Утворення біогазу, що називається анаеробним зброджуванням, відбувається як у природі, так і в спеціально створених технічних установках. Він проходить безліч етапів очищення, у тому числі і через чилер. А що таке біогаз на молекулярному рівні? У цій статті буде розказано, з яких газів він складається і чому це взагалі корисно знати.
Основний склад біогазу
Біогаз – це не чистий газ, а суміш різних газоподібних речовин. Його склад може варіюватися залежно від вихідної сировини і умов отримання, але основними компонентами завжди будуть метан і вуглекислий газ.
Метан (CH₄) складає більшу частину біогазу – від 50% до 75% об’єму. Саме він вважається тим компонентом, який робить біогаз цінним енергетичним ресурсом. Метан – це безбарвний газ без запаху, легший за повітря, з високою теплотворною здатністю. При згорянні одного кубічного метра виділяється близько 36 МДж енергії, відповідно, це ефективне паливо.
Вуглекислий газ (CO₂) – другий за обсягом компонент біогазу, його вміст коливається від 25% до 45%. Хоча вуглекислий газ не горить і не бере участь у виробленні енергії, він має важливе значення в процесі анаеробного зброджування, підтримуючи необхідне середовище для життєдіяльності метаноутворюючих бактерій.
Читайте також що таке біогаз і як його отримують
Мікрокомпоненти біогазу
Крім основних газів, у складі біогазу в невеликих кількостях присутні й інші компоненти. Хоча їхній вміст незначний, ці речовини можуть мати суттєвий вплив на властивості біогазу та особливості його використання.
Водень (H₂) присутній у біогазі в кількості від 0% до 1%. Він утворюється на початкових стадіях анаеробного розкладання, коли деякі види бактерій розкладають органічні речовини з виділенням водню. Більша частина цього водню потім споживається іншими мікроорганізмами і перетворюється на метан, але невелика кількість залишається в кінцевому продукті.
Сірководень (H₂S) – один із найпроблемніших компонентів біогазу. Його вміст може досягати 3000 ppm (0,3%). Сірководень має характерний запах тухлих яєць, токсичний і викликає корозію металевих частин обладнання. Для більшості промислових застосувань біогаз необхідно очищати від сірководню.
Азот (N₂) і кисень (O₂) потрапляють у біогаз здебільшого через недосконалість процесу збору газу і можуть складати від 0% до 2% об’єму. Їхня присутність небажана, оскільки вони знижують енергетичну цінність біогазу і можуть порушувати процес анаеробного зброджування.
Аміак (NH₃) утворюється при розкладанні білкових сполук і зазвичай присутній у кількості до 100 ppm (0,01%). Як і сірководень, аміак викликає корозію і повинен видалятися перед використанням біогазу в чутливому обладнанні.
Сліди інших газів, включаючи монооксид вуглецю (CO) і різні летючі органічні сполуки, також можуть бути присутніми в біогазі залежно від вихідного матеріалу та умов процесу.
Порівняльний склад біогазу з різних джерел
У таблиці нижче представлений типовий склад біогазу, що отримується з різних органічних матеріалів:
Компонент | Біогаз із гною ВРХ | Біогаз із харчових відходів | Біогаз з осаду стічних вод | Біогаз зі звалищ |
Метан (CH₄) | 55-60% | 60-70% | 60-65% | 45-55% |
Вуглекислий газ (CO₂) | 35-40% | 30-35% | 30-35% | 30-40% |
Азот (N₂) | 0-2% | 0-1% | 0-1% | 5-15% |
Кисень (O₂) | 0-1% | 0-1% | 0-1% | 1-3% |
Сірководень (H₂S) | 500-3000 ppm | 1000-4000 ppm | 1000-4000 ppm | 50-300 ppm |
Аміак (NH₃) | 50-100 ppm | 50-100 ppm | 50-100 ppm | 5-25 ppm |
Водень (H₂) | 0-1% | 0-1% | 0-1% | 0-0.2% |
Вологість | Насичений | Насичений | Насичений | Насичений |
Як видно з таблиці, біогаз із харчових відходів зазвичай містить більше метану, через що він більш енергоефективний. Біогаз зі звалищ, навпаки, містить менше метану і більше азоту, що знижує його енергетичну цінність.
Очищення та збагачення біогазу
Щоб застосовувати біогаз у промисловості, його потрібно піддати певній обробці. Очищення зазвичай включає видалення води, сірководню та інших домішок. Більш глибока обробка, відома як збагачення біогазу, передбачає видалення вуглекислого газу для підвищення концентрації метану.
Збагачений біогаз, у якому вміст метану доведено до 95-98%, називається біометаном. За своїми властивостями біометан практично ідентичний природному газу і може закачуватися в існуючі газові мережі або використовуватися як паливо для транспорту.
Для видалення сірководню використовуються різні методи, включаючи абсорбцію на оксидах заліза, промивання розчинами лугів або застосування біологічних методів очищення. Видалення вуглекислого газу зазвичай здійснюється методами водного промивання, адсорбції при змінному тиску або використанням мембранних технологій.
Рекомендуємо прочитати як очистити біогаз від домішок
Екологічні аспекти складу біогазу
Біогаз часто розглядається як екологічно чисте паливо, і для цього є серйозні підстави. При його спалюванні в атмосферу виділяється значно менше шкідливих речовин, ніж при використанні викопного палива. Крім того, уловлювання біогазу запобігає викиду метану в атмосферу, що важливо з точки зору боротьби з глобальним потеплінням, оскільки метан – це парниковий газ, вплив якого на зміну клімату в 25 разів сильніший, ніж у вуглекислого газу.
Тим не менш, при спалюванні неочищеного біогазу можливе утворення оксидів сірки й азоту, які вважаються забруднювачами атмосфери. Тому для мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище важливо застосовувати правильні технології очищення та спалювання.
Так що таке біогаз
Біогаз – це складна газова суміш, основними компонентами якої вважаються метан і вуглекислий газ. Його склад може значно варіюватися залежно від вихідної сировини та умов отримання. Незважаючи на наявність домішок, які можуть створювати певні технічні труднощі, біогаз – це все одно цінне відновлюване джерело енергії.
Розуміння складу біогазу допомагає правильно вибирати способи його очищення та використання. З розвитком технологій збагачення та отримання біометану, відкриваються нові можливості для інтеграції біогазу в існуючу енергетичну інфраструктуру та його більш широкого застосування в різних галузях економіки.
