SIGURNOST BIOPLINSKIH POSTROJENJA

SAŽETAK: Smatra se da je proizvodnja bioplina anaerobnom digestijom (AD) optimalni

proces za tretiranje širokog spektra organskog otpada. Uz izgradnju i vođenje bioplinskog

postrojenja vezan je niz važnih sigurnosnih pitanja koja, ako se ne uzmu u obzir predstavljaju

rizik i opasnost za ljude, životinje i okoliš. Provedba svih mjera opreza i sigurnosti ima za cilj

izbjegavanje bilo kakve rizične i opasne situacije, a ujedno doprinosi sigurnosti rada

postrojenja.

Ključne riječi: bioplin, anaerobna digestija, bioplinsko postrojenje, sigurnost

1. Postrojenja u Europi

U zadnjih nekoliko godina svjetsko tržište bioplina bilježi značajan porast. Mnoge zemlje

razvile su moderne tehnologije za proizvodnju bioplina kao i konkurentna nacionalna tržišta

bioplinom, zemlje poput Njemačke, Austrije, Danske i Švedske su predvodnice u razvitku

tehnologije s najvećim brojem suvremenih bioplinskih postrojenja. Europa broji više od 13

000 postrojenja za preradu bioplina kako velika tako i mala, a samo se 8 000 od njih nalazi u

Njemačkoj. U Europi prema nekim procjenama, 10% zelene energije dobiva se iz bioplina,

dok u Hrvatskoj ovaj alternativni izvor snabdijevanja još nije ušao u veću proizvodnju koliko

bi to bilo moguće. Slikom 1. dan je prikaz rasprostranjenosti bioplinskih postrojenja u Europi.

U Švedskoj, Njemačkoj i Švicarskoj bioplin se pročišćava i dorađuje, te se koristi kao

pogonsko gorivo u sektoru prometa, dok se u Austriji i Njemačkoj u manjim razmjerima

pročišćuje do biometana i kao takav pušta u sustav plinske mreže. Najnovija primjena

bioplina je proizvodnja električne energije tehnologijom gorivih ćelija, čiji se razvoj

približava komercijalnoj razini u Europi i SAD [1].

Slika 1. Prikaz rasprostranjenosti bioplinskih postrojenja u Europi, EBA 2012.

Postrojenja za proizvodnju bioplina mogu biti u različitim izvedbama. Mogu biti izvedena

kao manji pogon za proizvodnju energije za različite potrebe manjih razmjera (poljoprivredne,

kućanske), te kao veliki energetski sistemi za proizvodnju plina i distribuciju električne

energije u javni sistem elektrodistribucije. Izgled postrojenja jako ovisi o vrsti i količini

sirovine koja će se koristiti u procesu proizvodnje bioplina. Neophodno je opisati osnovni

dizajn standardiziranog bioplinskog postrojenja, koji se temelji na mokroj digestiji. Ova

tehnologija se primjenjuje na više od 98% bioplinskih postrojenja u Europi. Standardizirano

bioplinsko postrojenje za mokru digestiju prikazano je shemom na slici 2., koje se sastoji od

slijedećih komponenti [2]:

1. skladište za sirovinu,

2. sustav opskrbe sirovine u digestor,

3. digestor ili fermentator,

4. skladište bioplina,

5. skladište iskorištenog digestata,

6. kogeneracijsko postrojenje.

Slika 2. Prikaz bioplinskog postrojenja.

2. NESREĆE U BIOPLINSKIM POSTROJENJIMA

Proces anaerobne digestije, prerada biomase i otpada stvara visoke rizike i veliku

vjerojatnost pojave nesreća i to tijekom rada i / ili održavanja samog bioplinskog postrojenja.

Tipični incidenti u bioplinskim postrojenjima su [3] :

A.) curenje spremnika i / ili distribucijske mreže bioplina,

B.) slučajna ispuštanja H2S, osobito u smjesama septičkog otpada,

C.) onečišćenje obližnjih vodotokova, uzrokovano izlijevanjem različitih supstrata,

D.) prisutnost opasnih proizvoda u supstratima za proizvodnju bioplina,

E.) mogućnost prepunjivanja spremnika, prelijevanje supstrata iz spremnika,

F.) eksplozije, zbog manjka opreme za regulaciju tlaka unutar spremnika kao i zbog

raznih propuštanja unutar kogeneracijskih postrojenja.

