วิธีรับมีเทนจากคาร์บอนไดออกไซด์ มีเทนจากชีวมวล การกำหนดปริมาณที่ต้องการ

เมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยีสีเขียวกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อต้นสัปดาห์ที่ผ่านมา LanzaTech ได้ประกาศการผลิตเชื้อเพลิงการบินประมาณ 15,000 ลิตร โลกผลิตเชื้อเพลิงมากขึ้นทุกวัน แต่เชื้อเพลิงนี้มีความพิเศษ ซึ่งได้มาจากการปล่อยก๊าซของโรงงานอุตสาหกรรมในจีน เชื้อเพลิงถูกถ่ายโอนไปยังบริษัท Virgin Atlantic ซึ่งเป็นบริษัทของ Richard Branson และเครื่องบินที่เติมเชื้อเพลิงนี้ก็สามารถบินได้สำเร็จแล้ว

สัปดาห์นี้ บริษัท Climeworks ของสวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งรีไซเคิลคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ ได้ประกาศสร้างโรงงานแห่งหนึ่งในอิตาลี ที่จะใช้คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศและผลิตไฮโดรเจน ส่วนหลังจะถูกนำไปใช้ในวงจรการผลิตมีเทน

โรงงานแห่งนี้ได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว และถูกสร้างขึ้นในเดือนกรกฎาคม การเปิดตัว (จนถึงขณะนี้อยู่ในโหมดทดสอบ) เกิดขึ้นเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว เป็นที่ชัดเจนว่าองค์กรประเภทนี้ไม่ถูก และไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับการเริ่มต้นที่จะหาเงินทุนเพื่อดำเนินโครงการดังกล่าว สหภาพยุโรปพบเงินและเป็นผู้สนับสนุนโครงการ

นี่เป็นโรงงานแปรรูปก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แห่งที่สามของบริษัท องค์กรแรกมีขนาดไม่ใหญ่เกินไป แต่เป็นการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานขนาดเล็กที่ดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศและปล่อยออกสู่โรงเรือน ซึ่งพืชมีการพัฒนาเร็วขึ้นอันเป็นผลมาจากความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น โรงงานแห่งที่สองสร้างขึ้นในประเทศไอซ์แลนด์ โดยจะแปลงคาร์บอนไดออกไซด์จากสถานะก๊าซไปเป็นก๊าซที่ถูกกักไว้ ก๊าซถูก "ฉีด" เข้าไปในชั้นเปลือกโลกของบริเวณที่เกิดภูเขาไฟ (อันที่จริงแล้ว ไอซ์แลนด์ทั้งหมดเป็นบริเวณดังกล่าว) โดยที่ก๊าซจะจับตัวกับหินบะซอลต์ทางเคมี

ตัวเลือกที่สองสำหรับการใช้คาร์บอนไดออกไซด์นั้นค่อนข้างยากในทางเทคนิค ดังนั้นการดำเนินโครงการจึงค่อนข้างมีปัญหา อย่างไรก็ตาม ฝ่ายบริหารของบริษัทระบุว่าการติดตั้งได้ดำเนินการอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีข้อผิดพลาด “ไม่มีการหยุดพักแม้แต่ครั้งเดียว” สังเกตมาเป็นระยะเวลาค่อนข้างนาน เป็นที่น่าสังเกตว่าการออกแบบโรงงานแห่งที่สองเป็นแบบแยกส่วนสามารถขยายได้ซึ่งจะเป็นการเพิ่มผลผลิตของโรงงาน

สำหรับตัวเลือกที่สามขององค์กรอุตสาหกรรมจะไม่ทำงานตลอดเวลา แต่เพียง 8 ชั่วโมงต่อวัน เป้าหมายคือการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการผลิตเชื้อเพลิง "จากอากาศบาง ๆ" เป็นที่แน่ชัดว่าเมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ จะปล่อยผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา รวมทั้งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย แต่โรงงานจะดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ครั้งแล้วครั้งเล่า ซึ่งทำให้เกิด “วงจรคาร์บอนไดออกไซด์ที่มนุษย์สร้างขึ้น” หากมีการขยายขนาดการผลิต ปริมาณการใช้ C02 และการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

จนถึงขณะนี้ การติดตั้งโรงงานประกอบด้วยตัวดักอากาศ 3 ตัว ซึ่งผู้นำโครงการกล่าวว่าประหยัดพลังงานได้สูง มากกว่ารุ่นก่อนๆ ต่อปี โรงงานซึ่งมีปริมาณงานในปัจจุบันสามารถเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ได้ประมาณ 150 ตันต่อปี การติดตั้งโรงงานทำให้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ประมาณ 240 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงโดยใช้พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์

เชื้อเพลิงการบินที่ผลิตจากคาร์บอนไดออกไซด์

จากนั้น ไฮโดรเจนจะถูกรวมเข้ากับ CO2 (ซึ่งแยกได้จากอากาศในชั้นบรรยากาศด้วย) โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา เครื่องปฏิกรณ์ที่ดำเนินการนี้ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Atmostat ของฝรั่งเศส มีเทนถูกทำให้บริสุทธิ์และใช้สำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรม จากนั้นจะถูกแปลงเป็นของเหลวภายใต้ความดัน และนำไปใช้ในอุตสาหกรรม

แม้ว่าโรงงานจะเปิดดำเนินการแล้ว แต่ก็ไม่ได้มีประสิทธิภาพเชิงเศรษฐกิจ น่าเสียดายที่เส้นทางสู่การทำกำไรนั้นยาวไกล ตามที่กล่าวข้างต้น การผลิตสามารถ “กำจัด” คาร์บอนไดออกไซด์ได้เพียงประมาณ 150 ตันต่อปีเท่านั้น และปริมาณการปล่อยสารนี้สู่ชั้นบรรยากาศต่อปีคือ 30-40 กิกะตัน และตัวเลขนี้เพิ่มขึ้นทุกวัน

อาจเป็นไปได้ว่าการผลิตยังคงดำเนินการอยู่ และนักลงทุนมีความสนใจในเทคโนโลยีนี้อย่างชัดเจน - บริษัทเพิ่งปิดอีกรอบ โดยได้รับเงินประมาณ 30.8 ล้านดอลลาร์

