Η αναερόβια χώνευση είναι μια βιοχημική διεργασία κατά τη διάρκεια της οποίας σύνθετα οργανικά στοιχεία αποσυντίθεται απουσία οξυγόνου από διάφορους τύπους αναερόβιων μικροοργανισμών.

Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης είναι κοινή σε πολλά φυσικά περιβάλλοντα όπως τα ιζήματα θαλάσσιου ύδατος, το στομάχι των μηρυκαστικών ή τα έλη τύρφης.

Ως υπόστρωμα για την αναερόβια χώνευση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα τύπων βιομάζας. Οι πιο κοινές κατηγορίες πρώτης ύλης που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή του βιοαερίου στην Ευρώπη είναι οι εξής:

- Στερεή και υδαρής κοπριά

- Γεωργικά υπολείματα και υποπροϊόντα

- Οργανικά απόβλητα που μπορούν να υποστούν χώνευση από τρόφιμα και αγροτοβιομηχανίες (φυτικής και ζωικής προέλευσης)

- Το οργανικό κλάσμα των αστικών αποβλήτων και των υπολειμμάτων εστίασης (φυτικής και ζωικής προέλευσης)

- Λυματολάσπη

- Ενεργειακές καλλιέργειες (π.χ. αραβόσιτος, μίσχανθος, σόργος, τριφύλλι)

Η αποδοτικότητα της αναερόβιας χώνευσης εξαρτάται από τη δημιουργία των κατάλληλων συνθηκών για τους αναερόβιους μικροοργανισμούς. Η ανάπτυξη και η δραστηριότητά τους επηρεάζεται σημαντικά από την απουσία οξυγόνου, τη θερμοκρασία, την τιμή του pH, τον ανεφοδιασμό με θρεπτικές ουσίες, την ένταση της ανάδευσης, καθώς και από την παρουσία και την ποσότητα ανασταλτικών παραγόντων (π.χ. αμμωνία).
Η κατασκευή των μονάδων βιοαερίου απαιτεί ένα συνδυασμό οικονομικών και τεχνικών εκτιμήσεων. Η μέγιστη παραγωγή βιοαερίου που λαμβάνεται από την πλήρη χώνευση του υποστρώματος θα απαιτούσε ένα μεγάλο υδραυλικό χρόνο παραμονής (ΥΧΠ) και ένα αντίστοιχο μέγεθος χωνευτή. Στην πράξη, η επιλογή του συστήματος (π.χ. το μέγεθος και ο τύπος του χωνευτή) βασίζεται σε έναν συμβιβασμό μεταξύ της μέγιστης παραγωγής βιοαερίου και της οικονομικής βιωσιμότητας της μονάδας.

Το ενεργειακό περιεχόμενο του βιοαερίου είναι χημικά δεσμευμένο στο μεθάνιο. Οι ιδιότητες και η σύσταση του βιοαερίου ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο και τη δομή της πρώτης ύλης, το σύστημα της μονάδας, τη θερμοκρασία, τον χρόνο παραμονής και άλλους παράγοντες.

Τυπική σύσταση βιοαερίου

Θεωρώντας ότι το βιοαέριο περιέχει 50% μεθάνιο, η μέση θερμαντική τιμή του είναι περίπου 21 MJ/ Nm³, η μέση πυκνότητα 1,22 kg/Nm³ και η μάζα του είναι παρόμοια με αυτή του αέρα (1,29 kg/Nm³).

Το βιοαέριο έχει πολλές ενεργειακές χρήσεις, ανάλογα με τη φύση της πηγής και την τοπική ζήτηση για μια συγκεκριμένη μορφή ενέργειας. Γενικά, το βιοαέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή θερμότητας μέσω άμεσης καύσης, παραγωγή ηλεκτρισμού από κυψέλες καυσίμου ή μικροστροβίλους, συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας ή ως καύσιμο οχημάτων.

Στην κεντρική και βόρεια Ευρώπη είναι ιδιαιτέρως διαδεδομένες οι μονάδες μικρού-μέσου μεγέθους παραγωγής βιοερίου από υπολείμματα κτηνοτροφικών και γεωργικών εκμεταλλεύσεων, σε άμεση γειτνίαση με αυτές. Χώρες όπως η Γερμανία, η Αυστρία, η Δανία και η Σουηδία είναι μεταξύ των πρωτοπόρων, με το μεγαλύτερο αριθμό σύγχρονων μονάδων βιοαερίου.

