Образование биогаза, называемое анаэробным сбраживанием, происходит как в природе, так и в специально созданных технических установках. Он проходит множество этапов очистки, в том числе и через чиллер. А что такое биогаз на молекулярном уровне? В данной статье будет рассказано, из каких газов он состоит и почему это вообще полезно знать.
Основной состав биогаза
Биогаз – это не чистый газ, а смесь различных газообразных веществ. Его состав может варьироваться в зависимости от исходного сырья и условий получения, но основными компонентами всегда будут метан и углекислый газ.
Метан (CH₄) составляет большую часть биогаза – от 50% до 75% объема. Именно он считается тем компонентом, который делает биогаз ценным энергетическим ресурсом. Метан – это бесцветный газ без запаха, легче воздуха, с высокой теплотворной способностью. При сгорании одного кубического метра выделяется около 36 МДж энергии, соответственно, это эффективное топливо.
Углекислый газ (CO₂) – второй по объему компонент биогаза, его содержание колеблется от 25% до 45%. Хотя углекислый газ не горит и не участвует в выработке энергии, он имеет важное значение в процессе анаэробного сбраживания, поддерживая необходимую среду для жизнедеятельности метанобразующих бактерий.
Читайте также что такое биогаз и как его получают
Микрокомпоненты биогаза
Кроме основных газов, в составе биогаза в небольших количествах присутствуют и другие компоненты. Хотя их содержание невелико, эти вещества могут оказывать существенное влияние на свойства биогаза и особенности его использования.
Водород (H₂) присутствует в биогазе в количестве от 0% до 1%. Он образуется на начальных стадиях анаэробного разложения, когда некоторые виды бактерий разлагают органические вещества с выделением водорода. Большая часть этого водорода затем потребляется другими микроорганизмами и превращается в метан, но небольшое количество остается в конечном продукте.
Сероводород (H₂S) – один из самых проблемных компонентов биогаза. Его содержание может достигать 3000 ppm (0,3%). Сероводород имеет характерный запах тухлых яиц, токсичен и вызывает коррозию металлических частей оборудования. Для большинства промышленных применений биогаз необходимо очищать от сероводорода.
Азот (N₂) и кислород (O₂) попадают в биогаз в основном из-за несовершенства процесса сбора газа и могут составлять от 0% до 2% объема. Их присутствие нежелательно, так как они снижают энергетическую ценность биогаза и могут нарушать процесс анаэробного сбраживания.
Аммиак (NH₃) образуется при разложении белковых соединений и обычно присутствует в количестве до 100 ppm (0,01%). Как и сероводород, аммиак вызывает коррозию и должен удаляться перед использованием биогаза в чувствительном оборудовании.
Следы других газов, включая монооксид углерода (CO) и различные летучие органические соединения, также могут присутствовать в биогазе в зависимости от исходного материала и условий процесса.
Сравнительный состав биогаза из разных источников
В таблице ниже представлен типичный состав биогаза, получаемого из разных органических материалов:
Компонент | Биогаз из навоза КРС | Биогаз из пищевых отходов | Биогаз из осадка сточных вод | Биогаз со свалок |
Метан (CH₄) | 55-60% | 60-70% | 60-65% | 45-55% |
Углекислый газ (CO₂) | 35-40% | 30-35% | 30-35% | 30-40% |
Азот (N₂) | 0-2% | 0-1% | 0-1% | 5-15% |
Кислород (O₂) | 0-1% | 0-1% | 0-1% | 1-3% |
Сероводород (H₂S) | 500-3000 ppm | 1000-4000 ppm | 1000-4000 ppm | 50-300 ppm |
Аммиак (NH₃) | 50-100 ppm | 50-100 ppm | 50-100 ppm | 5-25 ppm |
Водород (H₂) | 0-1% | 0-1% | 0-1% | 0-0.2% |
Влага | Насыщен | Насыщен | Насыщен | Насыщен |
Как видно из таблицы, биогаз из пищевых отходов обычно содержит больше метана, из-за чего он более энергоэффективен. Биогаз со свалок, наоборот, содержит меньше метана и больше азота, что снижает его энергетическую ценность.
Очистка и обогащение биогаза
Чтобы применять биогаз в промышленности, его нужно подвергнуть определенной обработке. Очистка обычно включает удаление воды, сероводорода и других примесей. Более глубокая обработка, известная как обогащение биогаза, предполагает удаление углекислого газа для повышения концентрации метана.
Обогащенный биогаз, в котором содержание метана доведено до 95-98%, называется биометаном. По своим свойствам биометан практически идентичен природному газу и может закачиваться в существующие газовые сети или использоваться в качестве топлива для транспорта.
Для удаления сероводорода используются различные методы, включая абсорбцию на оксидах железа, промывку растворами щелочей или применение биологических методов очистки. Удаление углекислого газа обычно осуществляется методами водной промывки, адсорбции при переменном давлении или использованием мембранных технологий.
Рекомендуем прочитать как очистить биогаз от примесей
Экологические аспекты состава биогаза
Биогаз часто рассматривается как экологически чистое топливо, и для этого есть серьезные основания. При его сжигании в атмосферу выделяется значительно меньше вредных веществ, чем при использовании ископаемого топлива. Кроме того, улавливание биогаза предотвращает выброс метана в атмосферу, что важно с точки зрения борьбы с глобальным потеплением, так как метан – это парниковый газ, влияние которого на изменение климата в 25 раз сильнее, чем у углекислого газа.
Тем не менее, при сжигании неочищенного биогаза возможно образование оксидов серы и азота, которые считаются загрязнителями атмосферы. Поэтому для минимизации негативного воздействия на окружающую среду важно применять правильные технологии очистки и сжигания.
Так что такое биогаз
Биогаз – это сложная газовая смесь, основными компонентами которой считаются метан и углекислый газ. Его состав может значительно варьироваться в зависимости от исходного сырья и условий получения. Несмотря на наличие примесей, которые могут создавать определенные технические трудности, биогаз – это все равно ценный возобновляемый источник энергии.
Понимание состава биогаза помогает правильно выбирать способы его очистки и использования. С развитием технологий обогащения и получения биометана, открываются новые возможности для интеграции биогаза в существующую энергетическую инфраструктуру и его более широкого применения в различных отраслях экономики.
