Βιοαέριο

Βιοαέριο

Το βιοαέριο σχηματίζεται από την αναερόβια αποσύνθεση βιοαποικοδομήσιμων οργανικών υλικών. Το βιοαέριο μπορεί είτε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας μέσω μηχανών αερίου συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας είτε να καθαριστεί για να παράγει καθαρό βιομεθάνιο μέσω της αναβάθμισης βιοαερίου.

Η Clarke Energy είναι διανομέας των μηχανών αερίου Jenbacher, οι οποίες είναι ειδικά σχεδιασμένες για λειτουργία υψηλών αντοχών με απαιτητικά αέρια όπως το βιοαέριο, το αέριο χωματερής ή το αέριο λυμάτων. Η Clarke Energy είναι επίσης ένας διανομέας των μονάδων αναβάθμισης βιοαερίου της TPI.

 

Τι είναι το βιοαέριο;

Το βιοαέριο είναι ένα ανανεώσιμο αέριο το οποίο παράγεται από αναερόβιους μικροοργανισμούς. Αυτά τα μικρόβια τρέφονται από τους υδατάνθρακες και τα λίπη, παράγοντας μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα ως μεταβολικά προϊόντα αποβλήτων. Το αέριο αυτό μπορεί να αξιοποιηθεί από τον άνθρωπο ως μια πηγή ανανεώσιμης ενέργειας.

Το βιοαέριο αποτελεί επίσης ένα ανανεώσιμο καύσιμο καθώς προέρχεται από οργανική ύλη, η οποία δημιουργείται από ατμοσφαιρικό άνθρακα από φυτά που καλλιεργούνται σε πρόσφατες καλλιεργητικές περιόδους και αποτελεί μέρος του βραχέος κύκλου άνθρακα.

 Οφέλη της αναερόβιας χώνευσης και του βιοαερίου 

  • Παραγωγή ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας.
  • Απόρριψη προβληματικών αποβλήτων.
  • Απομάκρυνση αποβλήτων από τους χώρους υγειονομικής ταφής.
  • Παραγωγή λιπάσματος χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.
  • Αποφυγή απελευθέρωσης αερίου ΧΥΤΑ και μείωση των εκπομπών άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Σχηματισμός βιοαερίου

Ο σχηματισμός βιοαερίου είναι γνωστός και με τον όρο βιομεθανοποίηση. Τα βιολογικά προερχόμενα αέρια παράγονται ως μεταβολικά προϊόντα δύο ομάδων μικροοργανισμών που ονομάζονται βακτήρια και Αρχαία. Οι μικροοργανισμοί αυτοί τρέφονται από υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες και έπειτα, μέσω μιας σειράς αντιδράσεων όπως η υδρόλυση, ακετογένεση, οξεογένεση και μεθανογένεση, παράγουν βιοαέριο αποτελούμενο κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο.

Biogas formation diagram showing hydrolysis, acetogenesis, acidogenesis and methanogenesis

Αναερόβια Χώνευση / Μοντέλο 3D Μονάδας Βιοαερίου 

 

A pie chart showing the composition of biogas derived from agricultural materials

Σύσταση Βιοαερίου

Το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (την πηγή ενέργειας εντός του καυσίμου) και διοξείδιο του άνθρακα. Είναι πιθανό να περιέχει και μικρές ποσότητες αζώτου ή υδρογόνου. Οι ρύποι του βιοαερίου μπορούν να περιέχουν θείο ή σιλοξάνια, αλλά αυτό εξαρτάται από την πρώτη ύλη του χωνευτηρίου.

Τα ποσοστά του μεθανίου και του διοξειδίου του άνθρακα στο βιοαέριο επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες όπως: 

  • Την αναλογία υδατανθράκων, πρωτεϊνών και λιπών της πρώτης ύλης.
  • Τον συντελεστή αραίωσης στο χωνευτήριο (το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να απορροφηθεί από το νερό)

Αναερόβια χώνευση

Η αναερόβια χώνευση είναι μία ανθρωπογενής διαδικασία αξιοποίησης της αναερόβιας ζύμωσης αποβλήτων και άλλων βιοδιασπώμενων υλικών. Τα αναερόβια μικρόβια μπορούν να αξιοποιηθούν για τη διαχείριση προβληματικών αποβλήτων ή την παραγωγή λιπασμάτων με στόχο την αντικατάσταση χημικών λιπασμάτων υψηλών εκπομπών άνθρακα. Πρόκειται επίσης για μια διαδικασία η οποία καταλήγει στην παραγωγή βιοαερίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας με τη χρήση συστημάτων συμπαραγωγής βιοαερίου. 

A pie chart showing the typical composition of biogas originating from food wastes

Η αναερόβια χώνευση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μεσόφιλες (35-45 βαθμοί Κελσίου) ή θερμόφιλες θερμοκρασίες (50-60 βαθμοί Κελσίου). Και τα δύο αυτά είδη χώνευσης συνήθως απαιτούν συμπληρωματικές πηγές θερμότητας προκειμένου να φτάσουν στη βέλτιστη θερμοκρασία τους. Αυτή η θερμότητα παράγεται κατά κανόνα από μία μονάδα βιοαερίου ΣΗΘ, η οποία τροφοδοτείται με βιοαέριο και παράγει ηλεκτρισμό μαζί με θερμότητα για τη διαδικασία. 

