe tonă, în timp ce silozul și deșeurile alimentare sunt energie concentrată. Calculatorul te lasă să alcătuiești un amestec de materii prime din opt materiale uzuale, apoi urmărește energia prin instalație:

  1. Biogazul și metanul din fiecare materie primă, pe baza randamentelor medii din literatură pe tona de masă proaspătă și a conținuturilor tipice de metan (FNR/KTBL);
  2. Energia primară din metan, după o mică pierdere prin scăpări;
  3. fie un motor de cogenerare pe gaz (electricitate, căldură, consum propriu de electricitate și încălzirea fermentatorului), fie purificarea la biometan pentru injectare în rețea;
  4. Dimensionarea fermentatorului pornind de la timpul de retenție hidraulică și încărcarea organică rezultată;
  5. Digestatul produs și economia instalației, inclusiv cumpărarea culturilor energetice și taxele încasate pentru preluarea deșeurilor alimentare.

Formulele

Biogaz (m³/zi) = Σ tone_i × randament_i (m³/t masă proaspătă) Metan = Σ biogaz_i × pondere CH₄_i Energie primară (kWh) = CH₄ (m³) × 9.97 × (1 − scăpări) Cogenerare: electricitate = primară × η_el căldură = primară × η_th Putere motor (kWe) = electricitate anuală / ore de funcționare la sarcină maximă Volum fermentator (m³) = masă proaspătă zilnică (≈ t) × HRT (zile) OLR (kg VS/m³·zi) = Σ tone_i × DM_i × VS_i × 1,000 / volum Digestat = masa introdusă − masa de CH₄ și CO₂ eliberată

Exemplu de calcul: dejecții de la vaci de lapte plus siloz de porumb

Instalația implicită fermentează 30 t/zi de dejecții lichide de bovine (de la aproximativ 500–600 de vaci de lapte) și 12 t/zi de siloz de porumb:

  • dejecțiile dau 750 m³ de biogaz pe zi, iar porumbul 2.400 m³, deci silozul înseamnă 29% din masă, dar 76% din gaz;
  • în total 3.150 m³/zi cu circa 53% metan, adică 1.660 m³ de metan, echivalentul a 6,0 GWh pe an (683 kW în regim continuu);
  • un motor de cogenerare cu randament electric de 40% și termic de 43%, care merge 8.000 h/an, are o putere de circa 300 kWe și produce 2,4 GWh de electricitate (2,2 GWh livrați în rețea după un consum propriu de 8%) și 2,6 GWh de căldură;
  • cu un timp de retenție de 60 de zile, fermentatorul are nevoie de circa 2.500 m³, ceea ce dă o încărcare organică de 2,45 kg VS/m³·zi, confortabil în zona stabilă;
  • instalația întoarce pe câmp circa 13.800 t de digestat pe an.

Dacă vinzi electricitatea cu 0,15 €/kWh și 40% din surplusul de căldură cu 0,04 €/kWh, încasezi circa 360.000 € pe an, dar cele 4.380 t de porumb cumpărate cu 40 €/t costă 175.000 €. La 4.500 €/kWe, investiția se recuperează în circa 13 ani, cu un IRR sub 3%. De aceea biogazul din ferme depinde de tarife, de clienți pentru căldură sau de materii prime ieftine din deșeuri.

Cum citești rezultatele

  • Puterea de cogenerare / producția de biometan arată dimensiunea principală a instalației.
  • Un conținut de metan sub 50% indică un amestec sărac în grăsimi și proteine sau probleme de proces.
  • Încărcarea organică: peste circa 4–4,5 kg VS/m³·zi crește riscul de acidifiere și spumare; sub 1, fermentatorul e mai mare decât e nevoie.
  • Diagrama fluxului de energie arată cât din energia metanului devine electricitate și căldură vandabile; căldura nefolosită este cea mai mare pârghie pentru rentabilitate.
  • Tabelul materiilor prime compară ponderea fiecărui material în masă cu ponderea lui în producția de gaz.

Valori tipice

Materie primă Substanță uscată Biogaz (m³/t masă proaspătă) Metan
Dejecții lichide de bovine 8–11% 20–30 55–60%
Dejecții lichide de porc 4–7% 20–35 60–65%
Gunoi de grajd de bovine (solid) 20–25% 40–80 55%
Găinaț 30–50% 70–90 60%
Siloz de porumb 30–35% 170–230 52%
Siloz de iarbă 25–40% 170–200 54%
Sfeclă de zahăr 20–25% 120–140 52%
Deșeuri alimentare 15–30% 100–200 58–62%

Cum crești producția și rentabilitatea

  • Folosește căldura. Dacă vinzi sau folosești surplusul de căldură (uscare, sere, termoficare), veniturile pot crește cu 20–30%.
  • Fermentează împreună și deșeuri. Deșeurile alimentare sau resturile vegetale cresc producția de gaz și pot aduce bani din taxa de preluare, în loc să coste.
  • Evită diluarea. Apa de ploaie și apa de spălare ajunse în bazinele de dejecții scad producția pe tonă și ocupă volum în fermentator.
  • Acoperă depozitul de digestat. O acoperire etanșă recuperează gazul rezidual (adesea cu 5–10% mai mult) și reduce emisiile de metan.
  • Alimentează constant, în porții mici și dese, ca să ții microorganismele sănătoase și conținutul de metan ridicat.

