Jak by to było dostać się z punktu A do punktu B bez szkody dla klimatu? Pierwsza myśl, jaka przychodzi do głowy, to zakup samochodu elektrycznego. Jednak do produkcji baterii potrzebne są pierwiastki ziem rzadkich, takie jak dysproz czy neodym. Inne pierwiastki, takie jak lit lub kobalt, również muszą być wykorzystane do produkcji baterii. Pierwiastki te są na ogół deficytowe i mają problematycznych dostawców, takich jak Chiny w przypadku metali ziem rzadkich lub Kongo w przypadku kobaltu (Dicks, 2020).
Więc co teraz?
Czy istnieje alternatywa, która jest zarówno przyjazna dla środowiska, jak i oszczędza czas podczas tankowania?
Odpowiedź brzmi: TAK! Paliwo to nazywa się biometan. Czym dokładnie jest biometan, jak jest produkowany i jakie kroki są niezbędne, aby uzyskać gotowy produkt końcowy, wyjaśniono w tym artykule.
Dicks, H. (9 grudnia 2020 r.). Biometan - atrakcyjne paliwo dla transformacji mobilności.
W tym miejscu pojawia się pytanie: W jaki sposób przyjazne dla środowiska paliwo jest produkowane z obornika (gnojowicy/obornika) i surowców odnawialnych?
Po pierwsze, pozostałości, surowce odnawialne, gnojowica/obornik i odpady z gospodarstw rolnych i producentów są zbierane przez podmioty zbierające, zazwyczaj dealerów lub dostawców, a następnie transportowane do biogazowni. Etap ten został zilustrowany na rysunku 1.
Rysunek 1: Pierwszy krok w łańcuchu wartości (agriportance GmbH, 2022)
Fermentacja tych substancji odbywa się w tym zakładzie. Podczas tworzenia metanu mikroorganizmy rozkładają materię organiczną w środowisku beztlenowym (anaerobowym), uwalniając biogaz. Jest to nasycona parą wodną mieszanina gazów, która zasadniczo składa się z metanu (CH4) i dwutlenku węgla (CO2). Oprócz pary wodnej, inne składniki obejmują gazy śladowe, takie jak azot, tlen, wodór, siarkowodór i amoniak. W biogazowniach i gazowniach ścieków te procesy fermentacji beztlenowej są technicznie stosowane, a biogaz, który można wykorzystać do produkcji energii, jest wytwarzany z najwyższą możliwą wydajnością.
Etapy procesu w biogazowni można z grubsza wyjaśnić w czterech krokach:
Procesy te przedstawiono ponownie na rysunku 2.
Rysunek 2: Beztlenowa degradacja materiału organicznego do biogazu (fermentory G, bakterie acetogenne AB, bakterie homoacetogenne HAB, syntropowe utleniacze octanu SAO, acetoklastyczne metanogeny AM, hydrogenotroficzne metanogeny HM) (Martin Kaltschmitt, 2016).
Martin Kaltschmitt, H. H. (2016). energia z biomasy. springer.
Aby wyprodukować biometan z biogazu, mieszanina gazów musi zostać oczyszczona. Odbywa się to w zakładach uszlachetniania biogazu. Ten etap łańcucha wartości przedstawiono na rysunku 3
Rysunek 3: Etap 2 w łańcuchu wartości biometanu (agriportance GmbH. (czerwiec 2022 r.). Workshop_THG_Bilanzierung_V.0.1.12.)
Do przetwarzania wykorzystywane są różne procesy, takie jak płukanie aminowe, adsorpcja zmiennociśnieniowa lub płukanie wodą pod ciśnieniem (DWW):
W płuczce aminowej, jako procesie absorpcji chemicznej, oczyszczanie jest podobne do płuczki wodnej pod ciśnieniem. W tym przypadku biogaz przepływa pod nieznacznie zwiększonym ciśnieniem przez roztwór aminy i wody w przeciwprądzie, dzięki czemu CO2 reaguje z roztworem płuczącym i przechodzi do niego. Roztwór aminy osiąga większe obciążenie niż woda, co zmniejsza ilość detergentu, który musi być cyrkulowany. Powietrze wylotowe zawiera tylko niewielkie ilości metanu, dlatego zwykle nie jest wymagane oczyszczanie gazów ubogich. Dokładne odsiarczanie jest zalecane w celu utrzymania wydajności mycia w dłuższej perspektywie. Oczyszczanie aminowe jest bardzo energochłonne, ponieważ do regeneracji roztworu aminy wymagane są duże ilości ciepła procesowego (Braune, Naumann, Postel, & Postel, 2015).
Proces DWW wykorzystuje różną rozpuszczalność metanu i dwutlenku węgla w wodzie pod różnym ciśnieniem. Wcześniej sprężony biogaz przepływa przez kolumnę absorpcyjną z dołu do góry. Zwykle jest ona zaprojektowana jako reaktor ze złożem ściekowym, w którym woda przepływa przez gaz w przeciwprądzie. Pozwala to na rozpuszczenie zasadowych i kwaśnych składników biogazu, zwłaszcza dwutlenku węgla i siarkowodoru, oraz oddzielenie wszelkich pyłów i mikroorganizmów. Oczyszczony gaz opuszcza kolumnę z czystością od 90 do 99% objętości metanu. Oprócz CO2, powietrze wylotowe zawiera około 1% objętości metanu, który musi zostać oddzielony poprzez oczyszczanie gazów ubogich. Zapotrzebowanie na energię elektryczną jest wysokie w porównaniu z innymi procesami separacji CO2 ze względu na cyrkulację wody płuczącej i wymaganą kompresję biogazu. Wcześniejsze osuszanie gazu nie jest wymagane (Braune, Naumann, Postel, & Postel, 2015).
W adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) mieszaniny gazów są oddzielane poprzez adsorpcję na węglach aktywnych, sitach molekularnych lub węglowych sitach molekularnych. Przed DWA wymagane jest suszenie, dokładne odsiarczanie i sprężanie biogazu. Schłodzony, odwodniony gaz przepływa następnie przez adsorbent (sito molekularne lub węgiel aktywny), na którym adsorbuje się CO2. Bogaty w metan gaz produktowy jest następnie rozprężany i kierowany do drugiej kolumny, w której proces adsorpcji jest powtarzany z wprowadzeniem powietrza z otoczenia. Regeneracja absorbentu odbywa się poprzez obniżenie ciśnienia za pomocą pompy próżniowej. Wyekstrahowany gaz bogaty w CO2 nadal zawiera metan i dlatego musi być podawany do oczyszczania gazów ubogich (Braune, Naumann, Postel, & Postel, 2015).
Jednak biometan, który został oczyszczony w wyniku tych procesów, musi spełnić różne wymagania, zanim będzie mógł zostać wprowadzony do sieci gazu ziemnego:
Teoretycznie każda biogazownia może dostarczać biometan wytwarzany z biogazu do sieci gazu ziemnego. W praktyce, budowa instalacji zasilającej i rurociągów do sieci gazowej musi zostać sprawdzona przez odpowiedniego operatora sieci. Ponieważ koszty budowy biogazowni i rurociągów muszą być pokrywane z ilości sprzedawanego gazu, biogazownie zasilane mają sens tylko w przypadku biogazowni zlokalizowanych w pobliżu sieci gazowej. Wytyczne DVGW i DIN definiują odpowiednie kluczowe dane dotyczące wprowadzania biometanu do sieci gazu ziemnego i wykorzystywania go jako paliwa. Dlatego też, zanim biometan będzie mógł zostać wprowadzony do sieci gazu ziemnego, musi zostać doprowadzony do jakości gazu ziemnego wymaganej w danej lokalizacji. Jakość ta różni się w zależności od regionu, zwłaszcza w odniesieniu do wymaganej wartości opałowej i ciśnienia (Braune, Naumann, Postel, & Postel, 2015); (agriportance GmbH. (czerwiec 2022 r.). Workshop_THG_Balancing_V.0.1.12).
Biometan, który został oczyszczony i spełnia wymagania, może być teraz wykorzystywany przez konsumenta.
agriportance GmbH. (czerwiec 2022). Workshop_THG_Balancing_V.0.1.12.
Jak opisano na początku, biometan może być wykorzystywany w transporcie. Nawet jeśli świat motoryzacji stanie się bardziej elektryczny: Gaz ziemny lub CNG jest i pozostanie bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą dla benzyny i oleju napędowego. Jednak wybór modeli pojazdów jest ograniczony (nowe samochody z wyposażeniem CNG/gaz ziemny "ex works": Audi, Fiat, Seat, Skoda, VW), a sieć stacji benzynowych może zostać rozszerzona (rysunek 4). Podobnie jak ropa naftowa i węgiel, gaz ziemny jest palnym surowcem organicznym. Składa się w około 85% z metanu. Dostępne są sprężony gaz ziemny (CNG) i skroplony gaz ziemny (LNG). Ten ostatni jest skraplany w temperaturze minus 164 stopni Celsjusza i jest używany tylko w pojazdach użytkowych. Gazowy CNG jest najczęściej stosowany w samochodach osobowych. Biogaz jest również coraz częściej wykorzystywany na stacjach benzynowych. Jest on przechowywany w pojazdach w zbiornikach o ciśnieniu roboczym 200 barów. W Niemczech jest około 820 stacji benzynowych, na których dostępny jest sprężony gaz ziemny. Biogaz jest wariantem szczególnie przyjaznym dla środowiska. Zwiększając zawartość metanu, można go doprowadzić do tego samego poziomu jakości, co gaz ziemny. Taki biometan nadaje się bez ograniczeń jako paliwo dla pojazdów napędzanych gazem ziemnym. Biometan jest już oferowany jako czyste paliwo lub mieszany z gazem ziemnym na wielu stacjach tankowania gazu ziemnego w Niemczech (ADAC, Erdgas/CNG - ein Antrieb mit Zukunft?, 2022).
Rysunek 4 Stacje tankowania biogazu w Münster i okolicach (ADAC, Finden Sie die günstigste Tankstelle)
ADAC. (11 stycznia 2022 r.). Gaz ziemny/CNG - napęd z przyszłością? Niemcy.
ADAC. (bez daty). Znajdź najtańszą stację benzynową. Niemcy.
Bibliografia
ADAC. (11 stycznia 2022 r.). Gaz ziemny/CNG - napęd z przyszłością? Niemcy.
ADAC. (bez daty). Znajdź najtańszą stację benzynową. Niemcy.
agriportance GmbH. (czerwiec 2022). Workshop_THG_Balancing_V.0.1.12.
Dicks, H. (9 grudnia 2020 r.). Biometan - atrakcyjne paliwo dla transformacji mobilności.
Martin Kaltschmitt, H. H. (2016). energia z biomasy. springer.