Hur man får metan från koldioxid. Metan från biomassa. Bestämma önskad volym

Med tiden blir grön teknik mer och mer populär. Tidigare i veckan tillkännagav LanzaTech produktionen av cirka 15 tusen liter flygbränsle. Världen producerar mycket mer bränsle varje dag, men den här är speciell, den erhölls från gasutsläppen från industriella kinesiska fabriker. Bränslet överfördes till Virgin Atlantic, Richard Bransons bolag, och planet som fylldes med detta bränsle har redan gjort en framgångsrik flygning.

Den här veckan tillkännagav det schweiziska företaget Climeworks, som återvinner atmosfärisk koldioxid, att en anläggning ska skapas i Italien som kommer att förbruka CO2 från atmosfären och producera väte. Den senare kommer att användas i metanproduktionscykeln.

Anläggningen har redan byggts, den skapades i juli, lanseringen (hittills i testläge) ägde rum förra veckan. Det är tydligt att ett företag av den här typen inte är billigt, och det skulle inte vara lätt för en startup att hitta medel för att genomföra ett sådant projekt. Europeiska unionen hittade pengar och finansierade projektet.

Detta är företagets tredje anläggning som bearbetar koldioxid. Det första företaget var inte för stort, utan det handlade om att skapa en liten installation som fångar upp CO2 från atmosfären och släpper ut den i växthus, där växter utvecklades snabbare till följd av ökande koldioxidkoncentrationer. Den andra anläggningen byggdes på Island, där den omvandlar CO2 från ett gasformigt tillstånd till ett bundet. Gasen "injiceras" bokstavligen i litosfären i vulkaniskt aktiva regioner (hela Island är faktiskt en sådan region), där den kemiskt binder till basalt.

Det andra alternativet för koldioxidutnyttjande är ganska svårt att implementera tekniskt, så genomförandet av projektet var något problematiskt. Bolagets ledning uppgav dock att installationerna hade fungerat kontinuerligt utan fel, "inte ett enda avbrott" hade märkts under en ganska lång tid. Det är värt att notera att utformningen av den andra anläggningen är modulär, den kan utökas, vilket ökar anläggningens produktivitet.

När det gäller det tredje alternativet för ett industriföretag kommer det inte att fungera dygnet runt, utan bara 8 timmar om dagen. Dess mål är att demonstrera möjligheten att producera bränsle "ur tomma intet." Det är tydligt att när bränsle brinner kommer det att frigöra reaktionsprodukter, inklusive koldioxid. Men anläggningen kommer att fånga upp CO2 om och om igen, vilket skapar en "konstnärligt koldioxidcykel." Om produktionen skalas upp kommer även förbrukningen av C02 och produktionen av bränsle till flygplan att öka i volym.

Hittills har anläggningens installation tre luftkollektorer, som projektledare säger är mycket energieffektiva – mer än tidigare versioner. Per år kan anläggningen, med nuvarande arbetsvolym, samla in cirka 150 ton koldioxid. Anläggningens installation möjliggör produktion av cirka 240 kubikmeter väte per timme med energi som genereras av solpaneler.

Flygbränsle framställt av koldioxid

Därefter kombineras väte med CO2 (det är också isolerat från atmosfärisk luft) med hjälp av katalysatorer. Reaktorn som utför denna operation utvecklades av det franska företaget Atmostat. Metan renas och används för industriella behov. Den omvandlas sedan till en vätska under tryck och används för industriella ändamål.

Trots att anläggningen redan är i drift är den inte ekonomiskt effektiv. Tyvärr är vägen till lönsamhet lång. Som nämnts ovan kan produktionen ”ta bort” endast cirka 150 ton koldioxid per år. Och den årliga volymen av utsläpp av detta ämne till atmosfären är 30-40 gigaton, och denna siffra ökar varje dag.

Hur det än må vara, produktionen är fortfarande igång, och investerare är helt klart intresserade av denna teknik - företaget avslutade nyligen ytterligare en omgång och fick cirka 30,8 miljoner dollar.