Climeworks เป็นบริษัทที่มีส่วนร่วมในโครงการที่คล้ายกัน จำนวนบริษัทสตาร์ทอัพดังกล่าวค่อยๆ เพิ่มขึ้น ซึ่งให้ความหวังว่าในที่สุดบริษัทต่างๆ จะเข้าถึงปริมาณการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ที่มากขึ้น

ผู้นำของสถาบันวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรมแห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว, สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรมขั้นสูงแห่งชาติ (AIST), Hitachi Zosen Corp, JGC Corp และ EX Research Institute Ltd ได้ตัดสินใจเมื่อวันที่ 18 พฤศจิกายน 2016 เกี่ยวกับองค์กรของ กลุ่มวิจัยร่วมชุดใหม่ “กลุ่มศึกษา CCR (Carbon Capture & Reuse)” กลุ่มนี้จะพัฒนาเทคโนโลยีขนาดใหญ่ที่สามารถผลิตเชื้อเพลิงของเหลวและก๊าซ เช่น มีเทน โดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและไฮโดรเจนที่ผลิตโดยอิเล็กโทรไลซิสโดยใช้พลังงานจากแหล่งที่สะอาดและหมุนเวียน

ก่อนอื่น กลุ่มนี้จะมีส่วนร่วมในการวิจัยที่มุ่งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ได้รับจากแหล่งหมุนเวียน ประสิทธิภาพของเทคโนโลยีในการแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศและการใช้งานต่อไป และพัฒนาวิธีการใหม่ที่ทันสมัยมากขึ้นในการผลิตไฮโดรเจนจาก น้ำผ่านกระแสไฟฟ้า

เทคโนโลยีในอนาคตจะขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เป็นที่รู้จักในระดับเทคโนโลยีสมัยใหม่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาสู่ชั้นบรรยากาศโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดใดก็ตามจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน ไฮโดรเจนนี้จะผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส และพลังงานที่จำเป็นสำหรับการนี้จะมาจากแหล่งที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมเป็นหลัก

เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่ถือเป็นแหล่งเชื้อเพลิงเหลวและฟอสซิลที่สะอาดเท่านั้น ฟังก์ชั่นอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีนี้คือการเก็บพลังงานส่วนเกินที่ได้รับจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมในรูปแบบของเชื้อเพลิงในช่วงเวลาที่มีการบริโภคขั้นต่ำ

CCR Group จะจัดการกับแหล่งพลังงานสะอาดหมุนเวียนที่มีอยู่ทุกประเภท นอกจากนี้ จะมีการวิจัยและพัฒนาวิธีการใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการผลิตไฮโดรเจน แยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และแปลงเป็นเชื้อเพลิง

งานเกี่ยวกับเทคโนโลยีทั้งหมดที่กำลังวิจัยและพัฒนาจะดำเนินการจากสองมุมมอง ตำแหน่งแรกคือการสร้างการติดตั้งขนาดเล็กที่อาจเคลื่อนที่ได้ซึ่งใช้พลังงานไม่สูงมาก ซึ่งสามารถจ่ายก๊าซมีเทนให้ตรงกับความต้องการของคนกลุ่มเล็ก ๆ (รุ่นกระจายอำนาจ) และทิศทางที่สองจะเป็นการพัฒนาระบบการผลิตขนาดใหญ่ที่มีกำลังไฟฟ้าสูงเพียงพอและสามารถรวมไว้ในเครือข่ายพลังงานโดยรวมของประเทศได้ (แบบรวมศูนย์)

, ก๊าซที่ระเบิดได้, ภาวะเรือนกระจก

ก๊าซระเบิดนี้มักเรียกว่า "ก๊าซหนอง" ทุกคนรู้ถึงกลิ่นเฉพาะของมัน แต่จริงๆ แล้วสิ่งเหล่านี้คือสารปรุงแต่งพิเศษ “ที่มีกลิ่นของแก๊ส” ที่เติมเข้าไปเพื่อให้รับรู้ได้ เมื่อเผาจะไม่ทิ้งผลิตภัณฑ์ที่เป็นอันตรายไว้ เหนือสิ่งอื่นใด ก๊าซนี้ค่อนข้างมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการก่อตัวของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่รู้จักกันดี

ก๊าซที่มักเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต เมื่อมีการค้นพบมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารและไททัน นักวิทยาศาสตร์เริ่มหวังว่าสิ่งมีชีวิตจะมีอยู่บนดาวเคราะห์เหล่านี้ มีเทนเพียงเล็กน้อยบนดาวเคราะห์สีแดง แต่ไททันมี "น้ำท่วม" ไปด้วยจริงๆ และถ้าไม่ใช่สำหรับไททัน ดาวอังคาร แหล่งที่มาทางชีวภาพของมีเทนก็มีแนวโน้มพอๆ กับแหล่งทางธรณีวิทยา มีเธนจำนวนมากบนดาวเคราะห์ยักษ์ ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการทางเคมีของสสารจากเนบิวลาก่อกำเนิดสุริยะ บนโลกนี้เป็นสิ่งที่หายาก: เนื้อหาในชั้นบรรยากาศของโลกของเรามีเพียง 1,750 ส่วนต่อพันล้านโดยปริมาตร (ppbv)

แหล่งที่มาและการผลิตมีเทน

มีเทนเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ง่ายที่สุด เป็นก๊าซไม่มีสีไม่มีกลิ่น สูตรทางเคมีของมันคือ CH 4 ละลายได้ในน้ำเล็กน้อย เบากว่าอากาศ เมื่อใช้ในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม มักจะเติมกลิ่นที่มี “กลิ่นก๊าซ” เฉพาะลงไปในมีเทน ส่วนประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ (77-99%) ปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้อง (31-90%) ก๊าซจากเหมืองและก๊าซหนองบึง (จึงมีชื่ออื่นสำหรับก๊าซมีเทน - ก๊าซหนองน้ำหรือก๊าซจากเหมือง)

