Для отримання всіх переваг бігазу його треба спочатку правильно отримати в реакторі, а також очистити і осушити (для цього використовується чилер). Крім того, ефективне застосування біогазу безпосередньо залежить і від правильного зберігання. Це не така проста задача, як може здатися на перший погляд, адже біогаз є легкозаймистим, а також має свої особливості при зберіганні.
Особливості біогазу, що впливають на його зберігання
Перш ніж перейти до методів зберігання, важливо зрозуміти особливості біогазу, які впливають на вибір відповідної технології.
По-перше, він має відносно низьку щільність енергії порівняно з класичними видами палива. За нормальних умов його теплотворна здатність становить близько 5-7 кВт·год/м³, що приблизно в 1,5-2 рази нижче, ніж у природного газу. Це означає, що для зберігання еквівалентної кількості енергії буде потрібен більший об’єм резервуара.
По-друге, біогаз часто містить домішки, які можуть викликати корозію обладнання для зберігання. Особливо проблематичний сірководень, який при взаємодії з водою утворює кислоту, що роз’їдає металеві поверхні.
Читайте також як очистити біогаз від домішок
Нарешті, метан, що вважається основним енергетичним компонентом біогазу, відноситься до парникових газів, і його викиди в атмосферу вкрай небажані з екологічної точки зору. Це означає, що системи зберігання повинні бути повністю герметичними.
Низьконапірне зберігання біогазу
Найпростіший і найпоширеніший метод зберігання біогазу, особливо на невеликих установках – використання газгольдерів низького тиску.
Газгольдери з плаваючим дахом
Це резервуари з рухомим дахом, який піднімається і опускається залежно від об’єму накопиченого газу. По суті, дах «плаває» на поверхні газу, забезпечуючи герметичність зберігання і пристосовуючись до змін об’єму.
Переваги таких газгольдерів – простота конструкції та відносно низька вартість. Вони не вимагають створення високого тиску, що підвищує безпеку експлуатації. При цьому вони займають багато місця і підходять в основному для стаціонарних установок.
Об’єм типових газгольдерів з плаваючим дахом може становити від кількох кубічних метрів до кількох тисяч, що дозволяє задовольнити потреби як невеликих фермерських господарств, так і великих біогазових станцій.
Рекомендуємо прочитати з яких газів складається біогаз
Газові мішки (газгольдери мембранного типу)
Це гнучкі резервуари, виготовлені зі спеціальних газонепроникних матеріалів, таких як ПВХ, поліетилен високої щільності або спеціальні полімерні композити. Газові мішки можуть бути встановлені над біогазовими реакторами або окремо від них.
Вони ідеально підходять для невеликих і середніх біогазових установок через свою відносно низьку вартість і простоту монтажу. Об’єм таких газгольдерів зазвичай становить від 1 до 500 м³.
Тим не менш, у газових мішків є й недоліки. Вони вразливі до механічних пошкоджень і ультрафіолетового випромінювання, що негативно впливає на їхній термін служби. Для захисту від цих факторів їх часто розміщують у спеціальних навісах або оснащують захисними покриттями.
Зберігання біогазу під тиском
Для збільшення щільності енергії та зменшення об’єму зберігання біогаз може стискатися до високого тиску. Таке рішення актуальне, коли біогаз необхідно використовувати як моторне паливо або транспортувати на значні відстані.
Рекомендуємо прочитати: як можна використовувати біогаз
Компримований біогаз (КБГ)
Дана технологія передбачає стискання біогазу до тиску 200-250 бар і його зберігання в спеціальних балонах або резервуарах високого тиску. Перед стисканням він зазвичай очищається від вуглекислого газу та інших домішок, вміст метану доводиться до 95-98% (такий очищений біогаз часто називають біометаном).
Читайте також як стиснути біогаз
Балони для зберігання КБГ виготовляються з високоміцних матеріалів – сталі, алюмінієвих сплавів або композитних матеріалів. Вони повинні відповідати суворим стандартам безпеки і регулярно проходити технічні перевірки.