Climeworks är ett företag som är engagerat i liknande projekt, antalet sådana startups ökar successivt, vilket ger hopp om att företag så småningom kommer att nå mycket större volymer av koldioxidförbrukning.

Ledarna för Institute of Industrial Science vid University of Tokyo, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Hitachi Zosen Corp, JGC Corp och EX Research Institute Ltd fattade ett beslut den 18 november 2016 om organisationen av en ny gemensam forskargrupp "CCR (carbon capture & reuse) Study Group". Denna grupp kommer att utveckla storskalig teknik som kan producera flytande och gasformiga bränslen, såsom metan, med hjälp av atmosfärisk koldioxid och väte som produceras genom elektrolys med energi från rena, förnybara källor.

Först och främst kommer denna grupp att engagera sig i forskning som syftar till att öka effektiviteten i användningen av energi från förnybara källor, effektiviteten hos tekniker för att separera koldioxid från atmosfären och dess vidare användning, samt utveckla nya, modernare metoder för att framställa väte från vatten genom elektrolys.

Framtida teknologier kommer att baseras på ganska välkända fysikaliska processer och kemiska omvandlingar implementerade på modern teknisk nivå. Koldioxid som släpps ut i atmosfären vid förbränning av alla typer av fossilt bränsle kommer att reagera med väte. Detta väte kommer att framställas genom elektrolys och den energi som krävs för detta kommer uteslutande från miljövänliga källor, främst från sol- och vindkraftverk.

Denna teknik anses inte bara vara en ren källa till flytande och fossila bränslen. En annan funktion av denna teknik kommer att vara att lagra överskottsenergi som tas emot från sol- och vindkraftverk i form av bränsle under de timmar som dess lägsta förbrukning är.

CCR Group kommer att hantera alla befintliga typer av förnybara rena energikällor. Dessutom ska nya effektiva metoder för att framställa väte, separera koldioxid och omvandla den till bränsle forskas om och utvecklas.

Arbetet med all teknik som forskas och utvecklas kommer att utföras ur två perspektiv. Den första positionen kommer att vara skapandet av små, möjligen mobila installationer av inte särskilt hög effekt, som kan ge metangas till behoven hos en viss liten grupp människor (decentraliserad modell). Och den andra riktningen kommer att vara utvecklingen av storskaliga produktionssystem som kommer att ha tillräckligt hög effekt och som kan ingå i landets övergripande energinät (centraliserad modell).

, explosiva gaser, växthuseffekt

Denna explosiva gas kallas ofta "träskgas". Alla känner till dess specifika lukt, men i själva verket är dessa speciella tillsatser "med lukten av gas" som tillsätts för att känna igen den. När den bränns lämnar den praktiskt taget inga skadliga produkter. Bland annat är denna gas ganska aktivt involverad i bildandet av den välkända växthuseffekten.

En gas som vanligtvis förknippas med levande organismer. När metan upptäcktes i Mars och Titans atmosfär började forskare hoppas att det finns liv på dessa planeter. Det finns lite metan på den röda planeten, men Titan är bokstavligen "översvämmad" med det. Och om inte för Titan, så för Mars är biologiska källor till metan lika sannolika som geologiska. Det finns mycket metan på jätteplaneterna - Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus, där det uppstod som en produkt av kemisk bearbetning av materia från protosolnebulosan. På jorden är det sällsynt: dess innehåll i atmosfären på vår planet är bara 1750 delar per miljard i volym (ppbv).

Källor och produktion av metan

Metan är det enklaste kolvätet, en färglös, luktfri gas. Dess kemiska formel är CH 4. Något lösligt i vatten, lättare än luft. När de används i vardagslivet och industrin tillsätts vanligtvis luktämnen med en specifik "gaslukt" till metan. Huvudkomponenten av naturliga (77-99%), tillhörande petroleum (31-90%), gruvor och träskgaser (därav andra namn för metan - träsk eller gruvgas).