มีเทน 90–95% มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ สัตว์กีบเท้าที่กินพืชเป็นอาหาร เช่น วัวและแพะ ปล่อยก๊าซมีเทนหนึ่งในห้าของการปล่อยก๊าซมีเทนในกระเพาะอาหารของพวกมันต่อปี แหล่งที่มาที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ ปลวก ข้าวเปลือก หนองน้ำ การกรองก๊าซธรรมชาติ (ผลิตภัณฑ์จากชาติก่อน) และการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ภูเขาไฟมีส่วนช่วยน้อยกว่า 0.2% ต่อความสมดุลของมีเทนบนโลก แต่แหล่งที่มาของก๊าซนี้อาจเป็นสิ่งมีชีวิตในยุคอดีตเช่นกัน การปล่อยก๊าซมีเทนทางอุตสาหกรรมไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นการค้นพบมีเทนบนดาวเคราะห์คล้ายโลกจึงบ่งบอกถึงการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตที่นั่น

มีเทนเกิดขึ้นระหว่างการแปรรูปน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมด้วยความร้อน (10-57% โดยปริมาตร) โค้กและไฮโดรจิเนชันของถ่านหิน (24-34%) วิธีการเตรียมในห้องปฏิบัติการ: การรวมโซเดียมอะซิเตตกับอัลคาไล การกระทำของน้ำกับเมทิลแมกนีเซียมไอโอไดด์หรืออะลูมิเนียมคาร์ไบด์

ในห้องปฏิบัติการเตรียมโดยการให้ความร้อนโซดาไลม์ (ส่วนผสมของโซเดียมและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ปราศจากน้ำด้วยกรดอะซิติก การไม่มีน้ำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับปฏิกิริยานี้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ เนื่องจากมีความชื้นน้อยกว่า

คุณสมบัติของมีเทน

การเผาไหม้ของระเบิดแพร่กระจายด้วยความเร็ว 500-700 เมตร/วินาที;แรงดันแก๊สระหว่างการระเบิดในปริมาตรปิดคือ 1 ลบ.ม./ลบ.ม.2หลังจากสัมผัสกับแหล่งความร้อน การจุดติดไฟของมีเทนจะเกิดขึ้นช้ากว่าปกติเล็กน้อย การสร้างวัตถุระเบิดเพื่อความปลอดภัยและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ป้องกันการระเบิดขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้ ในสถานที่ที่เป็นอันตรายเนื่องจากมีเธน (ส่วนใหญ่เป็นเหมืองถ่านหิน) ที่เรียกว่า โหมดแก๊ส

ที่อุณหภูมิ 150-200 °C และความดัน 30-90 atm มีเทนจะถูกออกซิไดซ์เป็น กรดฟอร์มิก

มีเทนก่อตัวเป็นสารประกอบรวม ​​- แก๊สไฮเดรตซึ่งมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ

การใช้มีเทน

มีเทนเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวที่มีความเสถียรทางความร้อนมากที่สุด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่น เชื้อเพลิงในครัวเรือนและอุตสาหกรรมแล้วยังไง วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรม. ดังนั้นคลอรีนของมีเธนจึงทำให้เกิดเมทิลคลอไรด์ เมทิลีนคลอไรด์ คลอโรฟอร์ม และคาร์บอนเตตราคลอไรด์

เมื่อเราได้รับการเผาไหม้มีเทนที่ไม่สมบูรณ์ เขม่าในระหว่างการออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยา - ฟอร์มาลดีไฮด์, เมื่อทำปฏิกิริยากับกำมะถัน - คาร์บอนไดซัลไฟด์.

การแตกร้าวด้วยความร้อนออกซิเดชันและ การแตกด้วยไฟฟ้ามีเทน - วิธีการผลิตทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ อะเซทิลีน.

ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของส่วนผสมของมีเทนและแอมโมเนียเป็นรากฐานของการผลิตภาคอุตสาหกรรม กรดไฮโดรไซยานิกมีเทนถูกใช้เป็น แหล่งไฮโดรเจนในการผลิตแอมโมเนียเช่นเดียวกับการผลิตก๊าซน้ำ (ที่เรียกว่าก๊าซสังเคราะห์): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ใช้สำหรับการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมของไฮโดรคาร์บอน, แอลกอฮอล์, อัลดีไฮด์ ฯลฯ อนุพันธ์ที่สำคัญของมีเทนก็คือ ไนโตรมีเทน.

เชื้อเพลิงยานยนต์

มีเทนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของมีเทนธรรมชาตินั้นต่ำกว่าความหนาแน่นของน้ำมันเบนซินถึงพันเท่า ดังนั้นหากคุณเติมก๊าซมีเทนในรถยนต์ที่ความดันบรรยากาศ คุณจะต้องใช้ถังที่ใหญ่กว่า 1,000 เท่าสำหรับน้ำมันเชื้อเพลิงที่เท่ากันกับน้ำมันเบนซิน เพื่อไม่ให้บรรทุกรถพ่วงขนาดใหญ่พร้อมเชื้อเพลิงจำเป็นต้องเพิ่มความหนาแน่นของก๊าซ ซึ่งสามารถทำได้โดยการบีบอัดมีเทนให้เหลือ 20-25 MPa (200-250 บรรยากาศ) ในการกักเก็บก๊าซในสถานะนี้ จะใช้ถังพิเศษที่ติดตั้งบนรถยนต์

มีเทนและปรากฏการณ์เรือนกระจก

มีเทนนั่นเอง ก๊าซเรือนกระจก. หากระดับผลกระทบของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อสภาพภูมิอากาศโดยทั่วไปเป็นระดับเดียวกัน กิจกรรมเรือนกระจกของมีเทนจะอยู่ที่ 23 หน่วย ระดับมีเทนในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมา

ขณะนี้ปริมาณเฉลี่ยของมีเทน CH 4 ในบรรยากาศสมัยใหม่อยู่ที่ประมาณ 1.8 ppm ( ส่วนต่อล้าน, ส่วนในล้านส่วน) และถึงแม้จะน้อยกว่าปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2) ถึง 200 เท่าต่อหนึ่งโมเลกุลของก๊าซ แต่ผลกระทบจากภาวะเรือนกระจกของมีเทน - นั่นคือมีส่วนช่วยในการกระจายและกักเก็บความร้อนที่ปล่อยออกมาจากโลกที่ได้รับความร้อนจากแสงแดด - สูงกว่าจาก CO 2 อย่างมาก นอกจากนี้ มีเทนยังดูดซับรังสีของโลกใน “หน้าต่าง” ของสเปกตรัมที่โปร่งใสต่อก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ หากไม่มีก๊าซเรือนกระจก เช่น CO 2 ไอน้ำ มีเทน และสิ่งสกปรกอื่นๆ อุณหภูมิเฉลี่ยบนพื้นผิวโลกจะอยู่ที่ –23°C เท่านั้น แต่ตอนนี้อุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ +15°C

