Jako možná alternativa se nabízí zušlechtění bioplynu na biometan s jeho následným vtláčením do distribuční sítě zemního plynu. Přímá provozní podpora pro obchodování s biometanem je v ČR ze strany státu necelistvá, nicméně to nebrání využití národního či mezinárodního obchodu s biometanem. Pro tyto účely jsou již jasně definované podmínky; použité vstupy substrátů v souladu s Annex IX/REDII, možnost mezinárodní certifikace výrobny biometanu (ISCC nebo RedCert) nebo garantované výkupní ceny biometanu ze strany obchodníků s plynem.
Zvolení technologie pro zušlechtění bioplynu na biometan (tj. odstranění nežádoucího CO2 a dalších minoritních nečistot) závisí především na kvalitě surového bioplynu. Ačkoliv existuje vícero fyzikálně-chemických procesů pro produkci biometanu, v současné době jsou investory většinou zvažovány dvě technologie pro produkci biometanu, které nevyužívají kapalná média či chemikálie: i) metoda střídání tlaků (PSA); ii) membránová separace.
Technologie PSA využívá rozdílných molekulárních vlastností jednotlivých znečišťujících složek bioplynu a afinitu pevného adsorbentu s vysokou porozitou. Celý proces probíhá v cyklu čtyř fází v paralelně provozovaných adsorpčních kolonách: 1) adsorpce pod tlakem (4-10 bar); 2) desorpce snížením tlaku v protiproudu; 3) desorpce; 4) nárůst tlaku surového plynu a produktu. Hlavním procesem PSA pro zušlechtění bioplynu na biometan je tedy adsorpce, při které dochází k odstranění nežádoucích látek z bioplynu. Adsorbent je regenerován krokem desorpce.
Technologie membránové separace odděluje plynné složky z bioplynu v důsledku rozdílné rychlosti permeace pomocí membrány. Rychlost permeace skrze membránu nejčastěji zastoupených složek bioplynu je znázorněna pomocí uvedené řady (od nejpomalejší po nejrychlejší): CH4, N2, H2S, CO2 a H2O. Z toho vyplývá, že CH4, popř. N2, zůstává v proudu retentátu, zatímco CO2, popř. H2S či H2O, prochází skrze membránu do proudu permeátu. Celý proces je řízen pomocí tlaku (10-15 bar), který vyvíjí hnací sílu pro prostup CO2 skrze membránu. Při srovnání výše uvedených technologií tak membránová separace poskytuje nízké ztráty CH4 v proudu odpadního plynu, a tedy možnost docílit jeho vysoké kvality a vysoké výtěžnosti CH4. PSA poskytuje mírně nižší energetickou náročnost procesu a zároveň dokáže zpracovávat bioplyn s vysokým podílem N2.
Přestože je uváděno, že přes 20 % zemního plynu je možné nahradit biometanem, je nezbytné brát v potaz, že při náhradě využití bioplynu v kogeneračních jednotkách či plynových kotlích za produkci biometanu dojde ke ztrátě zdroje tepelné a elektrické energie v daném provozu. Dilema, zda provozovat kogenerační jednotku nebo zušlechtit bioplyn na biometan, je vždy nutné rozhodnout na základě provedené kalkulace pro konkrétní případ zamýšleného záměru. Finální roli v rozhodovacím procesu hraje cena komodit, jako je cena elektrická energie, zemního plynu a biometanu vůči energetické bilanci daného provozu. To znamená, že posouzení zamýšleného záměru by mělo spočívat ve vytvoření interaktivního ekonomického modelu, který obsahuje energetickou bilanci provozu a z toho vyplývající spotřeby zemního plynu a elektrické energie, včetně promítnutí investičních a provozních nákladů technologie výrobny biometanu. Pro jednotlivé záměry je vhodné zvážit na samotném počátku projektu uzavření Smlouvy o smlouvě budoucí o dodávce vyrobeného biometanu, neboť sebemenší výkyv ve vývoji cen komodit může narušit rentabilitu zamýšleného záměru. Tento fakt je nyní umocněn vzhledem k fluktuujícím cenám klíčových komodit a je více než zřejmé, že provozovatelé ČOV a BPS musejí být obezřetní při realizaci výroben biometanu s maximální snahou diverzifikovat valorizaci bioplynu.
Dominik Andreides, VWS MEMSEP s. r. o.
Ondřej Beneš, Veolia Česká republika*
Časopis Odpady č.11/2022*