90–95 % av metanet är av biologiskt ursprung. Växtätande hovdjur som kor och getter släpper ut en femtedel av de årliga metanutsläppen från bakterier i magen. Andra viktiga källor inkluderar termiter, paddyris, träsk, naturgasfiltrering (en produkt från tidigare liv) och växtfotosyntes. Vulkaner bidrar med mindre än 0,2 % till den totala balansen av metan på jorden, men källan till denna gas kan också vara organismer från tidigare epoker. Industriella metanutsläpp är obetydliga. Sålunda indikerar upptäckten av metan på en planet som jorden närvaron av liv där.

Metan bildas vid termisk bearbetning av olja och petroleumprodukter (10-57 volymprocent), koksning och hydrering av kol (24-34%). Laboratorieberedningsmetoder: fusion av natriumacetat med alkali, verkan av vatten på metylmagnesiumjodid eller aluminiumkarbid.

I laboratoriet bereds den genom att värma sodakalk (en blandning av natrium- och kaliumhydroxider) eller vattenfri natriumhydroxid med ättiksyra. Frånvaron av vatten är viktig för denna reaktion, varför natriumhydroxid används, eftersom det är mindre hygroskopiskt.

Egenskaper hos metan

Explosiv förbränning sprider sig med en hastighet av 500-700 m/sek; gastrycket under en explosion i en sluten volym är 1 Mn/m2. Efter kontakt med en värmekälla sker metanantändning med viss fördröjning. Skapandet av säkerhetssprängämnen och explosionssäker elektrisk utrustning baseras på denna egenskap. På platser som är farliga på grund av förekomsten av metan (främst kolgruvor), den sk. gasläge.

Vid 150-200 °C och ett tryck på 30-90 atm oxideras metan till myrsyra.

Metan bildar inklusionsföreningar - gashydrater, som är utbredda i naturen.

Applicering av metan

Metan är det mest termiskt stabila mättade kolvätet. Det används ofta som hushålls- och industribränsle Och hur råvaror för industrin. Således producerar klorering av metan metylklorid, metylenklorid, kloroform och koltetraklorid.

Vid ofullständig förbränning av metan får vi sot, under katalytisk oxidation - formaldehyd, när de interagerar med svavel - koldisulfid.

Termisk-oxidativ sprickbildning Och elektrosprickbildning metan - viktiga industriella metoder för att producera acetylen.

Katalytisk oxidation av en blandning av metan och ammoniak ligger till grund för industriell produktion cyanvätesyra. Metan används som vätekälla vid framställning av ammoniak, samt för framställning av vattengas (s.k. syntesgas): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2, som används för industriell syntes av kolväten, alkoholer, aldehyder etc. En viktigt derivat av metan är nitrometan.

Bilbränsle

Metan används i stor utsträckning som motorbränsle för bilar. Men densiteten av naturlig metan är tusen gånger lägre än densiteten för bensin. Därför, om du fyller en bil med metan vid atmosfärstryck, behöver du för samma mängd bränsle som bensin en tank 1000 gånger större. För att inte bära en enorm släpvagn med bränsle är det nödvändigt att öka gasens densitet. Detta kan uppnås genom att komprimera metan till 20-25 MPa (200-250 atmosfärer). För att lagra gas i detta tillstånd används speciella cylindrar som är installerade på bilar.

Metan och växthuseffekten

Metan är växthusgas. Om graden av påverkan av koldioxid på klimatet konventionellt tas som en, kommer växthusaktiviteten av metan att vara 23 enheter. Metanhalterna i atmosfären har ökat mycket snabbt under de senaste två århundradena.

Nu uppskattas det genomsnittliga innehållet av metan CH 4 i den moderna atmosfären till 1,8 ppm ( delar per miljon, delar per miljon). Och även om detta är 200 gånger mindre än dess koldioxidhalt (CO 2) per en gasmolekyl, växthuseffekten av metan - det vill säga dess bidrag till avledning och kvarhållande av värme som avges av den soluppvärmda jorden - är betydligt högre än från CO 2. Dessutom absorberar metan jordens strålning i de "fönster" i spektrumet som är transparenta för andra växthusgaser. Utan växthusgaser - CO 2, vattenånga, metan och en del andra föroreningar skulle medeltemperaturen på jordens yta bara vara –23°C, men nu är den cirka +15°C.