มีเทนซึมออกมาที่ก้นมหาสมุทรผ่านรอยแตกในเปลือกโลก และถูกปล่อยออกมาในปริมาณมากในระหว่างการทำเหมืองและเมื่อมีการเผาป่า เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการค้นพบแหล่งใหม่ของมีเธนที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง - พืชที่สูงขึ้น แต่กลไกการก่อตัวและความสำคัญของกระบวนการนี้สำหรับพืชยังไม่ได้รับการชี้แจงอย่างชัดเจน

มีเทนบนโลก

ไม่ไกลจากซานตาบาร์บาร่า มีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ยังคุกรุ่นอยู่ ถูกปล่อยออกมาในปริมาณมากในรูปของฟองอากาศจากพื้นมหาสมุทร

มีเทนเป็นอันตรายอย่างยิ่งระหว่างการทำเหมือง

มีเทนแทนน้ำมันเบนซิน? อย่างง่ายดาย

เมื่อค้นพบมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร นักวิทยาศาสตร์มีความหวังที่จะพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้

การผลิตมีเทนจากคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกระบวนการที่ต้องใช้สภาวะในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นในปี 2009 ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย (สหรัฐอเมริกา) มีเทนจึงถูกผลิตขึ้นจากน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้ท่อนาโนที่ประกอบด้วย TiO 2 (ไทเทเนียมไดออกไซด์) และมีไนโตรเจนเจือปน เพื่อให้ได้มีเทน นักวิจัยได้ใส่น้ำ (ในสถานะเป็นไอ) และคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ในภาชนะโลหะโดยปิดฝาโดยมีท่อนาโนอยู่ด้านใน

กระบวนการผลิตมีเธนมีดังนี้ ภายใต้อิทธิพลของแสงของดวงอาทิตย์ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าปรากฏขึ้นภายในหลอด อนุภาคดังกล่าวแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไอออนไฮโดรเจน (H ซึ่งจากนั้นจะรวมกันเป็นโมเลกุลไฮโดรเจน H2) และอนุมูลไฮดรอกซิล (อนุภาค -OH) นอกจากนี้ ในกระบวนการผลิตมีเธน คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกแบ่งออกเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และออกซิเจน (O 2) สุดท้ายคาร์บอนมอนอกไซด์ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน ทำให้เกิดน้ำและมีเทน

ปฏิกิริยาย้อนกลับ - การผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นเนื่องจากการเสียรูปของไอน้ำมีเธน - ที่อุณหภูมิ 700-1100 ° C และความดัน 0.3-2.5 MPa

ในปัจจุบัน มีโครงการที่เสร็จสมบูรณ์เพียงไม่กี่โครงการในโลกที่ได้รับมอบหมายให้ติดตั้งเพื่อผลิตมีเทนจากไม้ ผลลัพธ์แรกช่วยให้เราหวังว่าจะมีการพัฒนาอย่างจริงจังในทิศทางนี้

ดูสูตรสำหรับบทความเรื่อง "มีเทนจากชีวมวล"

มีเทน CH4 เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ซึ่งเบากว่าอากาศเกือบสองเท่า มันเกิดขึ้นในธรรมชาติอันเป็นผลมาจากการสลายตัวโดยไม่มีอากาศเข้าถึงซากพืชและสัตว์ ด้วยเหตุนี้จึงมีปรากฏให้เห็น เช่น ในพื้นที่ชุ่มน้ำและเหมืองถ่านหิน มีเทนบรรจุอยู่ในก๊าซธรรมชาติในปริมาณมาก ซึ่งปัจจุบันมีการใช้อย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม

หนึ่งในเทคโนโลยีที่เติบโตเร็วที่สุดในด้านการผลิตพลังงานจากแหล่งหมุนเวียนในปัจจุบันคือการผลิตไบโอมีเทนโดยการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน และส่งต่อไปยังเครือข่ายที่ส่งก๊าซธรรมชาติให้กับผู้บริโภค แม้จะมีต้นทุนสูงในการผลิตไบโอมีเทนโดยใช้เทคโนโลยีนี้ (8-10 ยูโรเซนต์ต่อ 1 kWh) แต่จำนวนการติดตั้งสำหรับการผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในปี พ.ศ. 2552 โรงงานผลิตก๊าซชีวภาพแบบคลาสสิก (เชื้อเพลิงปุ๋ย) 23 แห่งที่ป้อนก๊าซเข้าสู่ท่อส่งก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่ได้เปิดดำเนินการแล้วในเยอรมนี และอีก 36 แห่งอยู่ระหว่างการก่อสร้างหรือวางแผน เหตุผลในการเติบโตของตัวบ่งชี้นี้คือกฎหมายพลังงานทดแทน (Erneuerbare Energien Gesetz - EEG) ซึ่งนำมาใช้ในประเทศเยอรมนีในปี 2547 แก้ไขเพิ่มเติมในปี 2552 และอนุญาตให้ผู้ขายก๊าซเสนอก๊าซที่ได้รับจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนแก่ลูกค้าของตน และรับเงินอุดหนุนจากรัฐบาลสำหรับการผลิตไฟฟ้า จากแหล่งพลังงานทดแทน (RES)

โรงงานแห่งแรกของโลกที่ผลิตก๊าซ SNG จากไม้ใน
เมืองกุสซิง ประเทศออสเตรีย เบื้องหน้าคือหน่วยผลิตมีเทน