Francuski nacionalni institut za procjenu rizika industrijskog okoliša “INERIS“ u suradnji

sa njemačkim statističkim institutom dao je po prvi puta detaljni prikaz analiza nesreća u vezi

sa bioplinskim postrojenjima. U 2009. godini je identificirano 140 nesreća u Njemačkoj, koja

je tada bilježila najveći trend porasta broja bioplinskih postrojenja. Nesreće su bile najčešće

prouzrokovane izlijevanjem različitih tekućina u obližnje vodotokove, te u manjem broju se

bilježene i nesreće prouzrokovane eksplozijom digestora. U većini slučajeva do nesreća dolazi

zbog nepažnje vlasnika tih postrojenja koji olako shvaćaju opasnosti koje proces anaerobne

3

digestije ima, te podcjenjuju posljedice koje mogu nastati nestručnim upravljanjem takovog

postrojenja. Studija Francuskog nacionalnog instituta opisuje najvjerojatnije scenarije i daje

naznake o težini proteklih nesreća. Na slici 3., grafički je prikazan broja nesreća u Njemačkoj

do 2010. gdje se vidi da je porast nesreća trajao od 2001. do 2009. godine [4].

Slika 3. Prikaz broja nesreća na bioplinskim postrojenjima u Njemačkoj.

3. OPASNOSTI U BIOPLINSKIM POSTROJENJIMA

Tijekom izgradnje i rada bioplinskog postrojenja određeni sigurnosni propisi moraju biti

zadovoljeni, uglavnom u vidu zaštite od požara i eksplozija, te zdravstvene zaštite radnika. Za

normalan i siguran rad bioplinskog postrojenja potrebno je prepoznati sve moguće oblike

opasnosti odnosno štetnosti koje se mogu pojavti prilikom projektiranja postrojenja ili tokom

njegovom rada, te sukladno njima vršiti preventivne mjere i mjere zaštite za uklanjanje tih

opasnosti odnosno štetnosti. Slikom 4. prikazani su znakovi opasnosti. U nastavku je dan

pregled opasnosti i najbitnijih mjera kojih se potrebno pridržavat kako bi se ostvarila

sigurnost postrojenja i samih djelatnika koji rade u istom, odnosno da se uklone ili smanje

utjecaji štetnih tvari.

4

Slika 4. Prikaz znakova opasnosti koji se pojavljuju u bioplinskom postrojenju.

Biološke opasnosti

Mjere zaštite kod bioloških štetnosti obuhvaćaju prvenstveno higijensko tehničke mjere

pomoćnih i sanitarnih prostorija utvrđenih “Pravilnikom o radnim i pomoćnim prostorijama“.

To se posebice odnosi na dovoljan broj tuševa s toplom vodom za radnike uposlene na

poslovima na kojima postoje biološke opasnosti i dvostruke garderobe. Radnici moraju imati

na raspolaganju osobna zaštitna sredstva u ispravnom stanju, a na skladištu moraju biti

potrebne zalihe osobnih zaštitnih sredstava za hitnu zamjenu. Radnici koji su izloženi

biološkim opasnostima ne smiju osobna zaštitna sredstva odnositi kući na pranje, već je

potrebno osigurati čišćenje i dezinfekciju u poduzeću ili povjeriti brigu o čistoći tih sredstava

specijaliziranoj tvrtki. Osim sredstava za pranje i dezinfekciju kože radnicima trebaju biti

stavljena na raspolaganje i sredstva za zaštitu kože (zaštitne kreme). Prostori u kojima se

mogu pojaviti biološke štetnosti moraju biti na pravilan način označeni odgovarajućim

znakom opasnosti.

