Odnawialny gaz ziemny - Renewable natural gas

Odnawialny gaz ziemny (RNG) , znany również jako zrównoważony gaz ziemny (SNG) lub biometan , to biogaz, który został ulepszony do jakości podobnej do kopalnego gazu ziemnego i ma stężenie metanu 90% lub więcej. Dzięki podniesieniu jakości biogazu metanowego do jakości gazu ziemnego, możliwe staje się rozprowadzanie gazu do klientów za pośrednictwem istniejącej sieci gazowej w ramach istniejących urządzeń. Odnawialny gaz ziemny jest podzbiorem syntetycznego gazu ziemnego lub zastępczego gazu ziemnego (SNG).

Istnieje wiele sposobów metanizacji dwutlenku/ tlenku węgla i wodoru, w tym biometanacja , proces sabatiera i nowy proces elektrochemiczny zapoczątkowany w Stanach Zjednoczonych, który obecnie przechodzi próby.

Zalety

Odnawialny gaz ziemny może być wytwarzany i dystrybuowany za pośrednictwem istniejącej sieci gazowej , co czyni go atrakcyjnym sposobem zaopatrywania istniejących obiektów w odnawialne ciepło i odnawialną energię gazową, nie wymagając przy tym dodatkowych nakładów kapitałowych ze strony klienta. Istniejąca sieć gazowa umożliwia również dystrybucję energii gazowej na duże odległości przy minimalnym koszcie energetycznym. Istniejące sieci umożliwiłyby pozyskiwanie biogazu z odległych rynków bogatych w tanią biomasę (na przykład w Rosji lub Skandynawii). Odnawialny gaz ziemny można również przekształcić w skroplony gaz ziemny (LNG) do bezpośredniego wykorzystania jako paliwo w sektorze transportu.

UK National Grid uważa, że co najmniej 15% całej zużywanej gazu mogą być wykonane z materii, takich jak ścieki , odpady żywnościowe , takie jak jedzenie wyrzucane przez supermarketów i restauracji oraz odpadów organicznych stworzonych przez firmy takie jak browary. W Stanach Zjednoczonych analiza przeprowadzona w 2011 r. przez Instytut Technologii Gazu wykazała, że ​​odnawialny gaz z biomasy odpadowej, w tym odpadów rolniczych, ma potencjał, aby dodać do 2,5 biliarda Btu rocznie, co wystarczy, aby zaspokoić zapotrzebowanie na gaz ziemny 50% amerykańskich domów. .

W połączeniu z technologią power-to-gas , w której dwutlenek węgla i frakcja tlenku węgla z biogazu są przekształcane w metan za pomocą elektrolizowanego wodoru , potencjał odnawialnego gazu surowego biogazu jest w przybliżeniu podwojony.

Produkcja

W procesie produkcyjnym można uzyskać wydajność biomasy do RNG na poziomie 70%. Koszty są minimalizowane poprzez maksymalizację skali produkcji oraz lokalizację zakładu fermentacji beztlenowej obok połączeń transportowych (np. portu lub rzeki) dla wybranego źródła biomasy. Istniejąca infrastruktura magazynowania gazu pozwoliłaby zakładowi na kontynuowanie produkcji gazu z pełnym wykorzystaniem nawet w okresach słabego popytu, pomagając zminimalizować koszty kapitału produkcyjnego na jednostkę wyprodukowanego gazu.

Gaz odnawialny można wytwarzać w trzech głównych procesach:

  • Fermentacja beztlenowa materiału organicznego (zwykle wilgotnego), inaczej znana jako biometanacja
  • Produkcja poprzez reakcję Sabatiera . W reakcji Sabatiera gaz z produkcji pierwotnej musi zostać wzbogacony o etap wtórny w celu wytworzenia gazu nadającego się do wtłaczania do sieci gazowej.
  • Zgazowanie termiczne materiału organicznego (zwykle suchego)

Rozwój handlowy

BioSNG

Göteborg Energi otworzył pierwszą demonstracyjną instalację do produkcji bio-SNG na dużą skalę poprzez zgazowanie odpadów leśnych w Göteborgu w Szwecji w ramach projektu GoBiGas . Zakład był w stanie wyprodukować 20 megawatów bioSNG z około 30 MW biomasy, dążąc do osiągnięcia sprawności konwersji na poziomie 65%. Od grudnia 2014 roku instalacja bioSNG była w pełni sprawna i dostarczała gaz do szwedzkiej sieci gazu ziemnego, spełniając wymagania jakościowe o zawartości metanu powyżej 95%. W kwietniu 2018 roku zakład został trwale zamknięty z powodu problemów ekonomicznych. Göteborg Energi zainwestował w fabrykę 175 mln euro, a intensywne przez rok próby sprzedaży zakładu nowym inwestorom nie powiodły się.

Można zauważyć, że zakład odniósł sukces techniczny i działał zgodnie z przeznaczeniem. Jednak cena gazu ziemnego jest bardzo niska, biorąc pod uwagę warunki rynkowe na całym świecie. Oczekuje się, że elektrownia pojawi się ponownie około 2030 r., kiedy warunki ekonomiczne mogą być korzystniejsze, z możliwością wyższej ceny węgla.

