Користувач:Dgho/Біометан н

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Трубопроводи природного газу та природного біогазу

Біометан — це 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. Біометан використовується для виробництва електроенергії та тепла на комбінованих теплоелектростанціях (ТЕЦ), газових теплових насосах, паливних елементах і як паливо для транспортних засобів. Перед використанням і розподілом вироблений біогаз необхідно переробити в біометан і відокремити від інших компонентів газу.

Виробництво[ред. | ред. код]

Докладніше: Methan

Метан можна виробляти технічними або природними способами. Технічно біометан можна виробляти за допомогою синтез-газу з газифікації біомаси. Біометан, отриманий таким чином, також називають синтетичним природним газом (SNG).

Однак наразі дедалі частіше використовується так званий «біогаз». Він утворюється, коли органічний матеріал розкладається за відсутності кисню. Технічно контрольовані процеси відбуваються на біогазових установках. 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, силоксани і тіоли. Для виробництва біогазу на біогазових установках в якості субстратів використовуються енергетичні культури, рідкий гній, солома (залишки врожаю зернових)[1] 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 тваринництва[2].

У 2012 році в Цербігу (Саксонія-Ангальт) був введений в експлуатацію перший завод, який може виробляти 260 000 тон соломи на рік із біометану (2017)[3]. Німецький дослідницький центр біомаси в Лейпцигу оцінює потенціал Німеччини в 8-13 мільйонів тон, 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 газі[4].

Переробка[ред. | ред. код]

Докладніше: Biogasaufbereitung

Перед подачею в мережу газопроводу 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 газу[5].

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)[6], а потім стискається для подачі в мережу природного газу або для використання в якості біопалива.

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 одорується, щоб прозору речовину без запаху можна було виявити за допомогою нюху.

Отже, можна виділити наступні етапи обробки[7][8]:

  • 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[9].

Стандартизація[ред. | ред. код]

Що стосується якості біогазу, існує три стандарти подачі:

  • Замінний газ (відповідає якості природного газу; безпроблемна подача з регулюванням тиску), напр. оброблений біогаз (також відомий як біометан), оброблений шахтний газ або синтетичний природний газ.
  • Додатковий газ (можна додавати в обмеженій кількості; має інший склад і кількість енергії порівняно з основним газом)[10]. Можливість змішування сильно залежить від якості газу та діапазону використання в газовій мережі нижче за течією.
  • Очищений біогаз, ще не адаптований до якості природного газу шляхом відділення CO2, подається в так звані сателітні системи в невеликих локальних мережах, як правило, із сателітноютеплоелектростанцією та тепломережею через окрему лінію. Немає змішування з викопним природним газом[11].

Для того, щоб біометан був прийнятий в мережу природного газу, його основні властивості повинні відповідати властивостям природного газу. Біометан повинен відповідати наступним значенням у сімействі горючих газів, багатих на метан, визначених німецькими технічними нормами (DVGW Arbeitsblatt G 260)[12][13]:

  1. Індекс Воббе L-газу ("низький"): WS,N = 11,0-13,0 кВт·год/м³, номінальне значення = 12,4 кВт·год/м³; може тимчасово впасти до 10 кВт·год/м³.
  2. Індекс Воббе Н-газу ("високий"): WS,N = 13,6-15,7 кВт·год/м³, номінальне значення = 15 кВт·год/м³; може тимчасово впасти до 12 кВт·год/м³.

Використання відповідним чином обробленого біогазу зі значним видаленням вуглекислого газу з калорійністю приблизно 10,6 кВт·год/м³ можливе лише в якості додаткового газу. Особливо це вірно для групи H. (Незбагачений газ, напр. пропан, не можна виробляти шляхом обробки біогазу з вищою калорійністю, ніж у чистого метану (11,06 кВт·год/м³)).

