Η ενεργειακή αξιοποίηση του Βιοαερίου (Α’)
5 Ιουνίου 2013
Τραίνο βιοαερίου στη Σουηδία (Πηγή: commons.wikimedia.org)
Τα απορρίμματα μόνο άχρηστα δεν είναι. Με την κατάλληλη διαχείριση και την επεξεργασία τους μπορούν να αποτελέσουν πρώτη ύλη για την παραγωγή καυσίμου (επί της ουσίας φυσικού αερίου) του οποίου οι οικολογικοί δείκτες είναι σαφώς καλύτεροι από αυτούς των υγρών καυσίμων (πετρελαίου και βενζίνης).
Γράφει ο Χρήστος Ζαφείρης, ΜSc Υπεύθυνος Δέσμης Έργων Βιοαερίου Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ), Τμήμα ΒιομάζαςΤο βιοαέριο παράγεται από την αναερόβια χώνευση κτηνοτροφικών κυρίως υποπροϊόντων, όπως είναι τα λύματα των χοιροστασίων, πτηνοτροφείων, βουστασίων καθώς και άλλων αγροτοβιομηχανικών μονάδων (σφαγεία, τυροκομεία, ελαιουργεία, οινοποιεία, ιχθυοτροφεία κ.α.) λύματα των βιολογικών καθαρισμών, από ενεργειακά φυτά (καλαμπόκι, σόργο) καθώς και από την αποσύνθεση του οργανικού κλάσματος απορριμμάτων (Διάγραμμα 1).
Διάγραμμα 1: Mονάδα παραγωγής βιοαερίου (Πηγή: RAMBOLL)
Το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (CH4) 55-70% και διοξείδιο του άνθρακα (CO2) 30-45%. Επίσης περιέχει ελάχιστες ποσότητες άλλων αερίων, όπως άζωτο, υδρογόνο, αμμωνία και υδρόθειο, η δε θερμογόνος δύναμή του κυμαίνεται από 20 έως 25 MJ/m3.
Το βιοαέριο μπορεί να τροφοδοτήσει μηχανές εσωτερικής καύσης, (ΜΕΚ), καυστήρες αερίου ή αεριοστρόβιλους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας.
Το βιοαέριο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο μεταφορών, μετά την διαδικασία του καθαρισμού, δηλαδή την απομάκρυνση των σωματιδίων H2S, NH3, H2O και την αναβάθμισή του, δηλαδή την απομάκρυνση CO2 και προσθήκη προπανίου (Διάγραμμα 2).
Διάγραμμα 2: Χρήσεις βιοαερίου (Πηγή: X. Ζαφείρης/ΚΑΠΕ)
Χρήση του βιοαερίου ως καύσιμο μεταφορών απαντάται στη Σουηδία, Ελβετία, Γαλλία και Γερμανία ενώ στη Σουηδία και στη Γερμανία, το βιοαέριο διοχετεύεται και στο δίκτυο του φυσικού αερίου.
Oι τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα για την αναβάθμιση του βιοαερίου είναι κυρίως οι εξής: απορρόφηση νερού, Pressure Swing Absorption (PSA), χημική απορρόφηση, απορρόφηση με διαλύτη διμεθυλαιθέρων πολυαιθυλενικής γλυκόλης (Selexol) (Εικόνα 1) και διαχωρισμός με μεμβράνες. Σε στάδιο ανάπτυξης βρίσκεται η κρυογονική διαδικασία που λαμβάνει χώρα σε συνθήκες πίεσης 80 bar και ψύξης -162οC. Στις συνθήκες αυτές το CO2 συμπυκνώνεται σε υγρή μορφή σε χαμηλότερη πίεση και υψηλότερη θερμοκρασία από ότι το CH4 και έτσι μπορεί να διαχωριστεί.
Εικόνα 1: Μονάδες αναβάθμισης βιοαερίου στη Σουηδία (Πηγή: Owe Jonsson, Swedish Gas Center)
Το Βιοαέριο Ευρωπαϊκή Ένωση
Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, λειτουργούν 9.243 μονάδες βιοαερίου (με στοιχεία του 2010). Οι δύο χώρες που εμφανίζουν τη μεγαλύτερη παραγωγή βιοαερίου στην Ευρώπη είναι η Γερμανία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Η συνολική παραγωγή βιοαερίου ανήλθε σε 4 εκ. ΤΙΠ το 2004, 4,9 εκ. ΤΙΠ το 2005, 5,35 εκ. ΤΙΠ το 2006, 6,0 εκ. ΤΙΠ το 2007, 7,5 εκ ΤΙΠ το 2008, 8,3 εκ. ΤΙΠ το 2009, και 8,7 εκ. ΤΙΠ το 2010.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση της Σουηδίας. Σύμφωνα με στοιχεία του Swedish Gas Center, το 2010 λειτουργούσαν 233 μονάδες, με συνολική παραγωγή βιοαερίου 1,3 TWh/y (TWh ανά έτος).
Από τις ανωτέρω μονάδες 139 είναι βιολογικοί καθαρισμοί, 70 XYTA, 13 κεντρικές μονάδες συνδυασμένης χώνευσης, με συνολική παραγωγή βιοαερίου 0,56 TWh/y, 0.46 TWh/y και 0,16 TWh/y αντιστοίχως. Επίσης υπάρχουν 48 μονάδες αναβάθμισης βιοαερίου, 169 σταθμοί διανομής βιοαερίου, από τους οποίους 122 είναι δημόσιοι, 18 σταθμοί διανομής βιοαερίου ειδικά για λεωφορεία (slow filling bus) καθώς και 32.000 οχήματα που κινούνται με μεθάνιο, εκ των οποίων τα 30.100 είναι επιβατικά, 500 φορτηγά και 1.400 λεωφορεία. Είναι επίσης αξιοσημείωτο ότι στη Σουηδία κινείται τρένο με βιοαέριο ως καύσιμο, το οποίο προέρχεται από λύματα αγελάδων.
Το σύνολο των πωλήσεων αερίου στη Σουηδία το 2010 εκτιμήθηκε σε 92.000 kNm3, εκ των οποίων το 65,3% (60.000 kNm3) αφορά βιομεθάνιο, και το υπόλοιπο αφορά το φυσικό αέριο. Το βιομεθάνιο που πωλείται στα πρατήρια καυσίμων στην Σουηδία ακολουθεί τις προδιαγραφές Swedish standard, SS 155438, που αναπτύχθηκαν από το STG Technical Group number 85, και διακρίνεται σε ‘βιομεθάνιο τύπου Α’ για οχήματα που δεν διαθέτουν αισθητήρα λ και ‘βιομαθάνιο τύπου Β’ για οχήματα που διαθέτουν αισθητήρα (Πίνακας 1).
Πίνακας 1
Χαρακτηριστικά Βιοαέριου κίνησης στην Σουηδία, βάση προδιαγραφών SS 155438
Μονάδες Βιοαέριο Α Βιοαέριο Β Μέθοδος Δείκτης Wobbe MJ/m3 44,7-46,4 43,9-47-3 SS-ISO 6976 CH4 (273K, 101,3kPa) % 97 ±1 97±2 ISO 6974 H20 mg/m3 32 32 SS-EN ISO 10101-1 CO2 +O2+N2 % 4 5 ISO 6974 Ολικό S mg/m3 23 23 ISO 6326-1-2-4 NH3 mg/m3 20 20 ISO 6974 Σημείο Δρόσου t = μέση ελάχιστη μηνιαία οC t-5 t-5 ISO 6327 Πηγή: NSCA – SGCΤα οχήματα που κινούνται με βιοαέριο στη Σουηδία έχουν δυνατότητα ελεύθερης στάθμευσης σε πολλές πόλεις, απαλλάσσονται των τελών κυκλοφορίας και των διοδίων στην πόλη της Στοκχόλμης, ακόμη έχουν ετήσια φοροαπαλλαγή € 450 αν είναι επαγγελματικά οχήματα, ενώ τα ταξί κινούνται σε ειδικές λωρίδες. Επίσης παρέχεται μείωση έως 40% φόρου σε εταιρείες που χρησιμοποιούν οχήματα που κινούνται με βιοαέριο. Τέλος δεν υπάρχει φορολογία στο βιοαέριο παρά μόνο ΦΠΑ.
Εικόνες 2 & 3: Σταθμός ανεφοδιασμού λεωφορείων με Βιοαέριο και επιβατικό όχημα Βιοαερίου στη Σουηδία. (Πηγή: SGC, Margareta Persson)
Tα τελευταία χρόνια οι τάσεις ανάπτυξης του βιοαερίου κινούνται προς την κατεύθυνση δημιουργίας κεντρικών μονάδων συνδυασμένης χώνευσης αποβλήτων στη Δανία, την ανάπτυξη μονάδων μικρής κλίμακας αγροτο–κτηνοτροφικών στην Γερμανία και τη χρήση του βιοαερίου ως καυσίμου για μεταφορές ή την διοχέτευση στο δίκτυο του φυσικού αερίου στην Σουηδία, Ελβετία, Γερμανία και Αυστρία. Επίσης στην Δανία δίνεται έμφαση στο διαχωρισμό του χωνεμένου υπολείμματος χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές, όπως διαχωρισμό, ιζηματογένεση, υπερ-διήθηση, αντίστροφη όσμωση, stripper, για την παραγωγή:
α) 6% στερεού λιπάσματος, με αναλογία θρεπτικών συστατικών 17%Ν- 40%P- 20%K,
β) 20% υγρού λιπάσματος, με αναλογία θρεπτικών συστατικών 83%Ν- 60%P- 80%K, και 74% νερού άρδευσης – τα ποσοστά εξαρτώνται από την πρώτη ύλη.