Limitări

Randamentele sunt valori medii din literatură; cele reale variază cu ±20–30% în funcție de calitatea silozului, pierderile la depozitare, diluarea dejecțiilor și timpul de retenție, așa că înainte de investiție se recomandă teste de laborator pentru potențialul de biometan (BMP). Modelul presupune un fermentator mezofil cu agitare continuă, alimentare constantă tot anul și o densitate a masei proaspete de circa 1 t/m³. Necesarul sezonier de căldură al fermentatorului, tratarea hidrogenului sulfurat, procesarea digestatului și autorizațiile nu sunt modelate. Schemele de sprijin și limitele pentru culturile energetice diferă de la o țară la alta.

Metodă și ipoteze

Biogaz = Σ (tone/zi × producția tipică de biogaz pe tona de masă proaspătă); metan = Σ biogaz × proporția de CH₄. Energia primară = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ × (1 − pierderi de metan). Cogenerare: electricitate = energie primară × ηel, căldură = energie primară × ηth; puterea motorului = electricitatea anuală ÷ orele echivalente la sarcină plină. Din rezultat se scad consumul propriu și încălzirea fermentatorului. Biometan: volumul de CH₄ purificat, minus electricitatea consumată la purificare. Volumul fermentatorului = masa proaspătă zilnică (≈ 1 t/m³) × timpul de retenție; încărcarea organică = kg de substanță organică uscată pe m³ pe zi. Digestat = masa intrată − masa de CH₄ și CO₂ eliberată.

Întrebări frecvente

Cât biogaz produce o tonă de gunoi de grajd?
Valorile tipice pe tona de masă proaspătă sunt de circa 20–30 m³ de biogaz pentru dejecțiile lichide de bovine, 20–35 m³ pentru dejecțiile lichide de porc, 40–80 m³ pentru gunoiul solid de bovine și 70–90 m³ pentru găinaț. Culturile energetice dau mult mai mult: circa 200 m³ pe tona de siloz de porumb și 170–200 m³ la silozul de iarbă.
Câtă electricitate produce 1 m³ de biogaz?
Biogazul cu 55% metan conține circa 5,5 kWh de energie pe m³ (metanul are aproximativ 10 kWh/m³). Un motor de cogenerare pe gaz transformă 38–42% din această energie în electricitate, deci aproximativ 2,0–2,3 kWh de electricitate plus 2,3–2,5 kWh de căldură utilizabilă pe m³.
Câte vaci îți trebuie pentru o instalație de biogaz?
O vacă de lapte produce circa 50–60 kg de dejecții lichide pe zi, adică aproximativ 1,3–1,5 m³ de biogaz, suficient pentru circa 0,12 kW de putere electrică continuă. Instalațiile care folosesc doar dejecții au nevoie de câteva sute de vaci pentru o unitate de cogenerare de 50–100 kW; majoritatea instalațiilor din ferme adaugă culturi energetice sau deșeuri alimentare ca să crească producția.
Ce conținut de metan are biogazul?
De obicei 50–65%; restul este în mare parte dioxid de carbon, cu urme de hidrogen sulfurat, vapori de apă și amoniac. Materiile prime bogate în grăsimi și proteine dau mai mult metan, iar culturile bogate în carbohidrați, precum porumbul, dau circa 52%.
Ce înseamnă timpul de retenție hidraulică și încărcarea organică?
Timpul de retenție arată cât stă în medie materia primă în fermentator (volumul fermentatorului ÷ alimentarea zilnică): de regulă 20–30 de zile pentru dejecții lichide și 60–100 de zile cu culturi energetice. Încărcarea organică înseamnă kilogramele de substanță organică uscată (VS) introduse pe m³ de fermentator pe zi; 1,5–4 kg VS/m³·zi este intervalul normal pentru fermentatoarele cu agitare.
Ce este digestatul și cât se produce?
Digestatul este ce rămâne după fermentare: un îngrășământ bogat în nutrienți, care conține practic tot azotul, fosforul și potasiul din materia primă. Masa lui este masa introdusă minus gazul eliberat, de regulă 85–95% din materia primă la instalațiile pe bază de gunoi de grajd.
E mai bine să produci electricitate sau biometan din biogaz?
Un motor de cogenerare e mai simplu și se potrivește fermelor care au consumatori de căldură în apropiere. Purificarea la biometan (eliminarea CO₂ până la circa 97–99% metan) permite injectarea gazului în rețea și folosirea lui acolo unde valorează cel mai mult (încălzire, industrie sau transport), dar cere o instalație mai mare care să acopere costurile de purificare, de obicei peste circa 250–500 m³/h de biogaz brut.

Surse și referințe

  1. FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe): Guide to Biogas: From Production to Use, 5th ed., 2010
  2. IEA Bioenergy Task 37: Energy from Biogas
  3. IEA (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth
  4. KTBL: Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (randamentele de biogaz ale materiilor prime agricole)

Integrează acest calculator

Gratuit pentru bloguri, instalatori, școli și ONG-uri. Copiază codul de mai jos; se actualizează singur.