Розподіл та економіка[ред. | ред. код]

У зв’язку з необхідним рівнем інвестицій, економною переробка біогазу видається лише за умови потужності приблизно від 250 м³ до 500 м³ біометану на годину. Це відповідає потужності електричної системи 1-2 МВт з прямим перетворенням біогазу в когенераційній теплоелектроцентралі (ТЕЦ). У Німеччині в листопаді 2017 року було в експлуатації 190 заводів з виробництва біометану загальною потужністю 1 млрд м³ на рік[14]. На 2017 рік по всій країні очікувалася 191 пускова система продуктивністю 113 тис. м³/год. Заявлена мета федерального уряду полягала в тому, щоб у 2020 році в Німеччині вироблялося близько 60 мільярдів кВт-год біометану на рік. Це відповідає потужності приблизно від 1200 до 1800 біометанових установок і, отже, новому будівництву щонайменше 120 установок на рік з обсягом інвестицій у технології виробництва 10-12 мільярдів євро. Щоб забезпечити виробництво біогазу енергетичними культурами, до 2020 року мало бути доступним 1,2 млн гектарів обробленої землі[15]. Щоб досягти мети, виробництво біогазу має збільшитися на 150 % порівняно з 2007 роком, припускаючи, що весь біогаз модернізується до біометану. При виробленні електроенергії на ТЕЦ можна покрити близько 4 % потреби в електроенергії[16].


Як і біогаз, біометан субсидується, зокрема, через Закон ФРН про відновлювані джерела енергії. Конкурентоспроможність біометану порівняно з енергоносієм-замінником природним газом не є ні очевидною, ні передбачуваною. Якщо припустити продовження класичної індексації цін на нафту до ціни на природний газ, поріг економічної життєздатності для біометану перевищуватиме 230 доларів США за барель нафти Brent. Проте залишається сумнівним, чи зв’язок із цінами на нафту існуватиме в майбутньому – принаймні в нинішньому вигляді. Оптові ціни на внутрішньому ринку природного газу в Німеччині стабільно зростають, наприклад, лістинги на Лейпцизькій енергетичній біржі EEX[17].

Використання[ред. | ред. код]

Біогаз і біометан як сполучна ланка у зв'язці енергетичного сектора

Біометан можна використовувати для отримання енергії, подаючи його в мережу природного газу (біоприродний газ) або використовуючи його як біопаливо для транспортних засобів, що працюють на природному газі. Незважаючи на те, що підживлення стає дедалі більш важливим, біометан як паливо поки що досягнув тільки нішевого застосування. У Мекленбурзі-Передній Померанії з 2011 року до природного газу буде додано лише до 10 відсотків природного біогазу. У листопаді 2010 року комунальна компанія Stadtwerke München (SWM) почала заправляти 50% природним біогазом на своїх семи газозаправних станціях.

Подача в мережу природного газу[ред. | ред. код]

В процесі розподілу існує теоретична різниця між природним газом і біометаном. З будь-якої точки мережі береться кількість природного газу, еквівалентна біометану, що подається. Індивідуальні постачальники газу пропонують доставку природного газу з вмістом біометану за додаткову плату як більш екологічну альтернативу чистому природному газу[18].

Використання для виробництва тепла та електроенергії[ред. | ред. код]

В Німеччині значна частина біометану, що подається в мережу природного газу, використовується для виробництва електроенергії та тепла, оскільки деякі оператори отримують підвищені платежі за електроенергію відповідно до Закону про відновлювані джерела енергії. Для використання біометану застосовуються різні технології[19]:

  • Когенерація (нім. BHKW): Газовий двигун приводить в дію генератор. При децентралізованому використанні система працює відповідно до потреби в теплі, електроенергія використовується внутрішньо або подається в розподільчу мережу.
  • Паливні елементи (нім. BZ): Біометан розкладається на вуглець і водень і реагує в паливному елементі на мембрані з киснем, утворюючи воду та CO2. Паливний елемент зазвичай працює при нагріванні. Електроенергія використовується внутрішньо або подається в розподільчу мережу. Загальний ККД вище, ніж у BHKW.
  • Газові теплові насоси (нім. GWP): Газовий двигун приводить в рух компресор. Також термоконтрольований, не має живлення. Різниці температур теплового насоса, охолоджувальної води двигуна та вихлопу двигуна забезпечують широкий спектр застосувань.