Metan sipprar ut på havets botten genom sprickor i jordskorpan och frigörs i avsevärda mängder vid gruvdrift och när skog bränns. Nyligen upptäcktes en ny, helt oväntad källa till metan - högre växter, men mekanismerna för bildning och betydelsen av denna process för växterna själva har ännu inte klarlagts.

Metan på jorden

Inte långt från Santa Barbara släpps metan, en aktiv växthusgas, ut i stora volymer i form av bubblor från havsbotten.

Metan är särskilt farligt under gruvdrift

Metan istället för bensin? Lätt

När metan upptäcktes i Mars atmosfär hade forskare hopp om att hitta spår av liv på planeten

Att producera metan från koldioxid är en process som kräver laboratorieförhållanden. Sålunda, 2009, vid University of Pennsylvania (USA), producerades metan från vatten och koldioxid med hjälp av nanorör bestående av TiO 2 (titandioxid) och innehållande kväveföroreningar. För att få fram metan placerade forskarna vatten (i ångtillstånd) och koldioxid inuti metallbehållare förslutna med ett lock med nanorör på insidan.

Processen att producera metan är som följer: under påverkan av solens ljus uppträdde partiklar som bär en elektrisk laddning inuti rören. Sådana partiklar separerade vattenmolekyler till vätejoner (H, som sedan kombineras till vätemolekyler H2) och hydroxylradikaler (-OH-partiklar). Vidare, i processen att producera metan, delades koldioxid i kolmonoxid (CO) och syre (O 2). Slutligen reagerar kolmonoxid med väte, vilket resulterar i vatten och metan.

Den omvända reaktionen - produktionen av koldioxid uppstår som ett resultat av ångdeformation av metan - vid en temperatur på 700-1100 ° C och ett tryck på 0,3-2,5 MPa.

Hittills finns det bara ett fåtal genomförda projekt i världen av beställda installationer för framställning av metan från trä. De första resultaten låter oss hoppas på ett seriöst genombrott i denna riktning.

För formler för artikeln "Metan från biomassa" se

Metan CH4 är en färglös och luktfri gas som är nästan dubbelt så lätt som luft. Det bildas i naturen som ett resultat av nedbrytning utan lufttillgång av resterna av växt- och djurorganismer. Det är därför det finns till exempel i våtmarker och kolgruvor. Metan finns i betydande mängder i naturgas, som nu används i stor utsträckning som bränsle i vardagslivet och i industrin.

En av de snabbast växande teknologierna inom området för energiproduktion från förnybara källor idag är produktionen av biometan genom anaerob jäsning och dess efterföljande leverans till nätverk genom vilka naturgas levereras till konsumenterna. Trots de höga kostnaderna för att producera biometan med denna teknik (8-10 eurocent per 1 kWh), växer antalet installationer för dess produktion ständigt. Under 2009 var 23 klassiska (gödseldrivna) biogasanläggningar som matar gas till befintliga naturgasledningar redan i drift i Tyskland, och ytterligare 36 är under uppbyggnad eller planering. Anledningen till tillväxten av denna indikator är lagen om förnybar energi (Erneuerbare Energien Gesetz - EEG), som antogs i Tyskland 2004, ändrades 2009 och som gör det möjligt för gasförsäljare att erbjuda sina kunder gas från regenerativa källor och få statliga subventioner för att generera el från förnybara energikällor (RES).

