Модуль 6.2
Біогаз. Альтернативні палива для транспорту
1. Вступ
Збагачений біогаз має ті ж характеристики, що і природний газ. Тому його можна вільно застосовувати в автомобілях двигун яких пристосований під природний газ. "Підвищення якості" стосовно біогазу означає його очищення. У всьому світі в 2004 році 3,8 мільйона автомобілів використали природний газ як паливо (близько 0,5% всього світового автопарку). Найбільше таких автомобілів було в Аргентині, Бразилії, Пакистані та Італії. Всі ці легкові автомобілі, автобуси та вантажівки стали яскравим доказом того, що традиційна конструкція автомобіля дозволяє застосовувати у вигляді автомобільного палива та біогазу. Завдяки простій, надійній та перевіреній технології, біогаз має всі переваги, необхідні для того, щоб стати одним з найбільш ефективних та економічно вигідних видів відновлюваного палива.
2. Характеристики
Інтерес до біогазу як альтернативного палива виник завдяки екологічно чистому процесу його спалювання та можливості отримання біогазу в місцевих умовах. Біогаз необхідно зберігати і перевозити в автомобілях у стислому або зрідженому вигляді, або як стиснутий природний газ (ЗПГ) під тиском 200-240 атмосфер, або ж у вигляді зрідженого газу (ЖПГ) під тиском зазвичай в 1,4-10 атмосфер.
Хімічний склад біогазу, одержуваного на біогазових заводах або на обладнанні, встановленому безпосередньо на звалищах, представлений метаном та діоксидом вуглецю з незначним вмістом сірководню та аміаку. У біогазі також є сліди таких елементів, як водень, азот, монооксид вуглецю. Газова суміш зазвичай насичена водяною парою, в ній також можуть бути частинки пилу.
За своїми характеристиками біогаз до певної міри можна порівняти з природним газом. Його теплотворна здатність визначається концентрацією метану. 10% Зміст метану в сухому газі відповідає приблизно 1 кВт?год /м3. Для того щоб біогаз можна було використовувати як автомобільне паливо, його необхідно очистити від усіх домішок, так як вони можуть викликати корозію, беручи в облогу на стінках обладнання, і таким чином пошкодити його. До речовин, від яких біогаз необхідно "очистити", відносяться: сірководень, вода, діоксид вуглецю, галогенні компоненти (хлориди, фториди), силоксани, ароматичні компоненти, повітряні суміші (кисень, азот).
Щоб заправити біогазом звичайний карбюраторний двигун, що працює на бензині, біогаз повинен бути очищеним і містити не менше 85% метану та 14% азоту. Це мінімальні вимоги до якості природного газу для заправки автомобілів. Також необхідно, щоб якість газу була постійною. Це необхідно, щоб запобігти підвищенню концентрації оксидів азоту - NOx. Первинне очищення біогазу передбачає видалення діоксиду вуглецю. Таким чином підвищується енергетична цінність газу.
Біогаз завжди містить сірководень, хоча його концентрація може змінюватись в залежності від "сировини". Щоб уникнути корозії автомобільних деталей, таких, як компресор, паливний бак і двигун, сірководень необхідно видалити. Сірководень легко вступає в реакцію з більшістю металів, а швидкість реакції посилюється такими факторами як концентрація сірководню, тиск, наявність води та підвищена температура. Через потенційні проблеми, спричинені наявністю сірководню, його зазвичай видаляють на ранній стадії процесу очищення біогазу.
Наведемо причини, з яких біогаз (природний газ) використовується як Альтернативне паливо для автомобілів:
- зменшення викидів CO2 в атмосферу в транспортному секторі економіки, особливо в містах;
- зменшення імпорту палива (нафта);
- зниження викидів метану (10% від світових обсягів метану, що потрапляє в атмосферу, викидається на звалищах);
- збільшення кількості робочих місць у сільськогосподарському секторі економіки;
- зменшення кількості неприємних запахів;
- вирішення низки санітарно-гігієнічних проблем.
Кількість автомобілів у світі, що заправляються природним газом (2004 рік)
| Кількість автомобілів, що заправляються природним газом | Кількість станцій для заправки автомобілів природним газом | |
| Аргентина | 1 100 000 | 1154 |
| Бразилія | 686305 | 518 |
| Пакистан | 475 000 | 500 |
| Італія | 381250 | 460 |
| Індія | 222306 | 192 |
| США | 130 000 | 1300 |
| Китай | 79600 | 300 |
| Єгипет | 51997 | 86 |
| Венесуела | 44146 | 149 |
| Україна | 45 000 | 130 |
Європейські автомобілебудівники виявляють довгостроковий інтерес до автомобілів на природному газі. Крім компанії Fiat, заводи якої першими почали випускати автомобілі на природному газі, нині практично всі автоконцерни пропонують на ринку моделі автомобілів, що заправляються газом. Більше того, сьогодні чотири європейські виробники випускають 10 різних моделей автобусів і сім моделей вантажівок, що заправляються газом. Декілька років тому двигуни для вантажівок потрібно було імпортувати зі США.