Використання як палива[ред. | ред. код]

Шаблон:Vergleich von Biokraftstoffen in Deutschland(ТАБЛИЦЯ)

Як і природний газ, біометан можна використовувати як паливо в двигунах автомобілів, але досі біогаз не часто використовувався таким чином. Транспортні засоби, переобладнані для роботи на чистому або двовалентному природному газі, також можуть працювати на біометані. Однак, на відміну від природного газу, біометан є майже CO2-нейтральним. Коли біометан подається в мережу природного газу, а згодом використовується як паливо, то цей природний газ також містить певну частку біометану.

У 2013 році в Німеччині працювали близько 130 газозаправних станцій, які пропонували біопаливо, виготовлене на 100 відсотків з біометану. З них 115 постачав виробник біопалива Verbio[20].

Вихід на ринок паливних елементів, високий досяжний електричний ККД і тривалий термін служби[21] роблять використання біометану в паливному елементі цікавим у майбутньому, оскільки електроенергія та тепло генеруються з відновлюваної сировини.

Правова база (для Німеччини)[ред. | ред. код]

Подача біогазу регулюється в Німеччині численними законодавчими нормами, зокрема Законом про відновлювані джерела енергії (EEG), Законом про відновлювані джерела теплової енергії (EEWärmeG), Законом про енергетичну промисловість (EnWG), Указом про тарифи на газові мережі та правилами DVGW . Постанова про доступ до газової мережі (GasNZV), яка набула чинності з квітня 2008 року, значно спростила доступ біометану до мережі природного газу. Крім того, постанова визначає мету федерального уряду щодо розширення використання біогазу: до 2020 року 60 млрд. кВт·год біогазу та до 2030 року 100 млрд. кВт·год біогазу повинно надходити до газової мережі[22][23]. Це буде приблизно одна десята природного газу, спожитого Німеччиною в 2008 році, - 930 млрд кВт/год.

Література[ред. | ред. код]

Посилання[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ verbio.de
  2. ↑ A. 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.
  3. ↑ verbio.de
  4. ↑ AL: Aus Stroh Biomethan machen. In: ZfK – Zeitung für kommunale Wirtschaft. April 2012, S. 36.
  5. ↑ S. 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.
  6. ↑ F. Burmeister u. a.: Neue Aspekte der Biogaskonditionierung. In: GWF, Gas, Erdgas. Nr. 6, 2008, S. 358 ff.
  7. ↑ S. 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.
  8. ↑ Архівна копія на сайті Wayback Machine...
  9. ↑ Архівна копія на сайті Wayback Machine., aufgerufen am 12. Mai 2015.
  10. ↑ S. 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. 50ff.
  11. ↑ Institut für Energietechnik IfE GmbH, 2011
  12. ↑ DVGW: Архівна копія на сайті Wayback Machine.
  13. ↑ J. Schiffers, A. Vogel: Abschlussbericht für das BMBF-Verbundprojekt »Biogaseinspeisung«. Band 5: Technische, rechtliche und ökonomische Hemmnisse und Lösungen bei der Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz aus Sicht eines Gasunternehmens. (PDF; 1,3 MB). E.ON Ruhrgas AG, Essen Juni 2009.
  14. ↑ biogaspartner.de: Архівна копія на сайті Wayback Machine.
  15. ↑ Biogasnutzung im ländlichen Raum – Der Beitrag verschiedener Anlagenkonzepte zur regionalen Wertschöpfung und ihre Umweltleistung.
  16. ↑ Архівна копія на сайті Wayback Machine., Statistiken und Graphiken, BMU 2009.
  17. ↑ Sebastian Herold: Bioerdgas zwischen Markt und Staat. Münster 2012, ISBN 978-3-00-037292-6, www.energy-thinker.net.
  18. ↑ Hinrich Neumann: Run auf Biomethan überrascht die Branche. (pdf). In: top agrar. 2/2009, S. 116–120.
  19. ↑ Архівна копія на сайті Wayback Machine..
  20. ↑ Архівна копія на сайті Wayback Machine. Pressemitteilung von Verbio vom 17. Januar 2013.
  21. ↑ fz-juelich.de.
  22. ↑ Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV), § 41a.
  23. ↑ Deutsche Energie-Agentur: www.Biogaspartner.de – Архівна копія на сайті Wayback Machine..

[[Категорія:Газова промисловість]]

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Користувач:Dgho/Біометан_н&oldid=39467717