Världens första anläggning för att producera SNG-gas från ved i
Österrikiska staden Güssing. I förgrunden finns en metanproduktionsenhet

Biometan, enligt det klassiska och nu allmänt använda schemat, erhålls från växtsubstrat (till exempel majs), slurry av griskomplex, boskapsgödsel, kycklinggödsel etc. Sådan metan från biomassa kan erhållas genom dess anaerobiska nedbrytning (fermentering) ). Vid anaerob rötning bryts organiskt material (naturligt avfall) ned i frånvaro av syre. Denna process sker i tre steg som involverar två olika grupper av bakterier. I det första steget omvandlas komplexa organiska föreningar (fettsyror, proteiner, kolhydrater) till enklare föreningar som ett resultat av enzymatisk hydrolys. I det andra steget exponeras de enkla föreningarna för en grupp av anaeroba (eller syrabildande) bakterier, vilket resulterar i bildandet av huvudsakligen flyktiga fettsyror. I det tredje steget omvandlas organiska syror till koldioxid och metan genom inverkan av strikt anaeroba (eller metanbildande) bakterier. Efter detta steg erhålls metanberikad gas (biogas), vars värmevärde är 5340-6230 kcal/m 3 .

"Ersatzgas" från fast biomassa, såsom trä, har en betydande fördel jämfört med biogas från gödsel och strö: de som är involverade i produktionen av sådan gas har till sitt förfogande imponerande mängder avfall från sågverk, avverkning och träförädling. Dessutom, på den europeiska marknaden, fluktuerar priserna för sågverk och träbearbetningsavfall, till skillnad från priserna på jordbruksprodukter som används för att producera biogas, mycket mindre. Vi får inte glömma att användningen av jordbruksprodukter (spannmål, majs, raps, etc.) för att producera biogas i slutändan leder till högre priser på livsmedelsmarknaderna. Dessutom har spillvärmen från den kemiska reaktionen en högre temperatur jämfört med temperaturen på spillvärmen från jäsningsreaktioner i klassiska biogasanläggningar. Härav följer att den termiska energin som frigörs under trämetaneringsprocesser kan användas mer effektivt i regional värmeförsörjning. Det är också viktigt att det, till skillnad från klassiska biogasanläggningar, inte uppstår obehagliga lukter när man driver anläggningar för framställning av metan från ved. Dessutom tar dessa installationer mycket mindre plats än klassiska och kan placeras i tätorter.

Teknologier

Resultatet av den utbredda produktionen av biometan från jordbrukssubstrat genom jäsning (anaerob jäsning) är idag biometan, som huvudsakligen består av metan och koldioxid. Då måste biometanet genomgå en speciell förberedelse och förädling till kvaliteten på naturgas genom att separera CO 2 . Värmeförlust under jäsning begränsar effektiviteten i hela processkedjan. Verkningsgraden är 50-60%.

Vid framställning av syntetisk naturgas (Substitute Natural Gas - SNG) från kolhaltiga fasta bränslen som kol eller biomassa (ved) erhålls efter termisk förgasning i processens första steg den så kallade syntetiska gasen, fr.o.m. som efter rening från alla typer av föroreningar (främst från koldioxid och svavel- och klorföreningar) metan syntetiseras. Denna exotermiska process sker vid temperaturer mellan 300 och 450 °C och tryck på 1−5 bar i närvaro av en lämplig katalysator. I det här fallet inträffar följande reaktioner:

Se formler i

I motsats till anaerob jäsning uppnår termisk biomassaförgasning högre verkningsgrad eftersom spillvärme från SNG-produktion alltid kan användas på plats.

Att framställa metan från syntesgas, samt från gasblandningar av väte (H 2) och kolmonoxid (CO) är i princip en mycket gammal teknik. Den franske kemisten Paul Sabatier uppfann en metod för att framställa metan, uppkallad efter honom: Sabatier-reaktionen eller Sabatier-processen (franska: Sabatier--Reaktion). 1912 fick han Nobelpriset i kemi för detta. Denna process involverar reaktion av väte med koldioxid vid förhöjd temperatur och tryck i närvaro av en nickelkatalysator för att producera metan. Rutenium med aluminiumoxid kan användas som en effektivare katalysator.

Processen beskrivs av följande kemiska reaktion:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O.

