Energie obsažená v bioplynu ve formě metanu, zejména její tepelná složka, zatím není všude plně využívána a naráží na omezení lokálními podmínkami a obtížnostmi distribuce. Transformace bioplynu na biometan je známá a v praxi rozšířená metoda, založená na fyzikálně-chemických nebo chemických principech odstranění oxidu uhličitého z bioplynu. Nové technologie transformace jsou naopak založeny na konverzi oxidu uhličitého v bioplynu na metan.
Stručný výtah z článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 6/2016
Nové technologie transformace bioplynu na biometan konverzí oxidu uhličitého v bioplynu na metan může být realizována buď přídavkem plynného vodíku do anaerobní fermentace, nebo přímo dodávkou elektronů v bioelektrochemických systémech.
Existují i možnosti, jak kombinovat anaerobní fermentaci se zplyňováním nebo pyrolýzou, což rozšiřuje využití zbylé organické hmoty stabilizovaných kalů, digestátu a jiné biomasy, např. dřevní, kterou nelze fermentovat přímo.
Elektrická energie se nedá skladovat, proto se hledají možnosti využití nebo akumulace vyráběné energie převyšující její spotřebu. Přebytečnou elektrickou energii je možno konzervovat ve formě vodíku (H2) vyrobeného elektrolýzou vody (power-to-gas system).
Přímé energetické využití vodíku je ekologicky čisté, ale zatím drahé, jeho skladování je náročné a nemá zavedený transportní systém. Jeho konverze na metan je realizovatelná chemicky, ale za náročných technických podmínek vysokých tlaků a teploty a použití katalyzátorů.
Zde se nabízí alternativa využití biologické aktivity anaerobního fermentoru, protože je možné tento elektrolytický vodík zkombinovat s CO2 z bioplynu nebo jiných zdrojů a pomocí anaerobních bakterií zvyšovat podíl CH4 až na požadovaných 90 i více procent. Proces zušlechtění bioplynu na biometan pomocí přídavku vodíku může být realizován jednak zaváděním vodíku přímo do anaerobního fermentoru, nebo lze využít externí bioreaktor s obohacenou kulturou hydrogenotrofních methanogenů.
Pro transformaci CO2 na CH4 může být bioelektrochemický systém (BES) také použit místo separace nebo odstraňování CO2. Reaktor s mikrobiálním elektrolýzním článkem představuje přímou integraci bioelektrochemických systémů do fermentoru. Propojením mikrobiálního elektrolytického článku s anaerobní fermentací v jednokomorovém reaktoru je možno dosáhnout koncentrace metanu 98 % a výtěžnosti metanu až 2,3krát vyšší ve srovnání s klasickým procesem.
Plyn ze zplyňování nebo pyrolýzy biomasy – syngas – má jiné složení než bioplyn a nositeli energie jsou tam hlavně H2 a CO s CO2 jako doprovodnou složkou. Syngas lze využívat přímým spalováním nebo v kogeneraci a teplo využívat na sušení vstupních materiálů nebo vyhřátí pyrolýzního reaktoru, ale pro úplné využití energetického potenciálu, podobně jako u bioplynu, nejsou vždy příznivé podmínky. Nevýhody a nároky existující chemické konverze lze eliminovat využitím biologické konverze syngasu na metan v anaerobním fermentoru. Složky syngasu přinášející redukční ekvivalenty (H2, CO) jsou využity při biologické konverzi CO2 ze syngasu i CO2 z bioplynu na další CH4.Takto obohacený bioplyn již může být dále upravován na biometan se všemi výhodami využití distribuční soustavy zemního plynu.
Technologie zplyňování a pyrolýzy jsou aplikovány u organických materiálů nebo odpadů, jejichž složky jsou málo nebo velice obtížně biologicky rozložitelné. V bioplynové stanici může teplo produkované z kogenerace pokrýt spotřebu na sušení digestátu, který může být dál podroben pyrolýze a syngas převést na biomethan nebo obohacený bioplyn a společně využít v rozšířené kogeneraci. Pevná složka – biochar – obsahuje hlavně uhlík a má vlastnosti absorbentu a je také možné ji přidávat do procesu anaerobní fermentace a zvyšovat koncentraci metanu v bioplynu.*
Jana Zábranská, Dana Pokorná, Michal Dohányos a Josef Kutil, Ústav technologie vody a prostředí, Vysoká škola chemicko-technologická Praha
Obrázky:
V zařízení Energiepark Mainz se elektrolýzou vyrábí „zelený“ vodík z produkce větrných elektráren. Foto archiv/Energiepark Mainz
Možnosti biologického zušlechtění bioplynu na biometan s přídavkem vodíku. Zdroj: Angelidaki I., G. Luo, and P. Kougias (2015)
Schéma technologie Power-to-Gas. Zdroj: www.electrochaea.com
Součástí ČOV Avedøre v Dánsku je objekt BioCat s technologií Electrochaea – biologického zušlechtění bioplynu na biometan. Zdroj: www.electrochaea.com
