Біометан, також відомий як біоприродний газ або відновлюваний природний газ (RNG) — метан, який не має викопного походження, а виробляється з біогенних речовин і є компонентом біогазу. Для його виготовлення можуть використовуватися як природні, так і технічні методи.
Перед використанням і розподілом вироблений біогаз необхідно переробити в біометан і відокремити від інших компонентів газу. Підвищивши концентрацію метану до рівня природного газу (до 95–98 % СН4), стає можливим розподіляти газ споживачам через існуючу газову мережу та використовувати в існуючих приладах. Біометан використовується для виробництва електроенергії та тепла на комбінованих теплоелектростанціях (ТЕЦ), газових теплових насосах, паливних елементах і як паливо для транспортних засобів.
Елементи визначення
Біометан є біогазом з якістю, доведеною до викопного природного газу, що має концентрацію метану 90 % або більше. Відновлюваний природний газ є підгрупою (SNG).
Біометан — це біогаз, який , щоб зробити його придатним для використання як палива або прийнятним для газової мережі.
У дійсності, біогаз, що утворюється в результаті бродіння органічних речовин, є енергетично бідним: містить лише від 40 до 60 % метану, стільки ж та деякі сліди інших небажаних сполук, включаючи H2S. Щоб отримати відновлюваний біометан, біогаз очищають, усуваючи, наскільки це можливо, та інші сполуки, зберігаючи лише метан, який має властивості, подібні до властивостей природного газу. Оператор також може отримувати скраплений від переробки біогазу та використовувати його в сільському господарстві та деяких галузях промисловості..
Переваги та перспективи Біометан можна, наприклад, використовувати в котлі, як паливо для транспортних засобів, для живлення стаціонарних двигунівADEME, É., AFGNV, A., SUEZ, G., & IFP, M. (2008) État des lieux et potentiel du biométhane carburant. Rapport de synthèse. або закачувати в мережу транспортування природного газу після відповідного очищення.
Відновлюваний природний газ можна виробляти та розподіляти через існуючу газову мережу, що робить його привабливим способом постачання до приміщень та відновлюваної газової енергії, не вимагаючи додаткових капітальних витрат від споживача. Існуюча газова мережа також дозволяє розподіляти газову енергію на великі відстані з мінімальними витратами енергії. Існуючі мережі дозволять отримувати біогаз з віддалених ринків, багатих на недорогу біомасу (наприклад, Україна чи Скандинавія). Відновлюваний природний газ також можна перетворити на скраплений природний газ (LNG) для безпосереднього використання як палива в транспортному секторі.
SNG представляє особливий інтерес у країнах з розгалуженими мережами розподілу природного газу. Основні переваги SNG включають сумісність з існуючою інфраструктурою природного газу, вищу ефективність виробництва палива Фішера-Тропша та менший масштаб виробництва порівняно з іншими системами виробництва біопалива другого покоління. Центр енергетичних досліджень Нідерландів провів широке дослідження великомасштабного виробництва SNG з деревної біомаси на основі імпорту сировини з-за кордону.
Національна електромережа Великої Британії (National Grid) вважає, що принаймні 15 % усього споживаного газу може отримуватися з таких речовин, як стічні води, харчові відходи, їжа, яку викидають супермаркети та ресторани, й , створювані, наприклад, пивоварнямиThe Guardian 'Food waste to provide green gas for carbon-conscious consumers'.
Дослідження, проведене на базі Інституту мікробіології та вірусології НАН України, показало, що з 1 кг твердих органічних відходів можливо отримати 50-60 літрів біометану та 100-110 літрів біоводню, а твердий залишок (30 г/кг відходів) використовувати як тверде біопаливо чи перетворити на біодобриво.