Eftersom båda reaktionerna är mycket exoterma skulle katalysatorn brytas ned när den värmdes till 600 °C utan speciella åtgärder för att kyla reaktorerna eller recirkulera. Vid höga temperaturer skiftar dessutom den termodynamiska jämvikten mellan H 2 och CO, så att ett tillräckligt högt metanutbyte endast kan uppnås vid temperaturer under 300 °C.

Förgasningsteknik skapades redan på 1800-talet för att producera syntetisk gas, nödvändig för att belysa städer, och som även användes som kylvätska för hushålls- och industriändamål (metallurgi, ångmaskiner, etc.). Både kol och växtbiomassa och dess förädlade produkter (träkol) utsattes för förgasning.

Användningen av den grundläggande processen för kolförgasning för att producera syntetiska kemikalier och bränslen började på 1920-talet vid Kaiser Wilhelm-institutet för kolforskning i Mülheim an der Ruhr (Tyskland). Vid detta institut uppfann Franz Fischer och Hans Tropsch en metod för att framställa syntesgas (syngas) för produktion av flytande bränsle från kol i Tyskland. Fischer-Tropsch-processen, eller Fischer-Tropsch-syntes (FTS), är en kemisk reaktion som sker i närvaro av en katalysator (järn, kobolt), i vilken en blandning av kolmonoxid (CO) och väte (H 2), som is, syntesgas, omvandlas till olika flytande kolväten. De resulterande kolvätena renas för att erhålla målprodukten - syntetisk olja. Koldioxid och kolmonoxid bildas vid partiell oxidation av kol och/eller vedbränsle.

Fischer-Tropsch-processen beskrivs med följande kemiska ekvation:

CO + 2H2 → -CH2- + H2O
2CO + H2 → -CH2- + CO2.

Syngasen som erhålls efter förgasning av kol eller fast kolhaltigt avfall kan användas direkt som bränsle, utan ytterligare omvandling genom Fischer-Tropsch-processen. Således är det ganska lätt att göra övergången från gas till flytande bränsle. Under andra världskriget i Tyskland användes Fischer-Tropsch-syntesen vid åtta anläggningar för att producera syntetiskt dieselbränsle (cirka 600 tusen ton per år). Projektet finansierades helt av staten. Efter andra världskrigets slut i Tyskland stängdes alla dessa fabriker och exporterades delvis tillsammans med tekniken som skadestånd till USA och distribuerades därifrån över hela världen. Samtidigt, i Republiken Sydafrika, har företaget South African Synthetic Oil Ltd. (SASOL), med hjälp av tysk teknologi, började producera syntetiskt bränsle och producerar till denna dag mer än 200 tusen fat oljeekvivalenter av flytande kolväten per år vid sina fyra fabriker i Sydafrika och en anläggning i Qatar. Sydafrika var länge det enda landet i världen där utvecklingen av CFT-processen genomfördes. Men efter 1973 års kris började globala olje- och energibolag i många länder (särskilt USA och Tyskland) visa intresse för både produktion av syntetiska flytande bränslen och produktion av naturlig syntesgas.

Ett antal projekt för produktion av natursyntesgas har utvecklats, men endast ett av dem har framgångsrikt genomförts i industriell skala. 1984 lanserade Great Plains Synfuels Plant (Dakotagas Company) brunkolsmetaneringsanläggningen i USA, som än i dag producerar syntetisk naturgas som matas in i naturgasnätet. Anläggningens dagliga kapacitet är 3,9 miljoner m3 SNG.

Det är också lämpligt att påminna om erfarenheterna från Sovjetunionen, där gasproduktionsanläggningar från slutet av 1920-talet till 1950-talet drevs med ved (ved och träkol) och torv för att producera gasformigt motorbränsle. 1929 byggdes den första stora gasproduktionsstationen som drivs av torv i Sovjetunionen, och under de följande åren byggdes ett antal andra liknande stationer på stora företag. Vedgasgenerering användes huvudsakligen för transportbränsle. Efter att utvecklingen av västra Sibirien började och upptäckten av världens största fyndigheter av blått bränsle, glömdes gasproduktionen i Sovjetunionen, tyvärr, oförtjänt.

Att producera metan från trä

Vid förgasning omvandlas biomassa med den kemiska formeln CH n O m först till syntesgas bestående av väte och kolmonoxid. Från den stökiometriska allmänna ekvationen för biomassametaneringsreaktionen med summaformeln

CH 1,23 O 0,38 + 0,5025 H2O → 0,55875 CH4 +0,44125 C2O

det följer att vatten eller vattenånga måste tillföras metanreaktorn, och koldioxid måste avlägsnas från den. Det finns flera alternativ här: antingen avlägsnas CO 2, som vid industriell syntes, från syntesgasen direkt från metanreaktorn, eller, som vid beredning av biogas (jäsning), efter metaneringsprocessen, redan från oraffinerad syntetisk naturgas . Fördelen med den första metoden framför de andra är att redan renad gas kommer in i metaniseringscykeln. Fördelarna med den andra metoden är att metanreaktorn kan arbeta med överskott av vattenånga, vilket avsevärt minskar bildningen av kol.

Arbete inom dessa områden bedrivs vid Paul Scherrer Institute (Schweiz), som i synnerhet deltagit i att skriva programmet för framställning av metan från biomassa med hjälp av ny teknik (i katalytiskt aktiva virvellager) inom ramen för EU BioSNG projekt. Denna teknik sattes i praktiken vid värmekraftverket i den österrikiska staden Gussing. Metansyntesanläggningen, som togs i drift 2009, har en effekt på 1 MW och går på flis. Ett 30 MW-projekt för att producera metan från trä i Göteborg diskuteras just nu. Liknande arbete utförs i Tyskland (Stuttgart, ZSW), Nederländerna (Energy Research Center, ECN) och vid Institute of Thermal Engineering vid det tekniska universitetet i Graz (Österrike) i samarbete med företaget Agnion i Pfaffenhofen an der Ilm ( Tyskland).

Effektivitet av metansyntes från biomassa

När man producerar metan i varje fas av processen, som i alla syntesprocesser, är förluster oundvikliga. När exoterma reaktioner inträffar avlägsnas värme, vars energiinnehåll inte kan vara större i den färdiga syntesprodukten än den kemiskt bundna energin under syntesprocessen. För metanering innebär det att endast cirka 60 % av energin från den använda biomassan finns kvar i den färdiga produkten – SNG.

Men eftersom den bortkastade värmen har en hög temperatur på 200 till 400 °C kan den användas på plats. Av denna anledning blir små metansyntesanläggningar särskilt lönsamma, eftersom det är möjligt att lösa problemet med att använda spillvärme till 100 %, till exempel för uppvärmning av privata hushåll, gårdar, användning i torkkomplex etc. Det är möjligt att använda icke endast spillvärme från förgasning och metanisering, men även värmen från kondensation av vattenånga i oraffinerad syngas, som innehåller upp till 50 % vattenånga. Den totala effektiviteten med sådan full användning av värme och försäljning av den resulterande SNG till gasnätet och gaslagringsanläggningarna är nära 95 %. Återbetalningstiden för sådana projekt är bara några år.

På grund av att naturgas alltid kan användas med betydligt högre effektivitet än fasta biobränslen är det mer tillrådligt att använda metan från ved än att elda fast biobränsle direkt. Orsak: när man använder naturgas för att generera elektricitet i ett gas- eller ångturbinkraftverk erhålls upp till 60 % av elen, och vid förbränning av fast bränsle från biomassa är det mycket svårt att genomföra projekt med en elproduktion på över 30 % . Med decentraliserad elproduktion upp till 1 mW/h är kraftvärmekraftverk som använder syntesgas mer effektiva än termiska kraftverk som använder en organisk cyklisk process (ORC-process) och förbränning av fasta biobränslen.