Opasnosti od eksplozije

Opasnosti od eksplozija moraju se utvrditi i ocijeniti. Potrebno je utvrditi gdje potencijalno

može doći do eksplozivne atmosfere, kako bi se potencijalno eksplozivna područja svrstala u

zone opasnosti. Eksplozijom ugrožena područja moraju biti označena na samom ulazu

5

odgovarajućim znakovima. Prema Europskoj Direktivi 1999/92/EC opasni prostori su

klasificirani kao zone (ex-zone) na temelju učestalosti i trajanja pojave eksplozivne atmosfere.

U tim zonama moraju se provoditi primjerene mjere kako bi se izbjegao akcident. Te su mjere

opisane u Direktivi. Podjela prostora po zonama [5]:

1. Zona 0: mjesto na kojem je eksplozivna atmosfera, koja se sastoji od mješavine zraka sa

zapaljivim supstancama (plin, para..), stalno prisutna tijekom dugih perioda, ili je učestalo

prisutna. Ovakva zona obično ne postoji na lokaciji bioplinskog postrojenja.

2. Zona 1: mjesto na kojem je vjerojatno da će se eksplozivna atmosfera koja se sastoji od

mješavine zraka s zapaljivim supstancama (plin, para ili magla) pojaviti povremeno,

tijekom normalnog rada.

3. Zona 2: mjesto na kojem nije vjerojatno da će se eksplozivna atmosfera koja se sastoji od

mješavine zraka s zapaljivim supstancama pojaviti tijekom normalnog rada, ali ukoliko se

pojavi to će biti samo tijekom kratkog vremenskog perioda.

Potrebno je da se potencijalno opasni eksplozivni prostori nadgledavaju, odnosno da se uvede

monitoring tih prostora, instrumenta i opreme u skladu sa novim tehnologijama praćenja

cjelokupnog sustava ili njegovih dijelova.

Opasnosti od trovanja i gušenja

Gušenje može biti izazvano, radi zamjene kisika bioplinom ili drugim opasnim plinovitim

smjesama koje se mogu pojaviti kod rada bioplinskog postrojenja. Moraju biti poduzete mjere

opreza u zatvorenim prostorima, kako bi se osigurala odgovarajuća ventilacija. Nadalje,

osobna sigurnosna oprema mora se nositi tijekom rada u potencijalno opasnim prostorima, te

takvi prostori moraju biti na pravilan način označeni. U prisutnosti sumporovodika (H2S) u

nedesulforiziranom obliku, bioplin može biti izrazito toksičan, čak i pri niskim

koncentracijama. U tablici 1. dani su toksični učinci sumporvodika u odnosu na koncentraciju

u zraku, izraženog u ppm (Parts per million).

Tablica 1. Toksični učinci sumporovodika H2S.

Koncentracija (u zraku) Učinak

0,03 - 0,15 ppm Granica osjetljivosti (miris pokvarenih jaja)

15 – 75 ppm Iritacija očiju i dišnih puteva, mučnina, povraćanje, glavobolja, nesvjestica

150 – 300 ppm (0,015 - 0,03 %) Paraliza olfaktornih živaca

> 375 ppm (0,038 %) Smrt radi trovanja (nakon nekoliko sati)

6

> 750 ppm (0,075 %) Nesvjestica i smrt radi respiratornog aresta u roku od 30 do 60 minuta

od 1000 ppm (0,1 %) Brza smrt radi respiratorne paralize u svega nekoliko minuta

Opasnost od izljevanja tekućih substrata i digestata

U slučaju velikih akcidenata, radnici se moraju držati propisanih pravila ponašanju koji su

napravljeni za slučaj takvih nesreća, kao što je plan evakuacije, procjena ugroženosti te

operativni plan interventnih mjera. Prvi korak bi bio da se sprijeći daljnje istjecanje supstrata

ili digestata, ako je to moguće. Kada se to ostvari, radnici se moraju uputiti na zbrinjavanje

prolivenog na način da se zagradi i stabilizira proliven supstart ili digestat. Te da se nakon

toga krene u sakupljenje istog i zbrinjavanje na pravilan način. Oprema za iskop, kao što su

buldožeri i rovokopači, trebala bi biti na raspolaganju. Izoliranje razlivenog smanjuje

potencijalnu štetu na obližnjim zgradama i onečišćenja površinskih voda i osjetljivih

područja. Kada se stabilizira izljevanje, potrebno je obavijestiti odgovarajuće vlasti, u skladu

sa svim važećim lokalnim, državnim i saveznim propisima. Završni korak kod izlijevanja je

čišćenje područja i obnova te puštanje u rad [6].