SNG cieszy się szczególnym zainteresowaniem w krajach o rozbudowanych sieciach dystrybucji gazu ziemnego. Główne zalety SNG obejmują kompatybilność z istniejącą infrastrukturą gazu ziemnego, wyższą wydajność niż w przypadku produkcji paliw Fisher-Tropsch oraz mniejszą skalę produkcji niż inne systemy produkcji biopaliw drugiej generacji. Centrum Badań Energetycznych Holandii przeprowadziło szeroko zakrojone badania nad wielkoskalową produkcją SNG z biomasy drzewnej, w oparciu o import surowców z zagranicy.

Instalacje odnawialnego gazu ziemnego oparte na drewnie można podzielić na dwie główne kategorie, z których jedna to alotermiczna, która ma energię dostarczaną ze źródła poza generatorem gazu. Jednym z przykładów są dwukomorowe gazyfikatory ze złożem fluidalnym składające się z oddzielnych komór spalania i zgazowania. Systemy autotermiczne wytwarzają ciepło w generatorze gazu, ale wymagają użycia czystego tlenu, aby uniknąć rozcieńczenia azotu.

W Wielkiej Brytanii NNFCC ustaliło, że każda brytyjska instalacja bioSNG zbudowana do 2020 r. z dużym prawdopodobieństwem będzie wykorzystywać „czyste surowce drzewne” oraz że istnieje kilka regionów o dobrej dostępności tego źródła.

Ulepszony biogaz

W Wielkiej Brytanii wykorzystanie fermentacji beztlenowej rośnie jako sposób produkcji odnawialnego biogazu , a w całym kraju wybudowano prawie 90 zakładów wtłaczania biometanu. Ecotricity ogłosiło plany dostarczania zielonego gazu konsumentom w Wielkiej Brytanii za pośrednictwem sieci krajowej. Centrica zapowiedziała również, że rozpocznie wtłaczanie do sieci gazowej wytwarzanego ze ścieków gazu. W Kanadzie FortisBC, dostawca gazu w Kolumbii Brytyjskiej, wtłacza odnawialny gaz ziemny do swojego istniejącego systemu dystrybucji gazu.

Zrównoważony syntetyczny gaz ziemny

Zrównoważony SNG jest wytwarzany przez kogazyfikację żużla w wysokiej temperaturze z tlenem pod ciśnieniem 70 do 75 barów biomasy lub pozostałości odpadów. Zaletą szerokiej gamy surowców jest to, że można wytwarzać znacznie większe ilości odnawialnego SNG w porównaniu z biogazem, przy mniejszych ograniczeniach łańcucha dostaw. Szeroka gama paliw o całkowitej zawartości węgla biogennego od 50 do 55% jest technicznie i finansowo opłacalna. Wodór jest dodawany do mieszanki paliwowej podczas procesu zgazowania, a dwutlenek węgla jest usuwany przez wychwytywanie z etapów oczyszczania gazu syntezowego „strumienia ślizgowego” gazu czyszczącego i katalitycznej metanizacji.

Zrównoważona SNG na dużą skalę umożliwi równoległą dekarbonizację brytyjskich sieci gazowych i elektrycznych u źródła, przy jednoczesnym utrzymaniu istniejących operacyjnych i ekonomicznych relacji między sieciami gazowymi i elektrycznymi. Wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla można dodać przy niewielkim dodatkowym koszcie, tym samym osiągając stopniową dekarbonizację istniejących sieci gazowych i elektrycznych przy niskim koszcie i ryzyku operacyjnym. Badania kosztów i korzyści wskazują, że SNG na dużą skalę o zrównoważonej zawartości węgla biogenicznego o 50% zawartości węgla może być wstrzykiwane do sieci przesyłowej gazu pod wysokim ciśnieniem przy koszcie około 65 pensów/term. Przy tym koszcie możliwe jest ponowne przetworzenie kopalnego gazu ziemnego, wykorzystywanego jako wkład energetyczny w procesie zgazowania, na 5 do 10 razy większą ilość zrównoważonego SNG. Zrównoważony rozwój SNG na dużą skalę, w połączeniu z ciągłą produkcją gazu ziemnego z brytyjskiego szelfu kontynentalnego i gazu niekonwencjonalnego , potencjalnie umożliwi oddzielenie kosztów energii elektrycznej szczytowej w Wielkiej Brytanii od międzynarodowych kontraktów na dostawy gazu denominowanych przez ropę naftową typu „bierz lub płać”.

Aplikacje:

W zakresie ochrony środowiska

Biogaz tworzy podobne zanieczyszczenia środowiska jak zwykłe paliwo na gaz ziemny, takie jak tlenek węgla, dwutlenek siarki , tlenek azotu , siarkowodór i cząstki stałe . Każdy niespalony gaz, który wydostaje się na zewnątrz, zawiera metan, długowieczny gaz cieplarniany . Kluczową różnicą w stosunku do kopalnego gazu ziemnego jest to, że jest on często uważany za częściowo lub całkowicie neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla , ponieważ dwutlenek węgla zawarty w biomasie jest naturalnie odnawiany w każdym pokoleniu roślin, a nie jest uwalniany z magazynów paliw kopalnych i zwiększa ilość dwutlenku węgla w atmosferze .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki