Co je hlavní složkou bioplynu?

Zemní a syntetický zemní plyn patří mezi hlavní světové zdroje energie. Moderní trendy ve vývoji teplárenského komplexu, klimatické změny a rostoucí ceny zemního plynu však vyžadují nové a alternativní zdroje energie. Věda nestojí na místě, často umožňuje využívat nestandardní způsoby získávání energie. V tomto článku se budeme zabývat perspektivami bioplynu a biosyntetického plynu získaného z biomasy a také jejich (bioplyn a bio-LPG) charakteristikami. Nejprve si ujasněme terminologii. Bioplyn je plyn získaný přírodními procesy, uměle „opakovaný“ v průmyslovém měřítku, zatímco biosyngas (syngas, syntézní plyn) je plyn získaný jako výsledek biochemických reakcí. Bioplyn a biosyntetický plyn jsou univerzální. Lze je využít k výrobě elektřiny, tepla a jako biopalivo (biometan). Surovinou pro bioplyn jsou organické odpady (komunální, průmyslové, zemědělské), čistírenské kaly, hnůj a hnojiva, dřevo, energetické plodiny, zemědělský odpad, siláž atd. anaerobní trávení. Dřevní biomasa, včetně uhlí, není pro tento konkrétní proces vhodná kvůli vysokému obsahu ligninu, polymeru přírodního původu, ale lze ji využít k výrobě biosyntetického plynu. termochemické zplyňování. Výroba bioplynu z organického odpadu anaerobní digescí je ekonomičtější ve srovnání s výrobou biosyntetického plynu zplyňováním. Přibližné náklady na sadu zařízení na výrobu bioplynu o objemu až 7500 nm 3 /h anaerobní digescí dosahují 5000 USD. K výrobě biometanu z biomasy (methanace) je zapotřebí dalších až 2600 USD za každý nm 3 /h. Výroba biosyngasu může stát až 20 USD za GJ. Pokud se zpracuje také na syntetický zemní plyn (SNG) (metan), kapitálová investice se zvýší o dalších 25 %. Tyto ceny jsou přibližné a platí pro rok 2013. V příštích 10-15 letech se může požadovaná investice do výroby zvýšit o 10-15%.

Výroba bioplynu z biomasy

Proces anaerobní digesce je mikrobiologický proces rozkladu biomasy v bioreaktorech za nepřítomnosti kyslíku, jehož výsledkem je tvorba bioplynu a vyhnilého kalu, který je následně využíván jako organické hnojivo. Tento proces se skládá z hydrolýzy, acidogeneze, acetogeneze a methanogeneze. V poslední fázi se tvoří metan. Hlavními ukazateli, které ovlivňují cenu výroby, jsou teplota trávení (mezofilní aerobní rozklad při 30-45ºC, termofilní aerobní rozklad při 50-60ºC), hodnota pH (pH 6,5-8), udržování stálého míchání pracovního prostředí, přítomnost biogenních látek (poměr organického uhlíku k dusíku 20-30), doba zdržení (až 20 dní nebo více v závislosti na teplotě), přítomnost toxických látek ve výchozím materiálu. K rozkladu může docházet také u látek s vysokou (koncentrace sušiny 5–15 %) a nízkou (více než 15 %) vlhkostí: první možnost vyžaduje méně investic, zatímco druhá možnost vyžaduje nižší provozní náklady a má vyšší produktivitu plynu na jednotku suroviny.

Bioplyn z rostlinných zbytků

Existuje i třetí, méně obvyklá možnost – výroba bioplynu z rostlinných zbytků, kdy dochází k tzv. pasivní (přirozené) anaerobní digesci. Využití této metody má omezení zejména v rozvojových zemích kvůli vysokému zatížení životního prostředí. Ale díky implementaci Kjótského protokolu a mechanismu čistého rozvoje* lze omezení zrušit. Srovnávací tabulka charakteristik bioplynu a zemního plynu

Tabulka poměrů některých druhů biomasy a objemu vyrobeného bioplynu

Výroba biosyngasu, mimo jiné z uhlí

Biosyntetický plyn se získává tepelným zplyňováním různé biomasy obsahující uhlík. Během procesu zplyňování dochází k tvorbě syntetického plynu, sloučenin vodíku a oxidů/oxidů uhlíku. Tato metoda je známá již dlouhou dobu: poprvé se začala používat na konci 1921. století, v Německu se hojně používala během druhé světové války a v roce 400 byl patentován první generátor plynu s fluidním ložem. V závislosti na poměru vodíku a oxidů uhlíku za působení katalyzátorů lze biosyngas využít jak pro průmyslové účely v různých chemických procesech, pro výrobu metanu a výrobu metanolu a čpavku, tak pro výrobu biopaliv, různých chemikálií a elektřiny. Proces zplyňování uhlí probíhá v reaktorech, kde proces pyrolýzy probíhá nejprve při teplotách nad 800°C. V důsledku toho se tvoří těkavé látky obsahující vodík, pryskyřice, fenolové a uhlovodíkové páry. Dále se zuhelnatělá látka zplyňuje při teplotě 1800-70°C za vzniku syntézního plynu s vysokým obsahem vodíku a uhlíku. Koeficient přeměny energie v důsledku zplyňování uhlí je 80-XNUMX%. Náklady na výrobu biosyngasu závisí na složení závodu, zda je součástí podniku vyrábějícího např. čpavek nebo pouze syntézní plyn, na požadavcích na jeho složení a komplexu zařízení. Souhrnná tabulka charakteristik syntetického zemního plynu a syntézního plynu z uhlí o výhřevnosti 20700 – 27300 kJ/kg

Biometan

Biometan se vyrábí z bioplynu a syntézního plynu metanací, který se používá v rozvodných sítích plynu nebo jako biopalivo. Tento proces zahrnuje odstraňování oxidů uhlíku ze vstupního plynu bohatého na vodík. Mezi technologie, které se k tomu používají, patří mokré čištění plynu, aminové praní, mechanické čištění organickými rozpouštědly a adsorpce pomocí tlakového cyklování. A kryogenní výrobní metody se používají ke zkapalnění metanu. Výroba biometanu začala v 80. letech 1984. století v jednom z největších průmyslových závodů, který se nachází v Severní Dakotě (USA) a funguje od roku XNUMX. Závěry Účelem této recenze nebyl detailní popis technické stránky procesu získávání bioplynu a syngasu, ale pouze exkurz do tohoto tématu z pohledu perspektiv využití těchto druhů paliv a jejich vlastností. Na základě analýzy můžeme s jistotou dojít k závěru, že maximální výrobní potenciál je zaznamenán právě pro výrobu biosyngasu, což již potvrzuje široká distribuce továren a podniků na jeho výrobu. *Závazky rozvinutých zemí a zemí s transformující se ekonomikou snížit emise skleníkových plynů do atmosféry Podle materiálů: Program analýzy systému energetických technologií: Výroba bioplynu a biosyngasu, Program analýzy systému energetických technologií: Výroba syngasu z uhlí

Druhá polovina dvacátého století byla ve znamení intenzivního zájmu o rozvoj „zelených“ technologií. Solární energie, větrné turbíny, autonomní vytápění, přílivové elektrárny. A také bioplyn. Věc, která se aktivně využívá v netradičních zdrojích energie stále více.

Kupodivu, bioplyn je znám již dlouhou dobu, již ve starověké Číně. A pak to bylo znovu „znovu objeveno“, přibližně v naší době.

Bioplyn je produkt získaný přihříváním (bez přístupu na vzduch) různých organických látek. V důsledku přehřívání vzniká mnoha ekology tolik milovaný bioplyn.

Bioplyn je ve skutečnosti směs několika plynů. Hlavními složkami jsou metan (o který je největší zájem) a oxid uhličitý. V závislosti na podmínkách procesu může být produkce metanu od 55 do 70 %. Totéž platí pro oxid uhličitý – ten se nakonec ve směsi pohybuje od 28 do 43 %.

Bylo zjištěno, že pokud vezmete 1 kg organické hmoty, která se může rozložit o 70%, po určité době se získá přibližně 180 gramů metanu a 320 gramů oxidu uhličitého.

Voda se mimochodem uvolňuje také v důsledku přehřátí. Ukazuje se, že je to přibližně 200 gramů na 1 kg organické hmoty. Nerozložený zbytek bude 300 gramů, ale to je, pokud se naše organická hmota rozloží o 70 %. Něco takového.

Obecně se teoreticky zdá, že získávání bioplynu je jednoduchá záležitost. Je zde však několik jemností.

Protože proces přehřívání (fermentace) probíhá za účasti bakterií, může se urychlit, pokud je okolní teplota poměrně vysoká. V tomto smyslu fungují bioplynové stanice efektivněji v teplých klimatických podmínkách.

Pro těžší regiony však stačí nádrž řádně izolovat organickou hmotou, případně tam přivést ohřátou vodu. A pak fermentace půjde dobře.

Je zde ještě jeden důležitý bod: organická hmota použitá pro fermentaci musí obsahovat hodně vody, až 90 %.

Kromě toho musíte sledovat kvalitu vody dodávané do fermentační nádrže. Bakterie se prostě nemohou vyvinout, pokud je ve vodě hodně odpadu, jako je mýdlo nebo prací prášek.

Kromě toho bylo pozorováno, že bakterie jsou aktivní ve střední pracovní oblasti. Proto je nutné organickou hmotu v nádrži několikrát denně promíchat.

Voda v nádrži v důsledku chemických procesů vede ke vzniku rzi. Zde je však problém snadno vyřešen – nainstalujeme nádrž z nerezové oceli a je to.

Zařízení na výrobu bioplynu je v nejjednodušším případě fermentor vyrobený ze železa (nerez). Instaluje se do otvoru hlubokého 2-3 metry a průměru asi 4 metry. Horní část fermentoru je pokryta kovovým zvonem. Akumuluje se v něm bioplyn. A přivádí se dále od zvonu pomocí hadice.

Do fermentoru se umístí hnůj nebo jiná vhodná organická hmota a navrch se nalije kravská (prase, ovčí atd.) moč (bez přidání vody). Toto zařízení začne produkovat plyn 7 dní po jeho naplnění.

V praxi se však stává, že první bioplyn obsahuje příliš mnoho oxidu uhličitého, a proto neshoří. V tomto případě se uvolní do atmosféry a po několika dnech se pod zvonem vytvoří plyn vhodný k použití.

Vzhledem k výše uvedeným okolnostem je produkce bioplynu efektivní na farmách, kde je velké množství organického odpadu a kravské či prasečí moči. Posuďte sami: do malé instalace musíte najednou naložit několik metrů krychlových hnoje a několik set litrů moči. Na vesnici je takové množství organické hmoty, ale ve městě ne.

Bioplyn obecně nevyřeší všechny ekologické a energetické problémy, ale určitě je pomůže zmírnit. A tohle vypadá jako docela dobrý obchod.