Τα βασικά οφέλη από την παραγωγή και αξιοποίηση βιοαερίου είναι:

• Σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, το βιοαέριο από την αναερόβια χώνευση αποτελεί ανανεώσιμη πηγή ενέργειας
• Συμβάλει στη μείωση των εκπομπών των αερίων του φαινομένου του θερμοκηπίου. Παρότι η καύση του βιοαερίου απελευθερώνει και αυτή CO2, η κύρια διαφορά, όταν συγκρίνεται με τα ορυκτά καύσιμα, είναι ότι ο άνθρακας στο βιοαέριο ελήφθη πρόσφατα από την ατμόσφαιρα, από τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των φυτών. Έτσι, ο κύκλος άνθρακα του βιοαερίου είναι κλειστός σε ένα βραχύ χρονικό διάστημα (από ένα έως λίγα έτη). Η παραγωγή βιοαερίου από την αναερόβια χώνευση μειώνει επίσης τις εκπομπές του μεθανίου (CH4 ) και του νιτρώδους οξειδίου (Ν2Ο) λόγω της αποθήκευσης και χρήσης της ζωικής στερεής κοπριάς.
• Μείωση της εξάρτησης από τα εισαγόμενα ορυκτά καύσιμα
• Προσφέρει λύσεις στη διαχείριση των αποβλήτων τα οποία χρησιμοποιούνται ώς πρώτες ύλες

Το παραγόμενο βιοαέριο, αφού αφυγρανθεί, συμπιεστεί και αποθειωθεί, οδηγείται στη μονάδα καύσης, όπου παράγεται ηλεκτρική ενέργεια και θερμότητα. Το Ειδικό Πλαίσιο Χωροταξικού Σχεδιασμού και Αειφόρου Ανάπτυξης για τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΚΥΑ 49828/08, ΦΕΚ 2464/Α/3-12-08) προσδιορίζει τις κατευθύνσεις και προδιαγραφές για την παραγωγή ενέργειας από το βιοαέριο, μεταξύ των άλλων ΑΠΕ.

Το κυριότερο περιβαλλοντικό θέμα προς διαχείριση από τη λειτουργία μιας μονάδας βιοαερίου είναι το χωνεμένο υπόλειμμα. Πρέπει βέβαια να σημειωθεί ότι σε επίπεδο περιβαλλοντικού ισοζυγίου δεν πρόκειται για δημιουργία αποβλήτου, αλλά για συγκέντρωση και επωφελή διαχείριση ήδη υφιστάμενων αποβλήτων στις γεωργικές και κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις που θα τροφοδοτούν την εγκατάσταση. Κατά κανόνα γίνεται διαχωρισμός του υπολείμματος σε υγρή και στερεή φάση. Η καλύτερη προτεινόμενη λύση και για τις δύο φάσεις είναι η χρήση ώς εδαφοβελτιωτικού σύμφωνα με τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις της εγκυκλίου 4/1604.81/3-4-2012 του ΥΠΕΚΑ, βασικό σημείο της οποίας είναι η ανάγκη ισοζυγίου των θρεπτικών και κυρίως του αζώτου ώστε να τηρούνται τα όρια αφομοίωσης από τα εδάφη για τον περιορισμό της νιτρορύπανσης.

Μια μικρή μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιοαέριο αποτελείται από τα ακόλουθα βασικά τμήματα:

• Τμήμα παραλαβής, ανάμιξης και τροφοδοσίας Α’ υλών
• Αναερόβιος χωνευτής και συστήματα καθαρισμού βιοαερίου
• Τμήμα καύσης βιοερίου
• Τμήμα διαχωρισμού στερεής-υγρής φάσης χωναμένου υπολείμματος
• Τμήμα επεξεργασίας στερεής φάσης
• Τμήμα επεξεργασίας υγρής φάσης
• Εγκαταστάσεις διασύνδεσης με δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας
• Βοηθητικές εγκαταστάσεις

Στην Ελληνική πραγματικότητα η τεχνολογία έχει βρει μέχρι σήμερα μικρή εφαρμογή αν και τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον φαίνεται να είναι έντονο. Τα κυριότερα προβλήματα τα οποία έχουν αναδειχθεί είναι:

• οι διαδικασίες αδειοδοτήσεων, όπως άλλωστε και για κάθε άλλο επιχειρηματικό εγχείρημα
• το μικρό μέγεθος των περισσότερων κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων, κάτι που σημαίνει ότι ακόμα και οι μικρές μονάδες βιοαερίου απαιτούν την αναζήτηση πρώτων υλών από διάσπαρτα σημεία
• η δυσπιστία για τη δυνατότητα του κράτους να τηρήσει τις εγγυημένες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας
• οι αντιδράσεις τοπικών κοινωνιών για τη λειτουργία των μονάδων
• η μικρή εμπειρία από τη λειτουργία και διαχείριση τέτοιων μονάδων στην Ελλάδα, καθώς ελάχιστες έχουν λειτουργήσει σε βάθος 5ετίας-10ετίας

Το συνολικό κόστος επένδυσης για μια μικρο-μεσαία μονάδα βιοερίου (ισχύς ηλεκτροπαραγωγής 500Kw) ανέρχεται σε 1,5-2 εκατομμύρια ευρώ, και διαμορφώνεται από τα κατά περίπτωση δεδομένα που αφορούν τη γεωγραφική θέση, το γήπεδο εγκατάστασης και τις τεχνολογικές λεπτομέρειες του έργου. Με βάση τα σημερινά δεδομένα ο χρόνος απόσβεσης της επένδυσης κυμαίνεται από 8 έως 12 έτη και εξαρτάται από το μίγμα των πρώτων υλών, το κόστος μεταφοράς τους, τις παραμέτρους χρηματοδότησης του έργου και την αξιοπιστία των λύσεων διαχείρισης του χωνεμένου υπολείμματος.