7

4. PLANIRANJE I IZGRADNJA BIOPLINSKOG POSTROJENJA

Izgradnja bioplinskog postrojenja nije jednostavan i nadasve nije jeftin projekt da ga se

može olako shvatiti i pristupiti realizaciji. Općenito, državna tijela trebala bi uravnotežiti

administrativni postupak pružanjem razumnog zakonodavnog okvira izvedivog u smislu

troškova i vremena, te ne kontrolirajući proces do te mjere da propisi postanu prepreka

daljnjem razvoju. Od same ideje do kraja projekta treba proći određene korake [7]:

1. projektna ideja,

2. prethodna studija izvodljivosti,

3. studija izvodljivosti,

4. odgovarajuća lokacija postrojenja,

5. odgovarajuće količine supstrata za

bezbrižan rad postrojenja,

6. projektiranje bioplinskog postrojenja,

7. izdavanje dozvola,

8. izgradnja bioplinskog postrojenja,

9. rad i održavanje,

10. obnova i zamjena dijelova,

11. i rušenje ili obnavljanje.

8

Od ostalih parametara treba uzeti i slijedeće:

a) definiranje i evaluacija poslovnog plana i strategije financiranja,

b) angažiranje kompanije iskusne u projektiranju,

c) uključivanje ostalih ključnih sudionika (lokalne vlasti, dobavljači dodatne sirovine,

investitori, javnost) od samog početka projekta.

5. PREPORUKE PRI PROJEKTIRANJU TEHNOLOŠKIH DIJELOVA

BIOPLINSKOG POSTROJENJA

Da bi se uklonili rizici pojave raznih akcidenta, potrebno se pridržavat određenih pravila

prilikom projektiranja i izgradnje bioplinskog postrojenja te tokom njegovog daljnjeg rada.

Navesti će se opće informacije za projektriranje dijelova postrojenja na pravilan i siguran

način.

Digestor

Digestor ili fermentator je središnji uređaj bioplinskog postrojenja. Izrađuju se od betona,

čelika, cigle ili plastike. Kod uređaja za fermentaciju odnosno digestora moraju se zadovoljiti

osnovni zahtjevi sigurnosti [8] :

1. Toplinska izolacija,mora biti otporna na zapaljenje propisano, npr., B2 DIN 4102,

2. Otvori na digestoru za održavanje moraju biti minimalnih dimenzija 600 x 800 mm,

3. Otvori za punjenje digestora, moraju biti osigurani tako da ne mogu druge tvari ući unutra

te da ne mogu upasti dijelovi samog sistema za punjenje u slučaju nekog kvara.

4. Dostupnost opreme za zaštitu od opasnih plinskih koncentracija na otvorima za punjenje

digestata,

5. Sigurnosne instalacije digestora, koje sprečavaju nedopuštene unutarnje promjene tlaka.

Spremnik bioplina

Spremište mora imati kapacitet za uskladištenje barem četvrtine dnevne proizvodnje

bioplina. U normalnim okolnostima preporučeni skladišni kapacitet bi trebao biti jednak

jednodnevnoj i dvodnevnoj proizvodnji bioplina. Iz sigurnosnih razloga spremišta bioplina

moraju biti opremljena sigurnosnim ventilima, izvedenih u protueksplozijskoj zaštiti te

bakljom za spaljivanje viška bioplina u slučaju nužde. Spremnik mora ispunjavati uvjete da je

9

plino-nepropustan i otporan na tlak i medij koji se nalazi u njemu, te mora biti otporan na

vanjske vremenske uvjete (UV zračenje i vanjsku temperaturu). Nedopuštena promjena

unutarnjeg tlaka mora se spriječiti sigurnosnim instalacijama. Kod odabira materijala, osobito

za plastične membrane, moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti [9]:

a) vlačna čvrstoća minimalno 100 N/cm,

b) propusnost plinova u odnosu na metan < 1000 cm³ / m² x d x bar,

c) otpornost na vanjsku temperaturu,

d) skladište plina mora biti ispitano na nepropusnost prije nego što se stavi u pogon.

