Biogaz to naturalne paliwo gazowe zawierające 50-70% metanu, produkowane w procesie beztlenowej fermentacji pozostałości organicznych. Biometan jest wynikiem jego oczyszczania w procesie upgradingu: jest to gaz zawierający 94% metanu, porównywalny z kopalnym gazem ziemnym i możliwy do bezpośredniego wtłaczania do sieci dystrybucyjnej. Są to dwa odnawialne zasoby o wspólnym pochodzeniu biologicznym, które różnią się jednak składem, zastosowaniem i potencjałem wykorzystania.

Czym jest biogaz?

Biogaz powstaje, gdy wyspecjalizowane bakterie rozkładają materię organiczną w warunkach beztlenowych. Proces ten zachodzi w zamkniętych zbiornikach zwanych fermentorami, w temperaturze około 35 °C. Proces przebiega w trzech etapach: najpierw bakterie rozkładają substancję organiczną na mniejsze cząsteczki, następnie fermentacja kwasowa prowadzi do powstania kwasów i CO₂, a na końcu bakterie archeony przekształcają ten CO₂ w metan.

Co można umieścić w fermentorze? Praktycznie każdy rodzaj odpadów organicznych:

Gnojowica i odchody zwierzęce

Odpady przemysłu spożywczego (serwatka mleczna, wytłoki winogronowe, odpady owocowe itp.)

Słoma, resztki pożniwne i inne pozostałości rolnicze

Frakcja mokra odpadów komunalnych (FORSU)

Osady ściekowe

Oprócz biogazu fermentor produkuje również poferment: materiał bogaty w azot, który działa jako naturalny nawóz, zastępując nawozy chemiczne.

Otrzymany biogaz zazwyczaj trafia do instalacji kogeneracyjnej. Tam silnik spalinowy spala go i jednocześnie produkuje energię elektryczną oraz ciepło. Jest to energia odnawialna wytwarzana z odpadów.

Czym jest biometan i czym się różni?

Biometan to gaz pochodzący z biogazu, który został poddany procesowi oczyszczania zwanemu upgradingiem. W wyniku tego procesu CO₂ oraz zanieczyszczenia zostają oddzielone od metanu, tworząc czyste paliwo, którego wykorzystanie pozwala znacząco ograniczyć emisję CO₂.

Podstawowa różnica w porównaniu z gazem ziemnym dotyczy pochodzenia: metan kopalny powstawał przez miliony lat pod powierzchnią ziemi i jest zasobem wyczerpywalnym; biometan jest produkowany z biomasy odpadowej (odpadów biogenicznych lub pozostałości), która rosła, pochłaniając CO₂ obecny w atmosferze dzięki energii słonecznej i fotosyntezie, dlatego jest energią odnawialną.

Biometan jest również uznawany za neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla (carbon neutral): jego wykorzystanie nie powoduje dodatnich emisji netto CO₂ do atmosfery, dzięki czemu jest znacznie bardziej zrównoważony niż gaz kopalny. Ponadto proces produkcji przyczynia się do zwrotu substancji organicznej do gleby.

Główne zastosowania obejmują:

• Wprowadzanie do sieci gazowej, z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury przesyłu i dystrybucji

• Transport (Bio-CNG), jako paliwo dla pojazdów zasilanych gazem ziemnym

• Transport ciężki (Bio-LNG): z 600 litrów gazowego biometanu można uzyskać jeden litr Bio-LNG, idealny do transportu dalekobieżnego dzięki zasięgowi niemal dwukrotnie większemu niż w przypadku sprężonej formy gazowej

• Produkcję energii w instalacjach kogeneracyjnych oraz sieciach ciepłowniczych. Biometan jest łatwiejszy w transporcie i może być przekształcany w pobliżu odbiorców, ułatwiając odzysk energii cieplnej.

Różnice w skrócie

Wybór pomiędzy obydwoma rozwiązaniami zależy od kontekstu operacyjnego. Instalacja kogeneracyjna na biogaz jest wskazana, gdy przedsiębiorstwo potrzebuje energii elektrycznej i cieplnej na miejscu. Produkcja biometanu jest optymalnym rozwiązaniem dla tych, którzy chcą wykorzystać wartość odnawialnego gazu poprzez jego wtłaczanie do sieci lub sprzedaż jako biopaliwa.

Obie opcje wzajemnie się nie wykluczają: konfiguracje hybrydowe, w których część biogazu zasila system kogeneracji ECOMAX®, a pozostała część jest kierowana do procesu uzdatniania z wykorzystaniem BIOCH4NGE®, pozwalają zmaksymalizować elastyczność oraz efektywność ekonomiczną.

Proces upgradingu: od biogazu do biometanu

Na rynku dostępne są różne technologie upgradingu, oparte na odmiennych zasadach chemiczno-fizycznych separacji gazów. System membranowy jest najbardziej rozpowszechnioną i najczęściej stosowaną technologią na świecie: membrany polimerowe o selektywnej przepuszczalności oddzielają CH₄ od CO₂, zapewniając optymalne oczyszczanie bez użycia substancji chemicznych.

Proces składa się z trzech etapów:

• Filtracja biogazu: usuwanie wody i zanieczyszczeń, sprężanie oraz chłodzenie

• Oczyszczanie: filtracja za pomocą złóż węgla aktywnego w konfiguracji „Lead-Lag”, zapewniająca ciągłość działania

• Upgrading: separacja metanu od CO₂, z produkcją biometanu pod ciśnieniem od 7 do 15 barów, optymalnym do wtłaczania do sieci

Zalety tej technologii obejmują prostotę obsługi, wysoką wydajność przy niskim zużyciu energii, skalowalność oraz elastyczność, w tym możliwość pracy przy częściowym obciążeniu w przypadku przyszłej rozbudowy.

W ramach uzupełnienia ekosystemu możliwe jest zintegrowanie rozwiązań do skraplania biometanu w Bio-LNG poprzez proces kriogeniczny oraz odzysku biogennego CO₂ poprzez destylację kriogeniczną, która pozwala uzyskać ciekły bio-CO₂ o czystości powyżej 99,9%, odpowiedni dla przemysłu spożywczego i chemicznego.

Zalety biogazu i biometanu

Gospodarka o obiegu zamkniętym. Biogaz i biometan przekształcają odpady hodowlane, rolno-spożywcze i komunalne w energię odnawialną. Poferment może być wykorzystywany zamiast nawozów chemicznych, zmniejszając koszty produkcji rolnej i zwiększając zdolność gleby do magazynowania węgla.

Niezależność energetyczna. Lokalna produkcja biometanu zmniejsza zależność od importu zagranicznego, różnicuje miks energetyczny i zapewnia bardziej konkurencyjne ceny. Instalacje produkcyjne, przy odpowiednim wsparciu legislacyjnym, mogłyby do 2030 roku przyczynić się do pokrycia 10% całkowitego zużycia gazu w Unii Europejskiej.