Зріджений біогаз (ЗБГ)
Для ще більш компактного зберігання біогаз може бути зріджений шляхом охолодження до температури близько -162°C. При цьому його об’єм зменшується приблизно в 600 разів порівняно з газоподібним станом за нормальних умов.
Зберігання ЗБГ вимагає використання спеціальних кріогенних резервуарів з хорошою теплоізоляцією. Ці резервуари повинні витримувати низькі температури і запобігати випаровуванню зрідженого газу.
Технологія зрідження біогазу вважається найбільш складною і енергоємною, тому вона доцільна тільки для великих установок, де економічно виправдані високі капітальні витрати.
Адсорбційні методи зберігання
Відносно новим підходом до зберігання біогазу вважається використання адсорбентів – матеріалів з високою пористістю, здатних зв’язувати молекули газу на своїй поверхні.
Активоване вугілля
Відомий всім матеріал має величезну внутрішню поверхню (до 1500 м²/г) і може адсорбувати значні обсяги біогазу при помірних тисках. Це дозволяє зберігати більше газу в тому ж об’ємі при меншому тиску порівняно з традиційним КБГ.
Металоорганічні каркасні структури (MOFs)
Це новий клас матеріалів з ще більш вражаючими адсорбційними властивостями, ніж у активованого вугілля. MOFs можуть бути спроєктовані з оптимальними характеристиками для адсорбції метану, що потенційно дозволяє зберігати ще більше біогазу при тих же умовах.
Адсорбційні методи зберігання знаходяться на стадії досліджень і поки не отримали широкого комерційного застосування, але вони представляють перспективний напрямок розвитку технологій зберігання біогазу.
Порівняння методів зберігання біогазу
Для більш наочного уявлення про різні методи зберігання біогазу наші експерти наводять порівняльну таблицю:
Метод зберігання | Робочий тиск | Щільність енергії | Вартість | Область застосування | Переваги | Недоліки |
Газгольдер з плаваючим дахом | Низький (кілька мбар) | Низька | Середня | Стаціонарні установки | Простота, безпека | Великий розмір, нерухомість |
Газовий мішок | Низький (кілька мбар) | Низька | Низька | Малі та середні установки | Низька вартість, легкий монтаж | Вразливість до пошкоджень, обмежений термін служби |
Компримований біогаз (КБГ) | Високий (200-250 бар) | Середня | Висока | Транспортні засоби, віддалені споживачі | Компактність, транспортабельність | Високі енерговитрати на стискання, вимоги до обладнання |
Зріджений біогаз (ЗБГ) | Середній при низькій температурі | Дуже висока | Дуже висока | Великі установки, експорт | Максимальна щільність енергії | Складність технології, високі енерговитрати |
Адсорбційне зберігання | Середній (30-50 бар) | Середня | Середня/висока | Дослідницькі проєкти | Компроміс між низьким і високим тиском | Обмежений комерційний досвід |
Практичні рекомендації щодо зберігання біогазу
Незалежно від обраного методу зберігання, ми рекомендуємо дотримуватися кількох важливих принципів:
- Перед зберіганням біогаз треба очищати від сірководню та інших корозійно-активних домішок. Це продовжить термін служби обладнання і підвищить якість газу.
- Системи зберігання повинні бути оснащені запобіжними пристроями, такими як клапани надлишкового тиску, для запобігання аварійним ситуаціям.
- Регулярний моніторинг стану обладнання і перевірка на герметичність – це обов’язкові заходи безпеки.
- При проєктуванні системи зберігання біогазу необхідно враховувати пікові навантаження і забезпечувати достатню ємність для їх покриття.
Вибір оптимального методу зберігання біогазу залежить від безлічі факторів: масштабу виробництва, планованого використання газу, доступного простору і фінансових можливостей. Для невеликих установок, таких як фермерські господарства, зазвичай достатньо простих газгольдерів низького тиску. Великі біогазові станції можуть інвестувати в більш складні системи компримування або зрідження газу, особливо якщо планується його застосування як моторного палива або постачання віддаленим споживачам.
