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:
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.