ไบโอมีเทนตามรูปแบบคลาสสิกและใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันนั้นได้มาจากพื้นผิวพืช (เช่น ข้าวโพด) สารละลายของคอมเพล็กซ์สุกร มูลโค มูลไก่ ฯลฯ มีเทนจากชีวมวลดังกล่าวสามารถหาได้จากการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การหมัก) ). ในการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน สารอินทรีย์ (ของเสียธรรมชาติ) จะสลายตัวหากไม่มีออกซิเจน กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสามขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับแบคทีเรียสองกลุ่มที่แตกต่างกัน ในระยะแรก สารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน (กรดไขมัน โปรตีน คาร์โบไฮเดรต) จะถูกแปลงเป็นสารประกอบที่ง่ายกว่าอันเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ ในขั้นตอนที่สอง สารประกอบอย่างง่ายจะสัมผัสกับกลุ่มของแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน (หรือสร้างกรด) ส่งผลให้เกิดกรดไขมันระเหยได้เป็นส่วนใหญ่ ในระยะที่สาม กรดอินทรีย์จะถูกแปลงเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนโดยการกระทำของแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน (หรือสร้างมีเทน) อย่างเคร่งครัด หลังจากขั้นตอนนี้ จะได้ก๊าซมีเทนเสริมสมรรถนะ (ก๊าซชีวภาพ) ซึ่งมีค่าความร้อนอยู่ที่ 5340-6230 กิโลแคลอรี/ลูกบาศก์เมตร

“Ersatzgas” จากชีวมวลที่เป็นของแข็ง เช่น ไม้ มีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือก๊าซชีวภาพที่ได้จากมูลสัตว์และขยะ: ผู้ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตก๊าซดังกล่าวมีปริมาณของเสียจากโรงเลื่อย การตัดไม้ และการแปรรูปไม้ในปริมาณที่น่าประทับใจ นอกจากนี้ในตลาดยุโรป ราคาของโรงเลื่อยและของเสียจากการแปรรูปไม้ ตรงกันข้ามกับราคาสินค้าเกษตรที่ใช้ในการผลิตก๊าซชีวภาพ มีความผันผวนน้อยกว่ามาก เราต้องไม่ลืมว่าการใช้ผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร (ธัญพืช ข้าวโพด เรพซีด ฯลฯ) เพื่อผลิตก๊าซชีวภาพในท้ายที่สุดจะส่งผลให้ราคาอาหารสูงขึ้น นอกจากนี้ความร้อนทิ้งจากปฏิกิริยาเคมียังมีอุณหภูมิที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอุณหภูมิความร้อนทิ้งจากปฏิกิริยาการหมักในโรงงานก๊าซชีวภาพแบบดั้งเดิม ตามมาว่าพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการมีเทนเนชันของไม้สามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการจ่ายความร้อนในระดับภูมิภาค สิ่งสำคัญคือไม่เหมือนกับโรงงานก๊าซชีวภาพแบบคลาสสิกตรงที่ไม่มีกลิ่นอันไม่พึงประสงค์เมื่อใช้งานโรงงานเพื่อผลิตมีเทนจากไม้ นอกจากนี้การติดตั้งเหล่านี้ใช้พื้นที่น้อยกว่าแบบคลาสสิกมากและสามารถตั้งอยู่ภายในกลุ่มเมืองได้

เทคโนโลยี

ผลจากการผลิตไบโอมีเทนอย่างกว้างขวางจากพื้นผิวทางการเกษตรโดยการหมัก (การหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน) ในปัจจุบันคือไบโอมีเทน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นไบโอมีเทนจะต้องผ่านการเตรียมการพิเศษและปรับปรุงคุณภาพของก๊าซธรรมชาติโดยการแยก CO 2 การสูญเสียความร้อนระหว่างการหมักจะจำกัดประสิทธิภาพของห่วงโซ่กระบวนการทั้งหมด ประสิทธิภาพอยู่ที่ 50-60%

ในการผลิตก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ (ทดแทนก๊าซธรรมชาติ - SNG) จากเชื้อเพลิงแข็งที่มีคาร์บอน เช่น ถ่านหิน หรือชีวมวล (ไม้) หลังจากการแปรสภาพเป็นแก๊สด้วยความร้อนในขั้นตอนแรกของกระบวนการ จะได้สิ่งที่เรียกว่าก๊าซสังเคราะห์จาก ซึ่งหลังจากการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกทุกชนิด (ส่วนใหญ่มาจากคาร์บอนไดออกไซด์และสารประกอบซัลเฟอร์และคลอรีน) มีเทนจะถูกสังเคราะห์ขึ้น กระบวนการคายความร้อนนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิระหว่าง 300 ถึง 450 °C และความดัน 1−5 บาร์ เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม ในกรณีนี้จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ดูสูตรใน

ตรงกันข้ามกับการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน การแปรสภาพเป็นแก๊สชีวมวลด้วยความร้อนให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่า เนื่องจากความร้อนเหลือทิ้งจากการผลิต SNG สามารถนำไปใช้ที่ไซต์งานได้ตลอดเวลา

โดยหลักการแล้ว การผลิตมีเทนจากก๊าซสังเคราะห์ รวมถึงจากก๊าซผสมระหว่างไฮโดรเจน (H 2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ถือเป็นเทคโนโลยีที่เก่าแก่มาก นักเคมีชาวฝรั่งเศส พอล ซาบาเทียร์ คิดค้นวิธีการผลิตมีเทน ซึ่งตั้งชื่อตามเขาว่า ปฏิกิริยาซาบาเทียร์ หรือกระบวนการซาบาเทียร์ (ฝรั่งเศส: ซาบาเทียร์--ปฏิกิริยา) ในปี 1912 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากเรื่องนี้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิและความดันสูงขึ้น โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลเพื่อผลิตมีเทน รูทีเนียมที่มีอลูมิเนียมออกไซด์สามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

กระบวนการนี้อธิบายโดยปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้:

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O.

