Valorizace bioplynu – kombinovaná výroba tepelné a elektrické energie, nebo biometan?

Řada provozovatelů komunálních čistíren odpadních vod (ČOV), popřípadě bioplynových stanic (BPS), zvažuje změny ve stávajících technologiích valorizace bioplynu. Vlastní ekonomický motiv je bezesporu omezení provozní podpory pro kogenerační jednotky na 15 let od uvedení do provozu tak, jak bylo stanoveno v rámci notifikace podpory obnovitelných zdrojů energie od Evropské komise.

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*

Napsat komentář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

deník / newsletter

Odesláním souhlasíte se zpracováním osobních údajů za účelem zasílání obchodních sdělení.
Copyright © 2023 Profi Press s.r.o.
crossmenuchevron-down