Отримання та використання біогазу в енергетичних цілях є одним із напрямків, що міцно підтримуються Євросоюзом. Виробництво біогазу в країнах ЄС постійно зростає, і 2004 року досягло 4,25 млн тонн нафтового еквівалента.
3. Виробництво
Біогаз є цінним паливом. У багатьох країнах світу його виробляють у спеціально створених для цього метантенках, при цьому сировиною для отримання біогазу є відходи тваринництва або стічні води. Метантенки бувають різних розмірів - від невеликого домашнього об'ємом 1 м3 до великих промислових установок, об'єм яких перевищує 1000 м3. Завантаження метантенка сировиною може здійснюватися постійно або партіями. Процес зброджування може тривати від кількох днів за кілька тижнів. У процесі зброджування з допомогою " активності " бактерій, які у сировину, виробляється тепло. Однак для нормального проходження процесу, тобто для підтримки температури на рівні не нижче 35°С - ідеальної для зброджування, у прохолодних кліматичних умовах потрібний додатковий підігрів. При правильній експлуатації метантенк "виробляє" 200-400 м3 біогазу із вмістом метану від 50% до 75% з кожної сухої тонни сировини.
Наразі в Європі діє понад 500 станцій, які одержують біогаз зі звалищного газу, що становить практично 40% від загального виробництва біогазу. Крім біогазових установок на звалищному газі, біогазових установок на підприємствах з очищення міських та промислових стічних вод постійно зростає кількість сільськогосподарських біогазових установок. Наприклад, у Європі 2001 року таких біогазових установок було 1500, а 2004 року їх діяло вже понад 2000. Як сировини у цих установках використовуються відходи тваринництва. Загалом понад 4000 біогазових станцій працюють сьогодні в країнах ЄС. Тим не менш, лише на деяких з них виробляють біогаз для подальшого використання його як альтернативне автомобільне паливо. Практично на всіх цих станціях одержуваний біогаз використовується для виробництва тепла та/або електроенергії.
І все ж таки потенціал використання біогазу в якості альтернативного та відновлюваного палива величезний. У густонаселених регіонах екологічний ефект, що отримується від скорочення на транспорті викидів шкідливих речовин в атмосферу за рахунок використання біогазового палива, набагато перевищує екологічні переваги, що отримуються в результаті біогазу для вироблення електроенергії. Основною перешкодою для виробництва біогазу як альтернативного транспортного палива є висока вартість очисного обладнання, що робить дрібномасштабне виробництво такого біогазу економічно недоцільним.
Очищений біогаз зазвичай доставляється на заправні станції спеціальними автоцистернами, як, наприклад, здійснюється в Стокгольмі. Біогаз також може подаватися до міста спеціальними газовими трубопроводами, як, наприклад, в іншому шведському місті Лінчепінг.
У Швейцарії транспортування біогазу здійснюється трубопроводом природного газу. Заправка автомобіля біогазом на станції заправки носить дещо віртуальний характер, тобто. водій купує природний газ. Тим не менш, постачальник газу чітко фіксує у своїй базі даних інформацію про процентний вміст біогазу в загальному обсязі поставленого газу та про кількість біогазу, використаному його заправними станціями. Саме держава здійснює жорсткий контроль над виробництвом та споживанням біогазу у Швейцарії, оскільки в цій країні біогаз не обкладається податками.
Швеція - одна з найбільш передових країн світу у сфері використання автомобілів на біогазі. У 2005 році продаж цих автомобілів зріс на 49%. Наприклад, тільки в одному місті Гетеборг понад 3000 автомобілів їздять на біогазі, а кількість заправних біогазових станцій досягла 19. Ця країна має і найбільшу у світі біогазову станцію, і перший біогазовий потяг. Потужність біогазової станції, будівництво якої заплановано в Гетеборзі, становитиме 1600 м3 біогазу на годину.
Для більш детальної інформації про виробництво біогазу див. Біомаса
4. Довкілля
За результатами тестів було встановлено, що порівняно з традиційними вантажівками, що заправляються дизельним паливом, рівень викидів монооксиду вуглецю та твердих частинок від сучасних надпотужних вантажівок, що працюють на природному газі, скорочується на 90%. Більш ніж на 50% скорочується викид оксидів азоту (NOx).