Driften av sådana värmekraftverk är baserad på en sekvens av cykler av den termodynamiska cirkulationsprocessen (ORC - organisk rankinecykel) för en arbetsvätska med hög molekylvikt (termisk olja, organiska förångande ämnen). Cirkulationspumpen pumpar arbetsvätskan in i den organiska värmeväxlaren med hög temperatur, där den avdunstar. Flytande ånga driver turbinen, varefter den går in i nästa värmeväxlare, där den kyls av vatten eller luft och kondenserar. Kondensatet kommer in i cirkulationspumpens uppsamlare och den termodynamiska cykeln (ORC) upprepas. Varken kylvätskan eller kylvätskan är i direkt kontakt med turbinen eller arbetsvätskan. Genom ORC-processen uppnår termiska kraftverk hög effekt, tillförlitlig drift och kostnadseffektivitet.

Även produktionen av termisk energi ensam när man använder biometan är konkurrenskraftig med konventionella värmealstringsmetoder. Om spillvärmen från trämetaneringsprocessen används på plats (decentraliserat) och den producerade gasen kommer in i ett naturgaslager, erhålls en total utnyttjandegrad på 93 %, vilket inte uppnås t.ex. genom att termiska kraftverk använder träflis eller pellets (effektiviteten för själva stationen är lägre och dessutom finns det förluster i värmenätverk).

Tillsammans med beredd syntesgas, som är av naturlig kvalitet, kan stora gaseldade termiska kraftverk också använda "orenad" syntesgas för samförbränning med naturgas, vilket avsevärt kommer att minska kostnaderna för genererad energi.

Biomassagas eller fossil naturgas?

Syntetisk naturgas (SNG) är en renad syntetisk gas som har egenskaper som är identiska med naturgas.

Enligt Agnions beräkningar är kostnaden för att producera SNG från flis i anläggningar upp till 1 MW 8-10 eurocent/kWh.

Kostnaderna för att producera biometan är jämförbara med kostnaderna för att utvinna och transportera fossil naturgas. Sådan produktion är dock för närvarande inte konkurrenskraftig. Allt kommer att bero på världens oljepriser. Om priset på råolja är till exempel 100 dollar per fat, är priset på naturgas i Tyskland för industrikunder 5-6 eurocent/kWh. För privathushåll blir priset högre - 8-10 eurocent/kWh. Med ett oljepris på mer än 200 dollar per fat förutspått upprepade gånger, skulle naturgas kosta även industrikunder genomgående mer än 10 eurocent/kWh. Under detta villkor kan produktionen av SNG från biomassa vara ekonomiskt lönsam även utan subventioner enligt RES-lagen. Och i Ukraina, till nuvarande priser, är syntesgas två gånger billigare än naturgas. De utvecklar ett eget projekt för att producera syntesgas genom att förgasa en blandning av sågspån, halm, torv och kol. Dess sammansättning: upp till 25-30% metan, 30-35% kolmonoxid och de återstående 6% kväve och koldioxid.

För närvarande uppgår världens energibehov till cirka 11-12 miljarder ton bränsleekvivalenter (ce) och täcks av 58-60 % av olja och gas. Energiresurserna för årligen förnybar växtbiomassa är 25 gånger större än volymen producerad olja. För närvarande utgör förbränd växtbiomassa cirka 10 % av de förbrukade energiresurserna (cirka 1 miljard ton bränsleekvivalenter), i framtiden förväntas en betydande ökning av användningen av biomassa i form av produkter från dess bearbetning (flytande, fast bränsle). , etc.) och först och främst avfall som ackumuleras och sönderfaller, vilket förorenar miljön.

Efterfrågan på olja och naturgas kommer att öka, och samtidigt kommer metoderna för energianvändning av växtbiomassa (utöver dess direkta förbränning) att förbättras. Säkert, i denna underbara framtid för bioenergi kommer de tekniker som beskrivs ovan att efterfrågas på en helt annan, industriell nivå. Det vill jag i alla fall tro.

Sergey PEREDERIY,
EKO Holz-und Pellethandel GmbH,
Düsseldorf, Tyskland