У Сполучених Штатах аналіз, проведений у 2011 році Інститутом газових технологій, визначив, що відновлюваний газ із відходів біомаси, включно з сільськогосподарськими відходами, має щорічний потенціал до 2,5 квадрильйонів Btu, і цього достатньо для задоволення потреб 50 % американських будинків у природному газі. Інститут дослідження навколишнього середовища та енергетики (Вашингтон) підрахував, що відновлюваний природний газ може замінити до 10 % усього природного газу, який використовується в Сполучених Штатах, а дослідження Національної асоціації агентств з чистої води та Федерації водного середовища показало, що кількість твердих біологічних речовин, видалених зі стічних вод, можна перетворити на біогаз, достатній для потенційного задоволення до 12 % національного попиту на електроенергію Америки.
Німецький дослідницький центр біомаси в Лейпцигу оцінює потенціал Німеччини в 8-13 млн т, у Східній Європі до 240 млн т, де 8 млн т відповідає 2,5 гігават-годинам, або енергетичній потребі 4 млн транспортних засобів на природному газіAL: Aus Stroh Biomethan machen. In: ZfK — Zeitung für kommunale Wirtschaft. April 2012, S. 36..
У поєднанні з перетворенням електроенергії на газ, коли діоксид вуглецю та монооксид вуглецю в біогазі перетворюються на метан за допомогою електролізованого водню, потенціал відновлюваного газу сирого біогазу збільшується приблизно вдвічі.
Виробництво
Існує кілька способів двоокису/монооксиду вуглецю та водню, включаючи біометанізацію, процес Сабатьє та новий електрохімічний процес, вперше запроваджений у Сполучених Штатах, який на даний час проходить випробування.
Під час виробничого процесу можна досягти 70 % ефективності перетворення біомаси на RNGCornerstone environmental group, LLC 'Biomethane / Natural Gas Interconnection Opportunities' Kachan & Co. 'The Bio Natural Gas Opportunity'. Витрати мінімізуються шляхом максимізації масштабів виробництва та розміщення заводу анаеробного зброджування поблизу транспортних сполучень (наприклад, порту чи річки) для перевалки обраного джерела біомаси. Існуюча інфраструктура газосховищ дозволить заводу продовжувати виробляти газ із повним коефіцієнтом використання навіть у періоди слабкого попиту, допомагаючи мінімізувати виробничі капітальні витрати на одиницю виробленого газуEnergy Research Centre of the Netherlands 'Heat from Biomass via Synthetic Natural Gas'.
Відновлюваний газ можна виробляти за допомогою трьох основних процесів: Анаеробне зброджування органічного матеріалу. Це можна робити у спеціальних анаеробних реакторах або як побічний газ, зібраний зі звалищ та в процесі очищення стічних вод Виробництво через реакцію Сабатьє. За допомогою реакції Сабатьє газ із первинного виробництва перетворюється вторинним процесом, щоб отримати газ, придатний для введення в газову мережуDanish Gas Technology Centre 'Sustainable Gas Enters the European Gas Distribution System' Термічна газифікація органічного (звичайно сухого) матеріалу.
Метан можна виробляти технічними або природними способами. Технічно біометан можна виробляти за допомогою синтез-газу через конверсію біомаси. Біометан, отриманий таким чином, також називають (SNG).
Однак наразі дедалі частіше використовується так званий «біогаз». Він утворюється, коли органічний матеріал розкладається за відсутності кисню. Технічно контрольовані процеси відбуваються на . Найбільшу частку виробленого біогазу становить метан (CH4) — 50-75 %. Крім того, в основному утворюється вуглекислий газ (CO2), а також інші гази, такі як N2, NH3, H2, H2S, O2, леткі органічні сполуки, і тіоли. Для виробництва біогазу на біогазових установках як субстрати використовуються енергетичні культури, рідкий гній, солома (залишки врожаю зернових)verbio.de та іноді органічні залишки. Однак, біометан також виробляється природним шляхом як компонент біогазу в безкисневих шарах під земною поверхнею, на торфовищах, болотах, анаеробних ділянках відкладень і рисових полях, а також неконтрольовано на звалищах, резервуарах рідкого гною або через викиди від тваринництваA. Tilche, M. Galatola: The potential of bio-methane as bio-fuel/bio-energy for reducing greenhouse gas emissions. In: Water Science and Technology. Vol. 57, No. 11, London 2008..