Συχνά, οι μονάδες βιοαερίου, οι οποίες επεξεργάζονται απόβλητα ζωικής προέλευσης απαιτούν επίσης την επεξεργασία του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες με σκοπό την εξάλειψη παθογόνων βακτηρίων που βρίσκονται στην υγρή κοπριά. Αυτά τα συστήματα παστεριώνουν την υγρή κοπριά, συνήθως στους 90 βαθμούς Κελσίου για μία ώρα, προκειμένου να καταστρέψουν τους παθογόνους μικροοργανισμούς και να παρέχουν καθαρό λίπασμα υψηλής ποιότητας.  

 Μηχανές βιοαερίου

Οι μηχανές βιοαερίου της Jenbacher είναι ειδικά σχεδιασμένες να λειτουργούν με διαφορετικούς τύπους βιοαερίου. Αυτές οι μηχανές βιοαερίου συνδέονται με μια γεννήτρια με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρισμού υψηλής απόδοσης. Η παραγωγή ηλεκτρισμού υψηλής απόδοσης επιτρέπει στον τελικό χρήστη να μεγιστοποιήσει την ηλεκτρική απόδοση από το βιοαέριο και συνεπώς να βελτιστοποιήσει την οικονομική απόδοση της μονάδας αναερόβιας χώνευσης.

 Ηλεκτρική απόδοση μηχανών βιοαερίου 

 Αυτοί είναι οι 4 τύποι μηχανών αερίου Jenbacher με διαφορετικά επίπεδα ενεργειακής απόδοσης και διαφορετικά χαρακτηριστικά ηλεκτρικής / θερμικής απόδοσης. 

Βιοαέριο ΣΗΘ

 Τα αέρια βιολογικής προέλευσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μηχανές βιοαερίου για την παραγωγή ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας μέσω συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Ο ηλεκτρισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει τον περιβάλλοντα εξοπλισμό ή να εξαχθεί στο εθνικό δίκτυο. 

Για τις μονάδες αναερόβιας χώνευσης που χρησιμοποιούν μηχανές ΣΗΘ, υπάρχουν δύο βασικοί τύποι θερμότητας:

  • Θερμότητα χαμηλής θερμοκρασίας από τα κυκλώματα ψύξης της μηχανής αερίου διαθέσιμη συνήθως στη μορφή θερμού νερού σε μία βάση ροής / απόδοσης 70-90 βαθμών Κελσίου.
  • Θερμότητα υψηλής θερμοκρασίας ως καυσαέριο μηχανής (συνήθως ~450 βαθμών Κελσίου)

Η θερμότητα χαμηλής θερμοκρασίας συνήθως χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των δεξαμενών χώνευσης ούτως ώστε αυτές να μπορούν να φτάσουν τη βέλτιστη θερμοκρασία για το βιολογικό σύστημα. Τα μεσόφιλα αναερόβια χωνευτήρια συνήθως λειτουργούν στους 35-40 βαθμούς Κελσίου. Τα θερμόφιλα αναερόβια χωνευτήρια συνήθως λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες, μεταξύ 49-60 βαθμών Κελσίου, και, ως εκ τούτου, έχουν και υψηλότερες απαιτήσεις θέρμανσης. 

Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με την αποδοτικότητα ΣΗΘ βιοαερίου εδώ

Το καυσαέριο υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας μέσα σε ξηραντήρες ή σε λέβητες ανάκτησης θερμότητας. Εναλλακτικά, μπορεί να μετατραπεί σε θερμό νερό με τη χρήση ενός εναλλάκτη θερμότητας καυσαερίων κελύφους και σωλήνων για να συμπληρώσει θερμότητα από τα συστήματα ψύξης των μηχανών. 

Οι λέβητες ανάκτησης θερμότητας παράγουν ατμό συνήθως στα 8-15bar. Οι ξηραντήρες είναι χρήσιμοι στη μείωση της περιεκτικότητας σε υγρασία του προϊόντος χώνευσης με στόχο τη μείωση του μεταφορικού κόστους. 

Σε περίπτωση που η τοπική νομοθεσία απαιτεί την καταστροφή των παθογόνων μικροοργανισμών των προϊόντων χώνευσης (όπως οι Ευρωπαϊκοί Κανονισμοί για τα Ζωικά Υποπροϊόντα), ενδέχεται να απαιτείται η θερμική επεξεργασία των αποβλήτων μέσω παστερίωσης ή αποστείρωσης. Σε αυτό το στάδιο, το πλεόνασμα θερμότητας από τη μηχανή αερίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη μονάδα παστερίωσης.