Sigurnosne udaljenosti

Kako bi se izbjegli međusobni utjecaji u slučaju štete moraju se osigurati sigurnosne

udaljenosti dijelova sustava. Predlaže se udaljenost od najmanje 6 m između skladišta plina i

susjednih sustava, opreme ili građevina koje ne pripadaju samom postrojenju. Procedura

izračuna sigurnosnih udaljenosti [10]:

a) za visinu zgrada višu od 7,5 m (skladište plina ili zgrade koje ne pripadaju postrojenju),

vrijedi sljedeći izraz 0.4 x visina zgrade + 3 m,

b) za visinu dvije zgrade (skladište plina ili zgrade koje ne pripadaju postrojenju) višu od

7.5 m vrijedi sljedeći izraz 0.4 x visina prve zgrade + 0.42 x visina druge zgrade.

U krugu postrojenja sigurnosni razmak od najmanje 6 m mora se osigurati između skladišta

plina i kotlovnice za motore s unutarnjim izgaranjem. Sigurnosna udaljenost se može smanjiti

korištenjem zaštitnih zidova od zemlje ili pravilno dimenzioniranom protupožarnom

izolacijom. Visina i širina zaštitnog zida mora biti u skladu sa smjernicama regionalnih

građevinskih propisa.

Plinovod bioplinskog postrojenja

Plinski vodovi moraju biti napravljeni u skladu s opće prihvaćenim tehničkim i

sigurnosnim pravilima. Ispravnost same proizvodnje i nepropusnost svih cijevi mora biti

testirana od strane proizvođača. Cjevovodi moraju biti otporni na sadržaj koji se prenosi u

njima, i na vremenske uvjete. Cijevi koje se koriste u bioplinskim postrojenjima najčešće se

izvode od konstrukcijskog čelika, nehrđajućeg čelika ili od polietilena (PE-HD) i PVC-a.

Najčešće se koriste čelične cijevi zbog svoje izdržljivosti na toplinska naprezanja, otpornost

10

na UV zračenje i jako čvrstoće. Plinovod mora biti označen u skladu sa DIN 2403 prema

protoku tvari i smjeru strujanja. Boja za označavanje je žuta, te se mora označiti i položaj

podzemnih plinovoda tj. moraju biti označena mjesta trakom ispod kojih se nalazi plinovod.

Sustav kontrole i upravljanja postrojenjem anaerobne digestije

Modernija postrojenja opremljena su računalnim sustavom koji na monitoru prikazuje

cijelo postrojenje i vizualizaciju procesa sa daljinskim sustavom za alarm. Takav sustav

prepoznaje i prati odstupanja od standardnih vrijednosti sve kako bi se moglo rano

intervenirati primjenom korekcijskih mjera. Na takvim centralnim upravljačkim jedinicama

obavlja se nadzor i upravljanje parametara, kao što su količina unosa tekućine, razina punjenja

digestora, razina punjenja spremnika za plin, karakteristična temperatura unutar procesa, te

kontrola pH vrijednosti, količine generiranja bioplina i sastav bioplina.

U slučaju kvara bilo kojeg dijela postrojenja, cjelokupni sustav, ili bitni dijelovi sustava

moraju ući u sigurno stanje. Mjere za ostvarivanje sigurnog stanja sustava postrojenja su:

a) automatsko zatvaranje ventila koji se nalazi u cjevovodu koji je spojen sa

kogeneracijskim postrojenjem,

b) isključivanje plinskog kompresora,

c) isključivanje svih dijelova sustava koji nisu zaštićeni od eksplozija u plinskim

strojarnicama,

d) dovoljno prostora tako da se u slučaju kvara miješalice, ne stvara nakupljanje supstrata

oko miješalice u digestoru,

e) zatvaranje sustava napajanja tako da ne može doći do povratnog toka supstrata u sam

sustav napajanja,

f) spuštanje razine punjenja ne smije dovesti do nekontroliranog ispuštanja plina.

