Výroba a čištění biometanu

Úpravou bioplynu vzniká biometan se širokými možnostmi využití. Výroba biometanu je tedy proces, při kterém se organický materiál rozkládá za anaerobních podmínek (bez přístupu kyslíku) a výsledkem je vznik biometanu, který lze využít jako obnovitelné palivo.

Bioplyn je plyn, který vzniká při anaerobní fermentaci organických látek. Jedná se především o metan a dusík. Bioplyn se skládá z různých složek, jako je metan, oxid uhličitý, vodní pára, dusík a další. Bioplyn je velmi užitečný produkt, který se může použít například pro výrobu tepla, pro strojní energii, pro elektrickou energii a dokonce i pro dopravu.

Bioplyn se obvykle používá přímo jako palivo nebo se dopraví do nedalekých elektráren a zde se používá k výrobě elektrické energie. Úprava bioplynu obvykle zahrnuje čištění, které se zabývá odštěpením nežádoucích látek, a provzdušnění, kterého se užívá pro zabezpečení správného poměru jednotlivých látek v bioplynu.

Čištění surového bioplynu obvykle zahrnuje odštěpení prachu, nečistot a také odstranění nežádoucích látek, jako jsou kyslík, oxid uhličitý, sirovodík atd. Vzhledem k tomu, že bioplyn obsahuje vodní páru, která se v případě potřeby může odpařit. K tomuto účelu se běžně ve firmách používá kondenzační zařízení. Vyčištění se provádí s ohledem k jeho budoucímu použití.

Také je potřeba zmínit tzv. upravovací moduly bioplynu. Tyto moduly se obvykle používají k vyrovnání poměru metanu a zabezpečení optimálních podmínek pro hoření bioplynu. Existují rozličné technologie, které se používají pro nastavení těchto modulů, jako například řízené boční mixování, elektronické míchání a další.

Také se musí vzít v úvahu úroveň kontaminace situovanou v bioplynu, aby bylo možné zvolit optimální upravovací modul pro danou aplikaci.

Úprava bioplynu

Pro úpravu bioplynu na biometan lze využít různých technologických metod. Jednotlivé metody se od sebe liší v principu separace, nicméně také kompletností a kapacitními schopnostmi.

• adsorpce: Provádí se metodou střídání tlaků. Jde o technologii, u které nevzniká žádná odpadní voda. Před adsorpcí je nutné provést předodsiření.

Adsorpce je využívána k vyčištění bioplynu od jiných chladiv, popela a nečistot. Je nezbytné zajistit, aby byl bioplyn zbaven všech nečistot a aby bylo zajištěno vysoce kvalitní palivo. Tento proces může být prováděn s použitím materiálu s velmi vysokou kapacitou adsorpce. Během procesu se adsorpční materiál stále recykluje a vyměňuje.

Některé adsorpční materiály mohou být kalcinovány a recyklovány, aby se produkovaly čisté, nezávadné palivové plyny. Výsledkem je nízká produkce kontaminujících látek během spalování bioplynu.

• absorpce: Lze ji provést tlakovou vodní vypírkou (vysoká spotřeba vody i elektřiny), chemickou vypírkou či nízkotlakovou absorpcí.

Absorpce bioplynu se obvykle používá k zachycování a odstraňování nečistot obsažených v bioplynu, jako je oxid uhličitý (CO₂), vodní pára, síra a další kontaminanty. Tento proces je důležitý pro získání čistého bioplynu, který je vhodný pro různé aplikace, včetně výroby elektřiny, tepla nebo jako palivo pro vozidla.

• membránová separace: Je postavená na rozdílné průchodnosti jednotlivých složek ve směsi. Membránové sítě jsou většinou vyráběné z polymerů.

Membránová separace je technologie používaná k oddělení některých plynů nebo prvků od ostatních. Její hlavní výhodou je její schopnost izolovat látky s vysokou účinností a přesností. Membránová separace je obecně používána k separaci bioplynu.

Bioplyn je směs plynů, které pocházejí ze zvířecího odpadu, zemědělských odpadů a jiných biomateriálů. Nejběžnější používanou membránovou separační technikou pro rozdělování bioplynu je membránová výměna iontů (ION-X), membránová odlučovací technika vysokého tlaku (TPS) a technika vakuové mikrofiltrační membrány.

Inženýrům a výzkumníkům bylo úspěšně předloženo mnoho různých úspěšných membránových separačních metod, například mikrofiltrační separace, mikroporézní membrány, membrány s organickou matricí, funkční polymery, ultra filtrační membrány atd., které pomáhají získat vysoce čistý bioplyn vysokým výtěžkem.

• nízkoteplotní rektifikace: Jedná se i vymrazování CO₂ mající výrazně rozdílnou teplotu tuhnutí než metan. Tato metoda je energeticky velmi náročná.

