System Biogazu

Gdy kraje, kultury i gospodarki dążą do odejścia od paliw kopalnych na rzecz źródeł energii o mniejszym wpływie na atmosferę, mają do wyboru szereg opcji. Panele słoneczne, turbiny wiatrowe, elektrownie wodne i jednostki geotermalne punktują różnorodne krajobrazy, odzwierciedlając zmianę w myśleniu o sposobie wytwarzania energii. Jednak inne naturalnie występujące zjawisko zajmuje centralne miejsce wśród aktorów energii odnawialnej — biogaz. Powstający w wyniku beztlenowego rozkładu substancji organicznych, biogaz okazuje się niezawodnym zamiennikiem paliw kopalnych. Uznając ten rozwój, naukowcy kontynuują prace nad systematyzacją jego produkcji.

Skąd pochodzi biogaz?

Biogaz może pochodzić ze ścieków i kanalizacji; obornika bydlęcego i świńskiego; odpadów spożywczych i śmieci; martwych konarów drzew i martwych zwierząt leśnych; oraz wielu innych materiałów organicznych. Kluczowe jest, aby ta materia rozkładała się w całkowitym odcięciu od dopływu tlenu. W ten sposób biogaz powstaje konsekwentnie w naturalnych warunkach: na przykład pod stosem opadłych liści lub w stosie skoszonej trawy, albo na bagnach lub w rogu stodoły. Niezależnie od tego, czy powstaje spontanicznie, czy w sposób celowy, biogaz składa się głównie, choć nie wyłącznie, z metanu (CH4) i dwutlenku węgla (CO2). Metan jest kluczowy dla jego potencjału energetycznego. Dodatkowo, biogaz zawiera niewielkie ilości wody, azotu, siarkowodoru i innych lotnych związków organicznych. W rzeczywistości, surowy biogaz ma bardzo podobny skład chemiczny do gazu ziemnego wydobywanego ze złóż mineralnych — ale bez emisji gazów cieplarnianych. Chociaż te mniejsze składniki stanowią znikomą część całej zawartości, mogą one szkodzić zdrowiu publicznemu, zbiornikom, rurociągom i ogólnej efektywności biogazu. Natura nie jest w stanie ich usunąć, ale ludzie mogą.

Od obornika do energii odnawialnej

Używając obornika świńskiego jako modelowego materiału organicznego — czasami nazywanego substratem lub surowcem — pierwszym krokiem jest dostarczenie do fermentora beztlenowego, czyli reaktora biogazowego, odpowiedniej ilości obornika, aby uzyskać potrzebną ilość biogazu. Obornik od świń jest idealny, ponieważ jest przechowywany w postaci gnojowicy, co zapobiega infiltracji tlenu. Dodatek wody pomaga również rozcieńczyć zawartość amoniaku; amoniak może hamować produkcję metanu. Podgrzanie obornika (do 35 stopni Celsjusza lub więcej) może również przyspieszyć proces fermentacji. Surowiec trafia do fermentora przez wlot. W samym zbiorniku fermentacyjnym mieszadło zaczyna obracać się, aby równomierniej rozprowadzić mikroorganizmy w całym substracie. Naukowcy z Pennsylvania State University konkludują, że substrat z obornika świńskiego wymaga siedmiu do dziesięciu dni retencji w fermentorze, aby umożliwić maksymalną produkcję biogazu. Po zakończeniu fermentacji biogaz jest zbierany do dalszej obróbki. Substrat — obecnie nazywany pofermentem lub ściekami — może służyć jako wysoce pożywny nawóz, ściółka dla zwierząt lub składnik produktów przetworzonych.

Oczyszczanie gazu

Usuwanie toksycznych i korozyjnych związków chemicznych z biogazu ma wiele wariantów. W systemie biogazowym na farmie strumień gazu przepuszcza się przez opiłki żelaza lub wełnę stalową. W innych obiektach, np. w oczyszczalniach ścieków, można zastosować bardziej zaawansowane membrany. Alternatywnie, strumień gazu może przepływać przez roztwór aminowy, który pochłania obce związki, lub być adsorbowany przez chemicznie obrobione ciało stałe, takie jak węgiel aktywny. Rodzaj i zakres oczyszczania zależą od przeznaczenia biogazu. Biometan, przeznaczony do paliwa dla pojazdów, wymaga najbardziej wyczerpującego uszlachetnienia.