Η θερμότητα από τη μηχανή ΣΗΘ είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιηθεί για να επιτρέψει στον ψύκτη απορρόφησης να αποδώσει πηγή ψύξης, μετατρέποντας το σύστημα σε μονάδα τριπαραγωγής. 

 Ελάχιστος Ρυθμός Ροής

 Ο ελάχιστος ρυθμός ροής αερίου για τη λειτουργία της μικρότερης μηχανής βιοαερίου Jenbacher με πλήρες φορτίο (J208 @249kWe) είναι 127Nm3 ανά ώρα με 50% μεθάνιο.

 Εφαρμογές

 Οι διάφοροι τομείς που χρησιμοποιούν τεχνολογία αναερόβιας χώνευσης διαθέτουν και διαφορετικά χαρακτηριστικά. 

Τεχνολογία Βιοαερίου ανά Επιχειρηματικό Τομέα

Οι διάφοροι τομείς βιοαερίου έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά επιχειρηματικών περιπτώσεων. Αυτά αναφέρονται περιληπτικά στον ακόλουθο πίνακα.

Ενδεχόμενοι Ρύποι

Τα αέρια βιολογικής προέλευσης ενδέχεται να περιέχουν ρύπους ή προσμίξεις, όπως νερό, υδρόθειο και σιλοξάνια. Θα μπορούσατε να συζητήσετε σχετικά με την ποιότητα του αερίου με το γραφείο της Clarke Energy της περιοχής σας. Είμαστε σε θέση να σας παρέχουμε συγκεκριμένες οδηγίες σχετικά με την ποιότητα των αερίων καυσίμων μέσω έγγραφων τεχνικών οδηγιών. 

Νερό 

Τα βιολογικά αέρια περιέχουν υδρατμούς λόγω των πρώτων υλών που παράγουν το αέριο. Η ποσότητα του νερού συνδέεται με τη θερμοκρασία του βιολογικού αερίου και τη μέθοδο παραγωγής. Η περιεκτικότητα του βιοαερίου σε υγρασία πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο αποτελεί μία πρόκληση για τις μηχανές αερίου όσον αφορά την καύση. 

Το νερό αφαιρείται από το αέριο με τη χρήση:

Υδρόθειο

Το υδρόθειο (H2S) αποτελεί υποπροϊόν της διαδικασίας της αναερόβιας χώνευσης πρώτων υλών υψηλής περιεκτικότητας σε θείο, όπως τα αμινοξέα και οι πρωτεΐνες. Κατά την καύση του στις μηχανές αερίου το υδρόθειο μπορεί να συμπυκνωθεί με νερό προκειμένου να δημιουργήσει θειικό οξύ. Το θειικό οξύ έχει την ιδιότητα να διαβρώνει τα στοιχεία των μηχανών αερίου και ως εκ τούτου πρέπει να περιορίζεται για την αποφυγή ανεπιθύμητων παρενεργειών στις μηχανές ΣΗΘ. 

Οι διαδικασίες αφαίρεσης του υδρόθειου περιλαμβάνουν:

  • Φίλτρα ενεργού άνθρακα
  • Χαμηλή δοσολογία οξυγόνου στην κεφαλή του χωνευτηρίου (συνήθως <1%)
  • Εξωτερικούς πύργους βιολογικής πλύσης
  • Τριχλωριούχο σίδηρο εντός του χωνευτηρίου


Σιλοξάνια

Σε κάποιες περιπτώσεις, το βιοαέριο περιέχει σιλοξάνια. Τα σιλοξάνια σχηματίζονται από την αναερόβια αποσύνθεση των υλικών που βρίσκονται συνήθως στα σαπούνια και τα απορρυπαντικά. Κατά τη διαδικασία καύσης αερίου που περιέχει σιλοξάνια, απελευθερώνεται πυρίτιο που μπορεί να συνδυαστεί με καθαρό οξυγόνο ή διάφορα άλλα στοιχεία στο αέριο καύσης. Οι αποθέσεις που σχηματίζονται, περιέχουν κυρίως διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) ή πυριτικά άλατα (SixOy). Αυτές οι αποθέσεις λευκών ορυκτών συσσωρεύονται και πρέπει να αφαιρεθούν με χημικά ή μηχανικά μέσα.

Τα σιλοξάνια παρουσιάζουν συχνά προβλήματα στις μονάδες αερίου χωματερής και αερίου λυμάτων λόγω μολύνσεων που συχνά συνδέονται με τα οργανικά απόβλητα. 

Στις μονάδες βιοδιασπώμενων αποβλήτων διαχωρισμένων στην πηγή και τις μονάδες αερίου γεωργικής προέλευσης, είναι πολύ λιγότερο σύνηθες να εμφανιστούν προβλήματα που συνδέονται με σιλοξάνια.

Εξωτερικοί Σύνδεσμοι

Επιπλέον απορίες;

Εάν έχετε τεχνικές ερωτήσεις που χρειάζονται απάντηση, εάν θα θέλατε να κλείσετε ένα ραντεβού με τον σύμβουλο πωλήσεων ή για να εξετάσουμε μαζί τις δυνατότητες εφαρμογής.