바이오가스 발전은 재생 에너지 원으로 인기를 얻고 있다

매일 음식물 쓰레기, 버려지는 작물 잔해, 가축 똥이 더 이상 환경의 부담이 아닌 지속적인 친환경 에너지의 원천이 되는 세상을 상상해보세요.바이오가스 발전은 이 화학을 수행합니다."쓰레기"를 "보물"으로 바꾸고" 1m3의 바이오가스는 대략 2kW / h의 전기를 생산할 수 있습니다. 즉, 시간당 100m3의 바이오가스 소화기가 1m3 이상의 전기를 생산할 수 있습니다.매년 7천 5백만 킬로와트 시간. 미국은 매년 7천만 톤 이상의 유기 폐기물을 생산하고 있어, 바이오가스 전기는 엄청난 untapped 잠재력을 가지고 있습니다. 이 기사는 원리를 살펴보고,기술이 지속가능한 에너지 솔루션의 응용 및 경제적 타당성.

바이오 가스 와 에너지 잠재력: 유기 폐기물 에서 청정 에너지 로

바이오가스 발전의 핵심은 바이오가스의 효율적인 이용입니다.산소 없는 환경에서 박테리아가 아에로브 소화를 통해 유기물을 분해함으로써 생성되는 재생 가능한 연료.

정의 및 생산 과정

바이오가스는 주로 메탄 (50-70%), 이산화탄소 (30-40%) 및 미량가스로 구성되어 있습니다. 생화학 생산에는 수분분해, 산성분화, 아세토겐세스 및 메탄생태의 네 단계가 포함됩니다.이 과정 은 습지 의 자연적 인 부패 를 반영 한다쓰레기 매립지 및 호수 바닥, 에너지 밀도는 1톤당 ~ 2기가주입니다.

주요 원료 및 메탄 생산량

바이오가스 시스템은 다양한 원료로 번성합니다.

• 가축용 비료:가축/돼지 비료는 15-25m3 바이오가스/톤을 생산하고, 조류 비료는 30-100m3톤을 생산한다.
• 음식물 폐기물:매우 분해 가능하고 다른 물질과 함께 소화하기에 이상적입니다.
• 농산물 잔류:옥수수 시라지는 200-220 m3의 바이오가스를 생산합니다.
• 폐수 슬라드:처리 시설에서 널리 사용되고 있음에도 불구하고 사용량이 부족합니다.

여러 종류의 폐기물을 함께 소화하면 메탄 생산이 증가합니다. 연구 결과에 따르면 시너지성 소화는 단일 기판 시스템에서 171 L/kg에 비해 249 L/kg의 메탄을 생산합니다.

메탄 함유량 의 결정적 인 역할

바이오 가스 에너지 가치는 메탄 농도 (36 MJ/m3 순수한 메탄) 와 직접 관련이 있습니다. 65%의 메탄에서 바이오 가스 공급량은 ~23.4 MJ/m3입니다. 더 높은 메탄 수치는 발전기 출력 및 효율성을 증가시킵니다..정화로 바이오가스는 96~98%의 메탄 (바이오메탄) 으로 업그레이드 될 수 있으며, 그라이트 주입이나 배출량 감축에 적합합니다.

바이오가스로부터 전기: 변환 기술

전문 장비는 제어 된 과정을 통해 바이오 가스를 전기로 변환합니다.

전환 단계

1. 생산 변동을 완화하기 위해 저장 탱크에서 바이오 가스 수집
2. 식식성 오염물질 (예를 들어, H2S, 실록산) 을 제거하기 위한 정화
3. 발전기를 구동하는 엔진의 연소
4. 전체 시스템 효율의 90%를 달성하기 위해 열 회수

엔진 기술

• 스파크 발화 (오토 사이클) 엔진:가장 흔한, 바이오 가스 특성에 최적화
• 이중연료 디젤 엔진:발동에 2%의 파일럿 디젤이 필요합니다.
• 가스 터빈:저 배출량 애플리케이션에 선호됩니다.

성능 측정

현대 발전기는 37~43.5%의 전기 효율을 달성합니다. 온도 조절은 중요합니다. 소화기는 메소필 (35~40°C) 또는 온도필 (49~60°C) 범위에서 최적의 작동을합니다.원자재 요구 사항은 31 MW당 0.37~4.7 톤, 전 세계 생산량은 ~18 GW에 달한다.

최적화 전략

정밀한 가스 관리로 성능이 향상됩니다.

가스 품질 요구 사항

엔진은 500ppm 이하의 H2S를 필요로 합니다. 일관된 메탄 함량과 건조도는 효율성을 유지합니다.

정화 방법

• 화학 세척:알칼리 용액 은 황 화합물 을 제거 한다
• 생물학적 탈황화:박테리아는 H2S를 초소황으로 변환한다
• 탈습:5-7°C까지 냉각하면 90%의 습기가 제거되고 효율이 5% 증가합니다.

열 관리

5°C의 온도 상승으로 바이오가스 생산량은 두 배로 증가할 수 있습니다. 휘어진 튜브 열 교환기는 표준 설계에 비해 열 전달을 1.4배 향상시킵니다.

주요 모니터링 매개 변수

• 메탄 농도 (%)
• 변환 효율 (kWh/m3)
• 전체/휘발성 고체 감소
• 화학 산소 수요

응용 및 경제

바이오가스 시스템은 농장에서 산업 시설까지 확장됩니다.

작은 시스템 대 큰 시스템

농장용 소화기 (50-250 kW) 는 현장 사용에 적합하며, 산업 공장 (> 1 MW) 은 규모의 경제에서 이익을 얻습니다. 소규모 시스템 (10-100 kW) 은 낮은 원료 운송 비용으로 지속 가능합니다.

재정적 고려

자본 비용은 처리 된 습기 톤당 400~1,500 달러 정도입니다. 현실적인 상환 기간은 6~9 년으로 걸쳐 있습니다.

• 원자재 사용 가능성
• 가스 주입점 근처
• 수입 흐름 (전력 판매, 팁 수수료, 소화성 비료)

환경 및 전력망 이점

• 연간 800,000~1100만 대의 자동차를 제거하는 것과 동등한 메탄 배출량을 줄입니다.
• 미국 인프라가 확장되면 45,000개의 영구적인 일자리를 창출합니다.
• 날씨에 관계없이 기본 부하 전력을 공급합니다.

결론

바이오가스 발전은 폐기물 관리와 재생 에너지 생산을 동시에 해결합니다. 1 m3의 바이오가스가 ~ 2 kWh의 전기를 생산하면 미국연간 7천만 톤의 유기 폐기물은현대 시스템은 37~43.5%의 전기 효율을 달성합니다 (동력 발전과 함께 90%), 적절하게 최적화되면 기술 및 경제적 타당성을 증명합니다.이러한 시스템은 에너지 보안과 상당한 환경 이점을 제공합니다.