Nízkoteplotní rektifikace bioplynu je náročná, tudíž se musí plánovat v předstihu. Prvním krokem je pořídit si přístrojovou soupravu potřebnou pro proces rektifikace bioplynu. Tento proces by se měl provádět ve spolupráci s odborníky na bioplyn a energetické zařízení. Po pořízení soupravy by se mělo začít s instalací a nastavením potřebných zařízení.

Při instalaci je nutné se řídit podmínkami dle typu a velikosti instalace. Dalším krokem je příprava řídicího systému, který umožní regulovat proces nízkoteplotní rektifikace bioplynu. Řídicí systém by měl být navržen tak, aby byly pokryty všechny specifické požadavky. Následně by se měla provedení příslušná údržba a kontrola přístrojové soupravy. Nakonec by se měla provést plná certifikace.

Biometan

Biometan je (zjednodušeně řečeno) vyčištěný bioplyn, který je obnovitelným zdrojem energie. Díky němu je možná alespoň částečná náhrada ropných produktů.

Biometan by mohl podle zástupců Komory obnovitelných zdrojů energie do roku 2030 nahradit zemní plyn až ve čtvrtině českých domácností. Biometan je často označován jako palivo budoucnosti.

Biometan obsahuje alespoň 95 % metanu. Má srovnatelné vlastnosti jako zemní plyn, který je do České republiky dovážen převážně z Ruska. Biometan může představovat alternativu zemního plynu ve všech sférách využití. Místo zemního plynu jej lze nasadit bez nutnosti úprav technologií nebo jakýchkoliv dalších investic.

Plynové kotle, domácí spotřebiče nebo vozidla jezdící na stlačený zemní plyn tak mohou okamžitě a bezproblémově pracovat právě díky biometanu.

Nutná kvalita využívaného biometanu je daná kvalitativními parametry. Ty jsou uvedené v technických pravidlech GAS TPG 902 02 „Jakost a zkoušení plynových paliv s vysokým obsahem metanu“.

Posuzovanými parametry jsou obsah metanu, vody, kyslíku, oxidu uhličitého, dusíku, vodíku, síry bez odorantů, merkaptanové síry bez odorantů, sulfanu bez odorantů, amoniaku. Dalšími parametry jsou ještě halogenové sloučeniny, organické sloučeniny křemíku a mlha, prach a kondenzáty.

Používání biometanu upravují i další vyhlášky, zákony a technická doporučení. Nejnovější je vyhláška č. 108/2011 Sb. Přibližuje měření plynu, způsob stanovení náhrady škody při jeho neoprávněném odběru, uskladňování či při neoprávněné dodávce, přepravě atd.

Výhody biometanu

Podstatnou výhodou biometanu je jeho obnovitelnost a také větší ekologičnost. Má nízké emise skleníkových plynů. Biometan nezpůsobuje ani kontaminaci půdy či spodních vod v případě havárií s následným únikem paliva. Na rozdíl od některých jiných obnovitelných zdrojů energie (např. ze slunce či větru), mohou mít bioplynové stanice stabilní výrobu po celý rok.

Biometan přináší i ekonomické výhody. Je levnější pohonnou hmotou a výhodnost spočívá i v tom, že se dá výrobou získat cca trojnásobek energie investované do výroby.

Z dalších výhod je dobré poznamenat jednoduchou distribuci k uživateli, lepší startování i v nízkých teplotách (při použití biometanu jako paliva), snížení závislosti na dovozu zemního plynu ze zahraničních zemí, zpracování i části komunálního odpadu, větší zaměstnanost v oblasti zemědělství atd.

Nevýhody biometanu

Nevýhodou biometanu je především nedostatečná zkušenost s jeho výrobou. Jsou zde nutné také počáteční investice, a protože nejsou dopředu známé výsledky, investorů je méně. Nákladné je i čištění a další úprava bioplynu a problém je i s legislativou, která je zatím nedostatečná a v jednotlivých zemích Evropské unie se liší.

Česká bioplynová asociace (CzBA) je sdružení, které má být národní technickou platformou v oblasti výroby využití bioplynu. Asociace byla založená roku 2007 a má více než 60 členů. Mezi ně patří vědeckovýzkumné instituce, dodavatelé a výrobci technologií na výrobu bioplynu, provozovatelé bioplynových stanic atd.

CzBA je členem Evropské bioplynové asociace, Asociace NGV, Českého plynárenského svazu, České technologické platformy pro udržitelnou chemii a České technologické platformy pro biopaliva.

CzBA se podílí na tvoření legislativních opatření, činnosti různých expertních skupin a také se účastní na mezinárodních projektech.

CzBA přináší různé služby pro zájemce o bioplyn, investory a výzkumníky. Konkrétními službami jsou provozní poradenství, vzdělávání a osvěta, sběr a hodnocení statistických dat z oboru, zpracování specializovaných analýz trhu, asistence při investičním plánování, zprostředkování přímých kontaktů na klíčové aktéry oboru a legislativní poradenství.