Bioplin je plin, ki nastane pri prebavi organskih snovi v okolju brez kisika (anaerobna prebava) ali pri fermentaciji. Organske snovi so lahko gnoj, odplake, komunalni odpadki, kompost, ostanki hrane ali katere koli druge biološko razgradljive surovine. Bioplin sta predvsem metan in ogljikov dioksid; običajno vsebuje približno 50–70 % metana in 30–50 % CO₂, poleg sledov vodikovega sulfida (H₂S), amoniaka (NH₃), dušika (N₂), kisika (O₂) in vodne pare. Glede na to, kje se proizvaja, se bioplin imenuje tudi:

  • močvirski plin – naravno nastaja v mokriščih in močvirjih zaradi razgradnje rastlinskih ostankov.
  • močvirski plin – izraz se pogosto uporablja tudi širše za bioplin iz naravnih, vodno zasičenih okolij.
  • odlagališčni plin – nastaja na odlagališčih komunalnih odpadkov.
  • digestorski plin – bioplin iz namenskih naprav (bioplinarn) ali čistilnih naprav, kjer poteka nadzorovana anaerobna prebava.

Bioplin se lahko uporablja kot gorivo za vozila ali za proizvodnjo električne energije. Lahko ga tudi neposredno sežigamo za kuhanje, ogrevanje, razsvetljavo, procesno toploto in absorpcijsko hlajenje.

Nastanek in potek procesa

Pri anaerobni prebavi mikrobne združbe v več zaporednih korakih razgrajujejo organske snovi v bioplin in digestat (preostanek). Tipični koraki so: hidroliza (razgradnja kompleksnih molekul), acidogeneza (nastajanje hlapnih maščobnih kislin), acetogeneza (pretvorba v acetat, H₂ in CO₂) in metanogeneza (nastajanje metana). Za stabilen proces so pomembni:

  • temperatura: mezofilno 35–40 °C ali termofilno 50–55 °C,
  • pH okoli 6,8–7,5 in uravnoteženo razmerje C/N (ok. 20–30),
  • ustrezno mešanje, brez prisotnosti kisika in zadrževanje substrata v reaktorju od nekaj tednov do več mesecev, odvisno od vrste surovine.

Zmogljivost procesa je odvisna od izbire substratov (gnoj, odplake, organske frakcije komunalnih odpadkov, industrijski odpadki iz živilstva, silaže), obremenitve reaktorja, temperature in nadzora inhibicij (npr. preveč amoniaka ali sulfidov).

Sestava in lastnosti bioplina

  • Glavni plini: 50–70 % metan, 30–50 % ogljikov dioksid.
  • Nečistoče: H₂S (od nekaj 10 do več 1000 ppm), NH₃, H₂, N₂, O₂ (sledovi), siloksani (zlasti pri odlagališčnem plinu), in vodna para (plin je praviloma nasičen z vlago).
  • Kurilna vrednost: približno 18–25 MJ/Nm³ (odvisno od deleža metana); več metana pomeni večjo energijsko vrednost.

Vrste in viri

  • Digestorski plin: nastaja v bioplinarnah iz namensko zbranih biološko razgradljivih surovin (kmetijski ostanki, gnojevka, silaže, industrijski odpadki) ali v anaerobnih digestorjih čistilnih naprav.
  • odlagališčni plin: nastaja na odlagališčih, ima več nečistoč (siloksani, H₂S) in pogosto nižji delež metana kot digestorski plin.
  • močvirski plin in močvirski plin: naravni bioplin iz mokrišč in sedimentov; zgodovinsko vir poimenovanja.

Prečiščevanje in nadgradnja

Za nekatere namene je potrebno bioplin obdelati:

  • Sušenje in odstranjevanje H₂S: kondenzacija vodne pare, filtracija preko aktivnega oglja ali železovega oksida za H₂S (zaradi korozije in toksičnosti).
  • Odstranjevanje CO₂ (»nadgradnja« v biometan): vodno ali kemično pranje (amini), membranska ločevanja, PSA. Tako pridobljen biometan je primerljiv z zemeljskim plinom in je primeren za stisnjen (CBG) ali utekočinjen (LBG) plin ter za vbrizg v plinovodna omrežja.
  • Odstranjevanje siloksanov: pomembno pri odlagališčnem plinu, da se prepreči obraba motorjev in turbin.

Uporaba

  • Toplota in kuhanje: neposredno sežiganje za ogrevanje prostorov, sanitarno vodo, kuhanje in procesno toploto.
  • Elektrika in toplota (SPTE/CHP): motorji z notranjim zgorevanjem, plinske turbine ali mikroturbine; toplota izpušnih plinov in hladilnega sistema se vrača v proces ali za ogrevanje.
  • Gorivo za vozila: po nadgradnji v biometan (CBG/LBG) kot nizkoogljična alternativa dizlu in bencinu.
  • Vbrizg v omrežje: biometan lahko nadomesti fosilni zemeljski plin v industriji in gospodinjstvih.
  • Hlajenje: toplota iz SPTE lahko poganja absorpcijske hladilnike za procesno ali stavbno hlajenje.

Digestat in kroženje hranil

Stranski produkt procesa je digestat, bogat z dušikom, fosforjem in kalijem. Po higienski obdelavi (npr. termični obdelavi) se uporablja kot gnojilo in izboljševalec tal. Digestat se pogosto ločuje na trdno in tekočo frakcijo za lažje skladiščenje in ciljno gnojenje.

Prednosti in omejitve

  • Prednosti: zmanjšanje emisij metana iz odpadkov in odplak, zamenjava fosilnih goriv, lokalna energija, upravljanje z biološko razgradljivimi tokovi, vračanje hranil na polja.
  • Omejitve: potreba po stalni preskrbi s substrati, potencialne vonjave, zahteva po čiščenju plina (H₂S, vlaga, siloksani), kapitalsko intenzivne naložbe in zahteven nadzor procesa.

Varnost in okolje

  • Varnost: mešanice z zrakom so vnetljive v območju približno 5–15 % metana; H₂S je strupen in koroziven. Potrebna sta dobro prezračevanje in detekcija plinov.
  • Okoljski učinki: pravilno zajemanje in raba bioplina znatno znižata izpuste toplogrednih plinov v primerjavi z nekontroliranim razkrojem; nujno je preprečevanje uhajanj metana in skrbno ravnanje z digestatom, da se omejijo emisije amoniaka in vonjav.