تکنولوژی غشا مخزن گاز زیستی با چالش های کلیدی روبرو است

تصور کنید یک "بالون" عظیم در بالای یک هاضم بیوگاز شناور است و فشار گاز داخلی را تحمل می کند در حالی که در برابر باد و باران خارجی مقاومت می کند - همه بدون نشتی. این چالش فناوری پوشش غشایی در ذخیره سازی بیوگاز را در بر می گیرد. با افزایش کشش انرژی بیوگاز، طراحی، مواد و نگهداری این پوشش های به ظاهر ساده بسیار مهم شده است.

آلمان، پیشرو در فناوری بیوگاز، تجربه عملی گسترده ای را انباشته کرده است. پوشش های غشایی معمولاً برای پیش هاضم ها، تخمیرها، هاضم های ثانویه و تأسیسات ذخیره سازی هضم استفاده می شود. این سیستم ها به عنوان واحدهای کم فشار عمل می کنند و معمولاً فشار داخلی 200-500 پاسکال (Pa) را حفظ می کنند. در موارد استثنایی، بسته به اندازه، ظرفیت ذخیره سازی و لایه ها، فشار ممکن است به 1000 Pa برسد. در مقایسه با فشار اتمسفر سطح دریا (101325 Pa)، این تنها 0.2٪ - 0.5٪ از بار را نشان می دهد. برای جلوگیری از شعله ور شدن بیش از حد بیوگاز، سیستم های ذخیره سازی غشای خارجی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

پوشش های غشایی عملکرد بهتری از مواد سفت و سخت سنتی مانند فولاد، بتن مسلح یا فایبرگلاس دارند با:

• ساخت و ساز سبک
• ظرفیت ذخیره سازی قابل تنظیم
• هزینه های تولید کمتر
• نصب سریعتر

انعطاف پذیری آنها اجازه می دهد تا با سطوح مختلف پر شدن سازگار شوند. مواد متداول عبارتند از پلیمرهای مقاوم در برابر اسید/قلیا. دو نوع ساختاری اصلی غالب است:

1. سیستم های نقطه بالا پیش تنیده مکانیکی
2. سیستم های فشار داخلی (پنوماتیک).

در طی سه دهه، این طرح‌ها پوشش‌های سفت و سخت را به عنوان انتخاب اصلی جایگزین کرده‌اند.

پوشش های غشایی اولیه از طراحی و نصب ابتدایی رنج می بردند و دانش تخصصی نداشتند. فیلم‌های اولیه و پارچه‌های روکش‌شده - که از چادرها یا برزنت‌های کامیون استفاده می‌شوند - برای کاربردهای بیوگاز که دوام، طول عمر و هوابندی را می‌طلبند ناکافی نشان دادند. محاسبات ساده اغلب منجر به نقص می شد.

برای رسیدگی به ایمنی، آلمان استانداردهای غشای بیوگاز را در سال 2016 معرفی کرد که شامل تخصص غشای معماری بود. اصول کلیدی عبارتند از:

• غشاها فقط تنش کششی را تحمل می کنند. فشار یا برش باعث چروک شدن و شکست باربری می شود
• اشکال هندسی باید تنش های کششی مخالف را از طریق پیش تنیدگی یا فشار داخلی متعادل کنند
• انحنای دو محوره (سطوح منحنی دوگانه) مقاومت بهینه در برابر باد را فراهم می کند و از جمع شدن آب جلوگیری می کند

مواد سازگار با بیوگاز محدود هستند. گزینه های رایج عبارتند از:

• فیلم ها:PE-LD مقاوم در برابر اسید (ضخامت 0.2-0.8 میلی متر) یا EPDM (2 میلی متر)
• پارچه های روکش شده:پلی استر با روکش PVC، اگرچه عملکرد به طور قابل توجهی متفاوت است

طرح های چند لایه (2 تا 3 غشا مستقل) دوام را بهبود می بخشد اما تشخیص نشت را پیچیده می کند - مسائلی که اغلب فقط پس از جداسازی قابل مشاهده هستند.

تحقیقات با استفاده از یک مخزن آزمایشی با قطر 15 متر رفتارهای حیاتی را نشان داد:

• اندازه‌گیری‌های لیزری تغییر هندسه غشا را تحت تغییرات فشار نشان داد
• اینرسی سیستم باعث تاخیر در پاسخ های فشار در طول شبیه سازی تولید گاز می شود
• خطرات فشار منفی در حین استخراج گاز رخ می دهد و به طور بالقوه ساختارهای پشتیبانی را بیش از حد تحت فشار قرار می دهد

نظارت در سطح پر از یکی از موارد زیر استفاده می کند:

1. وینچ های کابلی با تسمه های وزن دار روی غشای گاز
2. فشارسنج هیدرواستاتیک (گاز H متر)

هر دو به فشار داخلی کافی برای جلوگیری از چروک شدن غشاء در نقاط اندازه گیری نیاز دارند.

رفتار مواد تحت شرایط بیوگاز یک تمرکز مهم است:

• رسوب گوگرد و pH شدید غشاها را تخریب می کند
• ازدیاد طول دائمی پس از چرخه های بارگذاری اولیه رخ می دهد
• توزیع تنش نابرابر بین جهت تار / پود

در سیستم های تحت فشار، فعل و انفعالات پیچیده بین حجم گاز، فشار و هندسه غشاء نیاز به بهینه سازی مداوم برای جلوگیری از خرابی زودرس دارد.