Переробка
Перед подачею в газопровідну мережу сирі гази, що утворюються в результаті бродіння і насичені водяною парою, переробляються до якості природного газу. Ця очистка газу в першу чергу включає видалення значної частки води, вуглекислого газу та сірководню, а також кондиціонування та стиснення. Для того, щоб біометан використовувався як замінник природного газу, повинна бути скоригована його теплотворна здатність (індекс Воббе). Залежно від техніко-економічних граничних умов застосовуються та поєднуються між собою різні процеси підготовки газуS. Rahmesohl u. a.: Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse. Untersuchung im Auftrag von BGW und DVGW. Band 1: Gesamtergebnisse und Schlussfolgerungen. Wuppertal/ Leipzig/ Oberhausen/ Essen 2006, S. 23..
Вже на біогазовому заводі відбуваються перші етапи переробки та загального очищення (осушування та десульфуризація). Після цих етапів отриманий сирий біогаз містить середній вміст метану від 50 до 60 % і відсоток вуглекислого газу від 35 % до 45 %. Решту складають азот, кисень та інші гази.
Під час подальшої переробки до біометану компонент вуглекислого газу та залишки сірководню видаляються з біогазу різними фізичними або хімічними процесами (абсорбція, адсорбція або фільтрація), і метан значно збагачується. Отриманий біометан кондиціонується (коригування значення конденсації за допомогою LPG [ зрідженого нафтового газу ], такого як пропан, бутан або повітря)F. Burmeister u. a.: Neue Aspekte der Biogaskonditionierung. In: GWF, Gas, Erdgas. Nr. 6, 2008, S. 358 ff., а потім стискається для подачі в мережу природного газу або для використання як біопаливо.
Крім того, повинні вимірюватися важливі параметри кінцевого газу (питома теплота згоряння, теплотворна здатність, індекс Воббе, густина тощо), а також визначатися кількість переданої енергії (розрахункова теплотворна здатність). Метою цих вимог є надання користувачам газу однакової якості та виставлення рахунків за кількість спожитої енергії. Крім того, з міркувань безпеки газ , щоб прозору речовину без запаху можна було виявити за допомогою нюху.
Отже, можна виділити наступні етапи обробкиS. Rahmesohl u. a.: Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse. Untersuchung im Auftrag von BGW und DVGW. Band 1: Gesamtergebnisse und Schlussfolgerungen. Wuppertal/ Leipzig/ Oberhausen/ Essen 2006, S. 20ff: Десульфуризація, оскільки сірководень призводить до корозії Груба десульфуризація Біологічна — мікроорганізмами, що окислюють сірку Хімічна — осаджувачами, такими як оксид заліза, які зв'язують сірку Тонка десульфуризація шляхом адсорбції на активованому вугіллі або оксиді цинку Осушування газу для запобігання корозії шляхом стиснення та/або охолодження Адсорбція, зв'язування води силікагелями або оксидом алюмінію Конденсація через охолодження Відокремлення CO2: безнапірна амінна промивка, очищення водою під тиском, адсорбція коливанням тиску або мембранна технологія Кондиціонування: регулювання теплотворної здатності шляхом зміни складу газу Одоризація, щоб газ, що виділяється, розпізнавався за запахом Стиснення до магістрального тиску.
Переробка біогазу/газу стічних вод під нормальним тиском і подача його в мережу природного газу з тиском до 100 мбар вперше була реалізована в Майлені (Швейцарія) у червні 2008 року. Застосований процес BCM підтвердив свою ефективність, показавши значну енергетичну вигідність порівняно з переробкою під тиском. Витрати на транспортування природного газу також зменшуються, оскільки такий біометан використовується на місцях децентралізовано. Порівняно з переробкою під тиском, втрати метану при переробці до біометану без тиску значно менші. Немає дозування пропану для регулювання калорійності, а тому пропан можна продовжувати використовувати як цінну хімічну сировину замість спалювання, aufgerufen am 12. Mai 2015..
Стандартизація Що стосується якості біогазу, існує три стандарти подачі: