قدرت بیوگاز به عنوان منبع انرژی تجدید پذیر در حال افزایش است

تصور کنید دنیایی را که در آن ضایعات غذایی روزانه، باقی مانده های محصولات زراعی و کود حیوانات دیگر بار محیطی نیستند، بلکه منابع انرژی سبز مداوم هستند.تولید برق با گاز زیستی این شیمی را انجام می دهد، تبدیل کردن "زباله" به " گنج"یک متر مکعب بیوگاز می تواند تقریباً 2 کیلووات ساعت برق تولید کند به این معنی که یک هضم کننده بیوگاز که 100 متر مکعب در ساعت تولید می کند می تواند بیش از 1با توجه به اینکه ایالات متحده سالانه بیش از ۷۰ میلیون تن زباله ارگانیک تولید می کند، انرژی بیوگازی پتانسیل عظیمی را در اختیار دارد.تکنولوژی ها، کاربردها و قابلیت اقتصادی این راه حل انرژی پایدار.

گاز زیستی و پتانسیل انرژی آن: از زباله های ارگانیک به انرژی پاک

در قلب تولید برق با بیوگاز استفاده موثر از بیوگاز قرار دارد.یک سوخت تجدیدپذیر که زمانی تولید می شود که باکتری ها مواد آلی را در محیط های بدون اکسیژن از طریق هضم آناروبی تجزیه کنند..

تعریف و فرآیند تولید

بیوگاز عمدتاً از متان (50-70٪) ، دی اکسید کربن (30-40٪) و گاز های ردیابی تشکیل شده است. تولید آن شامل چهار مرحله بیوشیمیایی است: هیدرولیز، اسیدوجنسیس، استوجنسیس و متانوجنسیس.این فرآیند شبیه تجزیه طبیعی در باتلاق ها است.، محل های دفن زباله و بستر دریاچه ها، با تراکم انرژی 2 گیگاجول در هر تن زباله.

مواد اولیه کلیدی و تولیدات متان

سیستم های بیوگازی از مواد اولیه مختلف بهره می برند:

• کود دام:کود گاو/خنازیر 15-25 m3 بیوگاز/تن تولید می کند؛ کود مرغ 30-100 m3/تن.
• زباله های غذایی:بسیار قابل تجزیه است، ایده آل برای هضم با مواد دیگر.
• بقایای محصولات کشاورزی:سیلاژ ذرت 200-220 m3 بیوگاز در هر تن تولید می کند.
• لجن آب فاضلاب:با وجود دسترسی گسترده در کارخانه های تصفیه، به اندازه کافی استفاده نشده است.

هضم همزمان انواع مختلف زباله باعث افزایش تولید متان می شود. مطالعات نشان می دهد هضم همبستگی 249 لیتر / کیلوگرم متان در مقابل 171 لیتر / کیلوگرم از سیستم های تک زیربنایی است.

نقش حیاتی محتوای متان

ارزش انرژی بیوگاز به طور مستقیم با غلظت متان (36 MJ / m3 متان خالص) مرتبط است. در 65٪ متان، بیوگاز ~ 23.4 MJ / m3 را ارائه می دهد. سطوح بالاتر متان باعث افزایش تولید و کارایی ژنراتور می شود..تصفیه می تواند بیوگاز را به ۹۶ تا ۹۸٪ متان (بیومیتان) ارتقا دهد که برای تزریق شبکه یا کاهش انتشار مناسب است.

از بیوگاز به برق: فن آوری های تبدیل

تجهیزات تخصصی گاز زیستی را از طریق فرآیندهای کنترل شده به برق تبدیل می کنند:

مراحل تبدیل

1. جمع آوری بیوگاز در مخازن ذخیره سازی برای خنک کردن نوسانات تولید
2. تصفیه برای حذف آلاینده های خوردنی (به عنوان مثال H2S، سیلوکسان ها)
3. احتراق در موتورهای محرک ژنراتورها
4. بازیافت گرما برای رسیدن به بهره وری 90٪ کل سیستم

تکنولوژی های موتور

• موتورهای روشن کننده با جرقه (دوره اتو):رایج ترین، بهینه سازی شده برای خواص بیوگاز
• موتورهای دیزل دو فول:نیاز به دیزل 2 درصدی برای روشن شدن
• توربین های گازی:ترجیح داده شده برای کاربردهای کم انتشار

معیارهای عملکرد

ژنراتورهای مدرن 37-43.5٪ کارایی الکتریکی را به دست می آورند. کنترل دمای بسیار مهم است. هضم کننده ها در محدوده mesophilic (35-40 ° C) یا thermophilic (49-60 ° C) به طور بهینه کار می کنند.الزامات مواد اولیه از 3.37 تا 4.7 تن در هر مگاوات، با ظرفیت جهانی تا 18 گیگاوات.

استراتژی های بهینه سازی

مدیریت دقیق گاز باعث افزایش عملکرد می شود:

الزامات کیفیت گاز

موتورها نیاز به H2S کمتر از 500 ppm دارند (نیاز سوخت خودرو <10 ppm). محتوای متان ثابت و خشکی باعث حفظ کارایی می شود.

روش های تصفیه

• پاکسازی شیمیایی:محلول های قلیایی ترکیبات گوگرد را از بین می برند
• سولفوریزه بیولوژیکی:باکتری ها H2S را به گوگرد عنصر تبدیل می کنند
• تخلیه آب:خنک کردن به ۵ تا ۷ درجه سانتیگراد ۹۰ درصد رطوبت را از بین می برد و بهره وری را ۵ درصد افزایش می دهد

مدیریت حرارتی

افزایش دمای 5 درجه سانتیگراد می تواند تولید بیوگاز را دو برابر کند. مبادلات گرما لوله های پیچیده انتقال گرما را 1.4 برابر در مقایسه با طرح های استاندارد بهبود می بخشد.

پارامترهای اصلی نظارت

• غلظت متان (٪)
• بهره وری تبدیل (kWh/m3)
• کاهش کل مواد جامد یا ناپایدار
• تقاضای اکسیژن شیمیایی

کاربردها و اقتصاد

مقیاس سیستم های بیوگاز از مزارع تا تاسیسات صنعتی:

سیستم های کوچک و بزرگ

دستگاه های هضم کننده در مقیاس مزرعه (50 تا 250 کیلو وات) برای استفاده در محل مناسب هستند، در حالی که کارخانه های صنعتی (> 1 MW) از اقتصادهای مقیاس بهره مند می شوند.

ملاحظات مالی

هزینه های سرمایه از 400 تا 1500 دلار در هر تن مرطوب پردازش شده است. دوره های بازپرداخت واقع بینانه 6 تا 9 سال را شامل می شود، تحت تأثیر:

• در دسترس بودن مواد اولیه
• نزدیکی به نقاط تزریق گاز
• جریان درآمد (فروش برق، هزینه های ورودی، کود هضم شده)

مزایای زیست محیطی و شبکه

• کاهش انتشار متان معادل حذف 800،000-11 میلیون اتومبیل در سال
• اگر زیرساخت هاي آمريکا گسترش يابد 45 هزار شغل دائم ایجاد ميکنه
• قدرت بار پایه مستقل از آب و هوا را فراهم می کند

نتیجه گیری

تولید برق با بیوگاز مدیریت زباله و تولید انرژی تجدیدپذیر را همزمان حل می کند.70 ميليون تن زباله هاي ارگانیک سالانه نمایانگر پتانسيل قابل ملاحظه ای است که هنوز مورد استفاده قرار نگرفته استسیستم های مدرن 37-43.5٪ کارایی الکتریکی را به دست می آورند (90٪ با تولید ترکیبی) ، که اثبات می کند که در صورت بهینه سازی مناسب، قابلیت فنی و اقتصادی آنها را نشان می دهد.این سیستم ها امنیت انرژی و مزایای قابل توجهی برای محیط زیست را ارائه می دهند.