U dizajniranju upravljačkih dijelova vezanih za sigurnost, potrebno se pridržavati važećih

standarda za električnu opremu, strojeve i sigurnosne uređaje.

6. ZAKLJUČAK

Zbog sve većeg broja bioplinski postrojenja koji se grade po cijelom svijetu, te zbog

nesreća koje se dešavaju na istim, neke zbog neispravnog upravljanja samih vlasnika, a druge

zbog iznenadnih situacija. Postoji potreba da se provodi veći broj istraživanja glede same

11

sigurnosti u bioplinskim postrojenjima, da se smanje opasnosti za okoliš i zaposlenike koji

rade u postrojenjima. Bilo bi potrebno da se istraže svi oblici ekoloških akcidenata, te ozljeda

na radu, koje se mogu pojaviti kod rada postrojenja, ili do kojih može doći u slučaju neke

izvanredne situacije (vremenske nepogode, potres, vatra…). Na osnovu tih iskustava treba

izraditi sveobuhvatne radne upute za siguran rad bioplinskog postrojenja kao i upute za

izgradnju postrojenja, odnosno da se smanji mogućnost nastanka ozljede, akcidenata ili

nesreća pravilnim projektiranjem i pri izgradnji bioplinskog postrojenja.

7. POPIS LITERATURE

[1] Study carried out by EurObserver, Biogas electricity production growthin 2011.,

“Biogasbarometer“, http://ec.europa.eu/energy/renewables/action_plan_en.htm,

[2] The Oxford institute for energy studies, Floris van Foreest, Perspectives for Biogasin

Europe, “NG 70“, December 2012.

[3] Horvatović Z., Stojkov M., Janković Z., D. Topić D., V. Golob V.: “Bioplin i bioplinsko

postrojenje (Biogas and Biogas Power Plant)“, Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu,

Sveučilište J.J. Strossmayera u Osijeku, 2013.

[4] Evanno, Retour d'expérien cerelatifaux procédés de méthanisation et à leursexploitations.

Verneuilen Halatte, France: INERIS, 2012., pp. 148

[5] NL Dossier Journalistiek EBA response.pdf: “12,000 digestersin Europe prove it“:

http://european-biogas.eu/, str.1., published by Dossier Journalistiek, 2012.

12

[6] Kirchmeyr F., Wellinger A., Hahn H., Ferber E., Rutz D. (2010) Permitting procedures

for biogas project, Austria, Germany, Denmark, The Netherlands and Italy – Report of

the Biogas IN project funded by the European Commission (IEE/09/848)

[7] Gülleunfallin Redwitz, 26.03.14: “Keine Umweltschäden dank schneller Hilfe“:

http://www.br.de/nachrichten/oberfranken/guelle-redwitz-biogasanlage-gestank100.html

[8] Seadi T., Rutz D., Prassl H., Köttner M., Finsterwalder T., Volk S., Janssen R.: “Biogas

Handbook“, Published by University of Southern Denmark Esbjerg, Niels BohrsVej 9-10,

DK-6700 Esbjerg, str.127.; Denmark, 2008.

[9] German Agricultural Occupational Health and Safety Agency: “Safety Rules for Biogas

Systems“, Technische Information 4 Sicherheitsregeln für Biogasanlagen, str.26.,

Germany, 2008.

[10]German AgriculturalOccupational Health and Safety Agency: “ Safety Rules for Biogas

Systems“, Technische Information 4 Sicherheitsregeln für Biogasanlagen, str.27.,

Germany, 2008.

[11]Iea Bioenergy: Dostupno na: www.iea-biogas.net: "Biogas upgrading technologies -

developments and innovations", IEA Bioenergy Task 37 - Energy from biogas and

landfill gas Peterson, Wellinger; Sweden & Switzerland, 2009.

13