Биогаз: какво е, състав, производство, източници и приложения

Биогаз: възобновяема енергия от отпадъци и тор — метан и CO2 за производство на електричество, отопление, гориво и индустриални приложения.

Биогазът е газ, получен в резултат на разграждане на органични вещества в безкислородна среда (анаеробно разграждане) или ферментация. Органичната материя може да бъде оборски тор, отпадни води, битови отпадъци, компост, хранителни отпадъци или други биоразградими суровини. Биогазът е основно метан и въглероден диоксид. В зависимост от мястото на производството му, биогазът се нарича още:

• блатен газ
• блатен газ
• сметищен газ
• ферментационен газ

Биогазът може да се използва като гориво за превозни средства или за производство на електроенергия. Той може да се изгаря и директно за готвене, отопление, осветление, технологична топлина и абсорбционно охлаждане.

Състав

Типичният състав на суровия биогаз е:
- Метан (CH4): около 50–70% (основният енергиен компонент)
- Въглероден диоксид (CO2): около 30–50%
- Малки количества: водна пара, сероводород (H2S), амоняк (NH3), въздушни примеси (O2, N2) и следи от летливи органични съединения.

Конкретният състав зависи от вида на суровината и условията на анаеробната обработка. Съдържанието на метан определя енергийната плътност: при 50–60% метан калорийната стойност на биогаза е приблизително 18–24 MJ/m³ (нижна топлинна стойност).

Производствен процес (фази на анаеробно разграждане)

Процесът на производство протича в няколко основни стадия:

• Хидролиза – разграждане на сложни органични съединения (мазнини, белтъци, въглехидрати) до по-прости молекули.
• Киселиногенеза (ферментация) – образуване на летливи киселини, алкохоли, CO2 и H2.
• Ацетогенеза – превръщане на продуктите от предходния етап в ацетат, H2 и CO2.
• Метаногенеза – метаногенни микроорганизми (археи) образуват метан от ацетат (ацетоклазна метаногенеза) или от H2/CO2 (водородно-ацетатна метаногенеза).

Тези процеси се осъществяват в специални съоръжения — анаеробни реактори (биореактори), мебели, силози или сметищни зони при контролирани условия на температура, pH и време на задържане.

Източници на суровини

Най-често използваните източници са:

• Животински тор (оборски тор) и утайки от животновъдни ферми;
• Отпадни води и канализационни утайки от пречиствателни станции;
• Битови и хранителни отпадъци от домакинства и хранилови предприятия;
• Сметища — метанът се отделя естествено при разграждане на органика в депа (сметищен газ);
• Енергийни култури (силаж, царевичен силаж и др.) и индустриални биоотпадъци.

Приложения

Биогазът е гъвкаво гориво и може да се използва за:

• Когенерация (CHP) — производство на електрическа и топлинна енергия чрез двигатели на вътрешно горене, микротурбини или котли;
• Отопление и технологична топлина — директно изгаряне в котли и горелки;
• Готвене и осветление — особено в малки общности и селски райони;
• Транспортиране (биометан/CNG) — след очистване и повишаване на съдържанието на метан (upgrading) биогазът може да се използва като заместител на природния газ за автомобили;
• Инжектиране в газовата мрежа — при достигане на необходимите параметри за качество;
• Похаботни приложения — абсорбционно охлаждане, технологични процеси в промишлеността.

Почистване и подобряване на качеството (upgrading)

За да стане биогазът подходящ за заместване на природен газ или за използване в когенерация с по-висока ефективност, често се прилагат технологии за премахване на CO2, H2S и влага. Основни методи:

• Водна промивка (water scrubbing);
• Физико-химическо абсорбиране (аминови разтвори);
• Адсорбция при промяна на налягането (PSA);
• Мембранни технологии;
• Криогенни методи и др.

Резултатът е биометан с високо съдържание на метан (>95%), който може да бъде използван като гориво за превозни средства или да се инжектира в газовата мрежа.

Предимства и екологични ползи

• Възобновяем източник на енергия и заместител на изкопаеми горива;
• Намалява емисиите на парникови газове, когато се събира и използва вместо да изтича в атмосферата;
• Редуцира миризми и опасни емисии от ферми и депа;
• Предоставя възможност за рециклиране на хранителни вещества чрез използването на дигестат като тор;
• Подобрява управлението на отпадъците и намалява обема им.

Предизвикателства и рискове

• Наличие на корозивни компоненти (H2S) изисква почистване и специални материали;
• Променлив състав и калорична стойност в зависимост от суровините;
• Необходимост от инвестиции в съоръжения за събиране, пречистване и съхранение;
• Регулаторни изисквания и безопасност при експлоатация (рискове от запалване и задушаване при изтичане);
• Икономическа жизнеспособност зависи от мащаба, субсидии и пазар за топлина/електричество или биометан.

Безопасност и съхранение

Биогазът е запалим и може да образува експлозивни смеси с въздуха. Важни мерки:

• Газоплътни резервоари и тръбопроводи, вентилация на помещения;
• Мониторинг за H2S и метан, детектори за изтичане;
• Заземяване и защита от статично електричество;
• Обучение на персонала и аварийни процедури.

Дигестат — остатъчен продукт

След анаеробно разграждане остава т.нар. дигестат — полуизграден остатък, богат на хранителни вещества (азот, фосфор, калий). Той може да се използва като оборски тор/торо-заместител след подходяща обработка и сушене, което подпомага кръговата икономика и намалява нуждата от минерални торове.

Обобщение

Биогазът е ефективна и многопосочна технология за производство на възобновяема енергия и управление на органични отпадъци. Правилното проектиране, почистване и експлоатация позволяват да се използва за производство на електричество, топлина и гориво за транспорт, като същевременно намаляват емисиите и връщат хранителни вещества обратно в почвата.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява биогазът?

В: Кои са някои примери за органични вещества, които могат да произвеждат биогаз?

В: Какъв е съставът на биогаза?

В: Какви са някои алтернативни наименования на биогаза?

В: Какви са някои приложения на биогаза?

В: Как може да се използва биогазът като гориво за превозни средства?

В: Какви са някои предимства на използването на биогаз?

Търсене по буква