เนื่องจากปฏิกิริยาทั้งสองมีคายความร้อนสูง หากไม่มีมาตรการพิเศษเพื่อทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลงหรือหมุนเวียนตัวเร่งปฏิกิริยาจะสลายตัวเมื่อได้รับความร้อนถึง 600 °C นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิสูง สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ของ H 2 และ CO จะเปลี่ยน เพื่อให้ได้ผลผลิตมีเทนที่สูงเพียงพอที่อุณหภูมิต่ำกว่า 300 °C เท่านั้น

เทคโนโลยีการแปรสภาพเป็นแก๊สถูกสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษปี 1800 เพื่อผลิตก๊าซสังเคราะห์ซึ่งจำเป็นสำหรับการให้แสงสว่างแก่เมือง และยังใช้เป็นสารหล่อเย็นสำหรับใช้ในครัวเรือนและอุตสาหกรรม (โลหะวิทยา เครื่องยนต์ไอน้ำ ฯลฯ) ทั้งถ่านหินและชีวมวลของพืชและผลิตภัณฑ์แปรรูป (ถ่าน) ต่างก็ถูกแปรสภาพเป็นแก๊ส

การใช้กระบวนการพื้นฐานของการทำให้เป็นแก๊สถ่านหินเพื่อผลิตสารเคมีสังเคราะห์และเชื้อเพลิงเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษที่ 1920 ที่สถาบัน Kaiser Wilhelm เพื่อการวิจัยถ่านหินในเมือง Mülheim an der Ruhr (ประเทศเยอรมนี) ที่สถาบันนี้ Franz Fischer และ Hans Tropsch ได้คิดค้นวิธีการผลิตก๊าซสังเคราะห์ (syngas) สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงเหลวจากถ่านหินในประเทศเยอรมนี กระบวนการ Fischer-Tropsch หรือการสังเคราะห์ Fischer-Tropsch (FTS) เป็นปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา (เหล็ก โคบอลต์) ซึ่งมีส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไฮโดรเจน (H 2) ซึ่ง คือ ก๊าซสังเคราะห์ จะถูกแปลงเป็นไฮโดรคาร์บอนเหลวต่างๆ ไฮโดรคาร์บอนที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย - น้ำมันสังเคราะห์ คาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันบางส่วนของถ่านหินและ/หรือเชื้อเพลิงไม้

กระบวนการ Fischer–Tropsch อธิบายโดยสมการทางเคมีต่อไปนี้:

CO + 2H 2 → --CH 2 -- + H 2 O
2CO + H 2 → --CH 2 -- + CO 2 .

ซินกาสที่ได้รับหลังจากการแปรสภาพเป็นแก๊สของถ่านหินหรือของเสียที่มีคาร์บอนแข็งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยตรง โดยไม่ต้องเปลี่ยนรูปเพิ่มเติมผ่านกระบวนการ Fischer-Tropsch ดังนั้นจึงค่อนข้างง่ายที่จะเปลี่ยนจากก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเหลว ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองในเยอรมนี การสังเคราะห์ Fischer–Tropsch ถูกใช้ในโรงงาน 8 แห่งเพื่อผลิตเชื้อเพลิงดีเซลสังเคราะห์ (ประมาณ 600,000 ตันต่อปี) โครงการนี้ได้รับทุนเต็มจำนวนจากรัฐ หลังจากสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองในเยอรมนี โรงงานเหล่านี้ทั้งหมดถูกปิดและบางส่วนพร้อมกับเทคโนโลยีถูกส่งออกเป็นการชดใช้ไปยังสหรัฐอเมริกา และจากนั้นก็กระจายไปทั่วโลก ในเวลาเดียวกันที่สาธารณรัฐแอฟริกาใต้ บริษัท South African Synthetic Oil Ltd. (SASOL) โดยใช้เทคโนโลยีของเยอรมัน เริ่มผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ และจนถึงทุกวันนี้ผลิตไฮโดรคาร์บอนเหลวเทียบเท่าน้ำมันมากกว่า 200,000 บาร์เรลต่อปีที่โรงงานสี่แห่งในแอฟริกาใต้และโรงงานหนึ่งแห่งในกาตาร์ แอฟริกาใต้เป็นประเทศเดียวในโลกที่มีการพัฒนากระบวนการ CFT มาเป็นเวลานาน แต่หลังวิกฤตปี 1973 บริษัทน้ำมันและพลังงานระดับโลกในหลายประเทศ (โดยเฉพาะสหรัฐอเมริกาและเยอรมนี) เริ่มแสดงความสนใจทั้งในการผลิตเชื้อเพลิงเหลวสังเคราะห์และการผลิตก๊าซสังเคราะห์ธรรมชาติ

มีการพัฒนาโครงการจำนวนหนึ่งสำหรับการผลิตก๊าซสังเคราะห์ธรรมชาติ แต่มีเพียงโครงการเดียวเท่านั้นที่ประสบความสำเร็จในระดับอุตสาหกรรม ในปี 1984 โรงงาน Great Plains Synfuels (บริษัท Dakotagas) ได้เปิดตัวโรงงานผลิตก๊าซมีเทนลิกไนต์ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งจนถึงทุกวันนี้ผลิตก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ที่ป้อนเข้าสู่เครือข่ายก๊าซธรรมชาติ กำลังการผลิตรายวันของโรงงานอยู่ที่ 3.9 ล้านลูกบาศก์เมตรของ SNG

เป็นการเหมาะสมที่จะระลึกถึงประสบการณ์ของสหภาพโซเวียต ซึ่งตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1920 ถึง 1950 โรงงานผลิตก๊าซดำเนินการโดยใช้ไม้ (ฟืนและถ่าน) และพีทเพื่อผลิตเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซ ในปีพ.ศ. 2472 สถานีผลิตก๊าซขนาดใหญ่แห่งแรกที่ดำเนินการเกี่ยวกับพีทได้ถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียต และในปีต่อ ๆ มาก็มีการสร้างสถานีอื่นที่คล้ายคลึงกันอีกจำนวนหนึ่งในสถานประกอบการขนาดใหญ่ การผลิตก๊าซจากไม้ส่วนใหญ่ใช้เพื่อการขนส่งเชื้อเพลิง หลังจากการพัฒนาไซบีเรียตะวันตกเริ่มต้นขึ้นและการค้นพบแหล่งสะสมเชื้อเพลิงสีน้ำเงินที่ใหญ่ที่สุดในโลก การผลิตก๊าซในสหภาพโซเวียตก็ถูกลืมไปอย่างไม่สมควร

ผลิตมีเทนจากไม้

ในการแปรสภาพเป็นแก๊ส ชีวมวลที่มีสูตรทางเคมี CH n O m จะถูกแปลงเป็นก๊าซสังเคราะห์เป็นครั้งแรกซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ จากสมการทั่วไปปริมาณสัมพันธ์สำหรับปฏิกิริยามีเทนของชีวมวลด้วยสูตรผลรวม

CH 1.23 O 0.38 + 0.5025 H 2 O → 0.55875 CH 4 +0.44125 C 2 O

เป็นไปตามนั้นจะต้องจ่ายน้ำหรือไอน้ำให้กับเครื่องปฏิกรณ์มีเทนและจะต้องกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเครื่อง มีหลายทางเลือก: CO 2 จะถูกลบออกจากก๊าซสังเคราะห์โดยตรงจากเครื่องปฏิกรณ์มีเทน เช่นเดียวกับในการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรม หรือในการเตรียมก๊าซชีวภาพ (การหมัก) หลังจากกระบวนการมีเทน จากก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ที่ยังไม่บริสุทธิ์ . ข้อดีของวิธีแรกเหนือวิธีอื่นๆ คือ ก๊าซบริสุทธิ์จะเข้าสู่วงจรมีเทน ข้อดีของวิธีที่สองคือ เครื่องปฏิกรณ์มีเทนสามารถทำงานได้โดยใช้ไอน้ำส่วนเกิน ซึ่งช่วยลดการก่อตัวของคาร์บอนได้อย่างมาก

งานในพื้นที่เหล่านี้กำลังดำเนินการอยู่ที่สถาบัน Paul Scherrer (สวิตเซอร์แลนด์) ซึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งได้มีส่วนร่วมในการเขียนโครงการผลิตมีเทนจากชีวมวลโดยใช้เทคโนโลยีใหม่ (ในชั้นน้ำวนที่เร่งปฏิกิริยา) ภายในกรอบการทำงานของ EU BioSNG โครงการ. เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้จริงที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนในเมือง Gussing ของออสเตรีย โรงงานสังเคราะห์มีเทนซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 2552 มีกำลังผลิต 1 เมกะวัตต์และใช้เศษไม้ ขณะนี้มีการหารือเกี่ยวกับโครงการขนาด 30 เมกะวัตต์เพื่อผลิตมีเทนจากไม้ในเมืองโกเธนเบิร์ก ประเทศสวีเดน งานที่คล้ายกันนี้กำลังดำเนินการในเยอรมนี (สตุ๊ตการ์ท ZSW) เนเธอร์แลนด์ (ศูนย์วิจัยพลังงาน ECN) และที่สถาบันวิศวกรรมความร้อนของมหาวิทยาลัยเทคนิคในกราซ (ออสเตรีย) โดยความร่วมมือกับบริษัท Agnion ใน Pfaffenhofen an der Ilm (เยอรมนี).

ประสิทธิภาพการสังเคราะห์มีเทนจากชีวมวล

เมื่อผลิตมีเทนในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ เช่นเดียวกับในกระบวนการสังเคราะห์ใดๆ ก็ตาม การสูญเสียเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้น ความร้อนจะถูกกำจัดออกไป ปริมาณพลังงานที่ไม่สามารถอยู่ในผลิตภัณฑ์สังเคราะห์สำเร็จรูปจะมากกว่าพลังงานที่จับกันทางเคมีในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ สำหรับมีเทน หมายความว่าพลังงานจากชีวมวลที่ใช้ประมาณ 60% เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป - SNG

แต่เนื่องจากความร้อนที่ถูกปฏิเสธมีอุณหภูมิสูงถึง 200 ถึง 400 °C จึงสามารถนำไปใช้ที่ไซต์งานได้ ด้วยเหตุนี้โรงงานสังเคราะห์มีเทนขนาดเล็กจึงทำกำไรได้เป็นพิเศษเนื่องจากสามารถแก้ไขปัญหาการใช้ความร้อนเหลือทิ้งได้ 100% เช่นเพื่อให้ความร้อนในครัวเรือนส่วนตัว ฟาร์ม ใช้ในการอบแห้งคอมเพล็กซ์ ฯลฯ เป็นไปได้ที่จะใช้ไม่ เพียงความร้อนทิ้งจากการแปรสภาพเป็นแก๊สและมีเทนเนชัน แต่ยังรวมถึงความร้อนของการควบแน่นของไอน้ำในซินกาสที่ไม่บริสุทธิ์ซึ่งมีไอน้ำมากถึง 50% ประสิทธิภาพโดยรวมจากการใช้ความร้อนอย่างเต็มที่และการขาย SNG ที่เกิดขึ้นไปยังเครือข่ายก๊าซและโรงเก็บก๊าซนั้นอยู่ที่เกือบ 95% ระยะเวลาคืนทุนสำหรับโครงการดังกล่าวมีเพียงไม่กี่ปี

เนื่องจากก๊าซธรรมชาติสามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงกว่าเชื้อเพลิงชีวมวลที่เป็นของแข็งอย่างมาก จึงแนะนำให้ใช้มีเทนที่ได้จากไม้มากกว่าการเผาเชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นของแข็งโดยตรง เหตุผล: เมื่อใช้ก๊าซธรรมชาติเพื่อผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซหรือไอน้ำจะได้ไฟฟ้ามากถึง 60% และเมื่อเผาเชื้อเพลิงแข็งจากชีวมวลเป็นการยากมากที่จะดำเนินโครงการที่มีปริมาณการผลิตไฟฟ้ามากกว่า 30% . นอกจากนี้ ด้วยการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายอำนาจสูงถึง 1 mW/h โรงไฟฟ้าก๊าซโคเจนเนอเรชั่นที่ใช้ก๊าซสังเคราะห์จึงมีประสิทธิภาพมากกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้กระบวนการแบบวงจรอินทรีย์ (กระบวนการ ORC) และการเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นของแข็ง

การทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับลำดับของรอบของกระบวนการหมุนเวียนทางอุณหพลศาสตร์ (ORC - วงจรแรงคินอินทรีย์) ของของไหลทำงานที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (น้ำมันความร้อน สารระเหยอินทรีย์) ปั๊มหมุนเวียนจะปั๊มของเหลวทำงานเข้าไปในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของสารหล่อเย็นอินทรีย์ที่อุณหภูมิสูงซึ่งจะระเหยไป ไอของเหลวจะขับเคลื่อนกังหัน หลังจากนั้นจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนถัดไป ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำหรืออากาศและควบแน่น คอนเดนเสทจะเข้าสู่ตัวสะสมปั๊มหมุนเวียนและวงจรทางอุณหพลศาสตร์ (ORC) จะเกิดขึ้นซ้ำ ทั้งสารหล่อเย็นและสารหล่อเย็นไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับกังหันหรือสารทำงาน ด้วยกระบวนการ ORC โรงไฟฟ้าพลังความร้อนได้รับพลังงานสูง การดำเนินงานที่เชื่อถือได้ และความคุ้มค่า

แม้แต่การผลิตพลังงานความร้อนเพียงอย่างเดียวเมื่อใช้ไบโอมีเทนก็ยังแข่งขันกับวิธีสร้างความร้อนแบบเดิมๆ ได้ หากความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการมีเทนเนชันของไม้ถูกนำมาใช้ที่ไซต์งาน (กระจายอำนาจ) และก๊าซที่ผลิตได้เข้าสู่สถานที่จัดเก็บก๊าซธรรมชาติ จะได้อัตราการใช้โดยรวมที่ 93% ซึ่งไม่สามารถทำได้ เช่น โดยโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ เศษไม้หรือเม็ด (ประสิทธิภาพของตัวสถานีเองนั้นต่ำกว่าและยังมีการสูญเสียในเครือข่ายการทำความร้อนอีกด้วย)

นอกจากก๊าซสังเคราะห์ที่เตรียมไว้ซึ่งมีคุณภาพตามธรรมชาติแล้ว โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ก๊าซธรรมชาติขนาดใหญ่ยังสามารถใช้ก๊าซสังเคราะห์ที่ "ไม่บริสุทธิ์" เพื่อการเผาไหม้ร่วมกับก๊าซธรรมชาติได้ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตพลังงานที่เกิดขึ้นได้อย่างมาก

ก๊าซชีวมวลหรือก๊าซธรรมชาติฟอสซิล?

ก๊าซธรรมชาติสังเคราะห์ (SNG) เป็นก๊าซสังเคราะห์บริสุทธิ์ที่มีลักษณะเหมือนกับก๊าซธรรมชาติ

จากการคำนวณของบริษัท Agnion ต้นทุนการผลิต SNG จากเศษไม้ในโรงงานที่มีขนาดไม่เกิน 1 เมกะวัตต์อยู่ที่ 8-10 ยูโรเซ็นต์/kWh

ต้นทุนในการผลิตไบโอมีเทนเทียบได้กับต้นทุนในการสกัดและขนส่งก๊าซธรรมชาติฟอสซิล อย่างไรก็ตามการผลิตดังกล่าวในปัจจุบันยังไม่มีการแข่งขัน ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับราคาน้ำมันโลก ตัวอย่างเช่น หากราคาน้ำมันดิบอยู่ที่ 100 ดอลลาร์ต่อบาร์เรล ดังนั้นในเยอรมนีสำหรับลูกค้าอุตสาหกรรม ราคาก๊าซธรรมชาติจะอยู่ที่ 5-6 ยูโรเซนต์/kWh สำหรับครัวเรือนส่วนบุคคล ราคาจะสูงขึ้น - 8-10 ยูโรเซนต์/kWh ด้วยการคาดการณ์ราคาน้ำมันมากกว่า 200 ดอลลาร์ต่อบาร์เรลซ้ำแล้วซ้ำเล่า ก๊าซธรรมชาติจะทำให้ลูกค้าอุตสาหกรรมต้องเสียค่าใช้จ่ายมากกว่า 10 ยูโรเซนต์/kWh อย่างสม่ำเสมอ ภายใต้เงื่อนไขนี้ การผลิต SNG จากชีวมวลสามารถดำเนินการได้ในเชิงเศรษฐกิจ แม้ว่าจะไม่ได้รับเงินอุดหนุนภายใต้กฎหมาย RES ก็ตาม และในยูเครน ณ ราคาปัจจุบัน ก๊าซสังเคราะห์มีราคาถูกกว่าก๊าซธรรมชาติถึงสองเท่า พวกเขากำลังพัฒนาโครงการของตนเองในการผลิตก๊าซสังเคราะห์โดยการทำให้ส่วนผสมของขี้เลื่อย ฟาง พีท และถ่านหินกลายเป็นก๊าซ องค์ประกอบ: มีเทนมากถึง 25-30%, คาร์บอนมอนอกไซด์ 30-35% และไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่เหลือ 6%

ปัจจุบันความต้องการพลังงานของโลกมีจำนวนประมาณ 11-12 พันล้านตันเทียบเท่าเชื้อเพลิง (ce) และมีปริมาณน้ำมันและก๊าซถึง 58-60% แหล่งพลังงานของชีวมวลของพืชหมุนเวียนในแต่ละปีนั้นมากกว่าปริมาณน้ำมันที่ผลิตได้ 25 เท่า ปัจจุบันชีวมวลของพืชที่ถูกเผาคิดเป็นประมาณ 10% ของแหล่งพลังงานที่ใช้ไป (ประมาณ 1 พันล้านตันเทียบเท่ากับเชื้อเพลิง) ในอนาคตคาดว่าจะมีการขยายตัวอย่างมีนัยสำคัญของการใช้ชีวมวลในรูปแบบของผลิตภัณฑ์จากการแปรรูป (เชื้อเพลิงเหลวและของแข็ง) ฯลฯ) และประการแรกคือของเสียที่สะสมและสลายตัวซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

ความต้องการน้ำมันและก๊าซธรรมชาติจะเพิ่มขึ้น และในขณะเดียวกัน จะมีการปรับปรุงวิธีการใช้พลังงานของชีวมวลพืช (นอกเหนือจากการเผาไหม้โดยตรง) แน่นอนว่าในอนาคตที่ยอดเยี่ยมสำหรับพลังงานชีวภาพนี้ เทคโนโลยีที่อธิบายไว้ข้างต้นจะเป็นที่ต้องการในระดับอุตสาหกรรมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ยังไงก็อยากจะเชื่อแบบนั้น

เซอร์เกย์ เปเรเดอรี
EKO Holz-und Pellethandel GmbH,
ดุสเซลดอร์ฟ, เยอรมนี