Жаңарулы табиғи газ: Биометанның өндірісі мен мүмкіндіктері
Renewable natural gas
Жаңаруланған табиғи газ (RNG) – биогазды тазарту арқылы алынады, құрамында 90% метан болады. Ғаздан тасымалдау желілері арқылы жеткізіледі, көліктерде қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жаңартылатын табиғи газ (ЖЖГ), сондай-ақ биометан деп те аталады, бұл табиғи газға ұқсас сапаға дейін жақсартылған және 90% немесе одан жоғары метан концентрациясы бар биогаз. Биогаздан көмірқышқыл газ (CO2) және басқа да қоспаларды жойып, метан концентрациясын табиғи газ деңгейіне дейін көтеру арқылы ЖЖГ-ны қолданыстағы газ құбырлары арқылы таратуға болады. ЖЖГ қолданыстағы құрылғыларда, соның ішінде табиғи газбен жұмыс істейтін қозғалтқыштармен жабдықталған көліктерде (табиғи газбен жүретін көліктер) пайдаланылуы мүмкін. Биометан өндіру үшін биогазды жинаудың ең көп таралған тәсілі – анаэробтық ыдырау процесі. Көмірқышқыл газ/монооксид пен сутекті метандандырудың бірнеше тәсілдері бар, олардың ішінде биометандандыру, Сабатье процесі және АҚШ-та жасалған, қазіргі уақытта сынақтан өтіп жатқан жаңа электрохимиялық процесс бар.
Renewable natural gas (RNG), also known as biomethane, is a biogas which has been upgraded to a quality similar to fossil natural gas and has a methane concentration of 90% or greater. By removing CO2 and other impurities from biogas, and increasing the concentration of methane to a level similar to fossil natural gas, it becomes possible to distribute RNG via existing gas pipeline infrastructure. RNG can be used in existing appliances, including vehicles with natural gas burning engines (natural gas vehicles). The most common way of collecting biogas with which to produce biomethane is through the process of anaerobic digestion. Multiple ways of methanizing carbon dioxide/monoxide and hydrogen also exist, including biomethanation, the Sabatier process and a new electrochemical process pioneered in the United States currently undergoing trials.
Өсу перспективалары
Жаңартылатын табиғи газды қолданыстағы газ желісі арқылы өндіруге және таратуға болады, бұл оны қолданыстағы үй-жайларды жаңартылатын жылумен және жаңартылатын газ энергиясымен жабдықтаудың тиімді тәсілі етеді. Жаңартылатын табиғи газды сұйытылған табиғи газға (СЖГ) немесе көлік секторында отын ретінде тікелей пайдалану үшін сығылған табиғи газға (СЖГ) айналдыруға болады. АҚШ-та RNG-ның нақты жеткізу көлемін болжаулар әртүрлі. Газ технологиясы институтының 2011 жылы жүргізген талдауы бойынша, ауыл шаруашылығы қалдықтарын қоса алғанда, қалдық биомассадан алынатын жаңартылатын газ жылына 2,5 квадриллион Бт-қа дейін қосылуы мүмкін, бұл американдық үйлердің 50% табиғи газға деген қажеттілігін қанағаттандыруға жеткілікті. Қоршаған ортаны және энергияны зерттеу институты жаңартылатын табиғи газ АҚШ-та қолданылатын барлық табиғи газдың 10% -ын алмастыра алады деп есептеді, ал Ұлттық таза су агенттіктері қауымдастығы мен Су ортасы федерациясының зерттеуі қалдық судан алынған биомассаның мөлшері Американың ұлттық электр энергиясына деген сұранысының 12% -ын қанағаттандыру үшін жеткілікті биогазға айналуы мүмкін екенін анықтады. Соңғы кезде Америка газ қоры тапсырған және ICF 2019 жылы жүргізген зерттеуде 2030 жылға қарай АҚШ-та құбыр желісіне беру үшін жылына 1,6–3,78 триллион куб фунт RNG өндірілуі мүмкін деп болжанды. Ұлыбританияның Ұлттық желісі тұтынылатын газдың шамамен 18%-ы ағынды су, супермаркеттер мен мейрамханалар тастаған тамақ қалдықтары және сыра зауыттары сияқты кәсіпорындардан шыққан органикалық қалдықтар сияқты материалдардан жасалуы мүмкін деп санайды. Электр энергиясын газға айналдыру технологиясымен бірге қолданғанда, биогаздың көмірқышқыл газы мен көміртек оксидінің фракциясы электролизделген сутегін пайдалану арқылы метанға айналады, бұл шикі биогаздың жаңартылатын газ әлеуетін шамамен екі есеге арттырады.
Renewable natural gas can be produced and distributed via the existing gas grid, making it an attractive means of supplying existing premises with renewable heat and renewable gas energy. Renewable natural gas can also be converted into liquefied natural gas (LNG) or compressed natural gas (CNG) for direct use as fuel in transport sector. In the United States, projections of the ultimate supply potential for RNG vary. An analysis conducted in 2011 by the Gas Technology Institute determined that renewable gas from waste biomass including agricultural waste has the potential to add up to 2.5 quadrillion Btu annually, being enough to meet the natural gas needs of 50% of American homes. The Environmental and Energy Study Institute estimated that renewable natural gas could replace up to 10% of all natural gas used in the United States, and a study by the National Association of Clean Water Agencies and the Water Environment Federation found that the quantity of biosolids removed from wastewater could be turned into enough biogas to potentially meet up to 12% of America's national electricity demand. More recently, a study commissioned by the American Gas Foundation and executed by ICF in 2019 projected that between 1.6 3.78 trillion cubic feet of RNG could be produced annually for pipeline injection in the U. S. by 2030. The UK's National Grid believes that an estimated 18% of all gas consumed could be made from matter such as sewage, food waste such as food thrown away by supermarkets and restaurants and organic waste created by businesses such as breweries. In combination with power to gas, whereby the carbon dioxide and carbon monoxide fraction of biogas are converted to methane using electrolyzed hydrogen, the renewable gas potential of raw biogas is approximately doubled.
Қоқыс тастау газы
Солтүстік Америкада RNG-нің көп бөлігі тарихи тұрғыдан қатық коммуналдық қалдықтар (MSW) секторында дамыды. Алғашқы коммерциялық RNG нысаны 1982 жылы Нью-Йорк қаласының жанындағы Фреш-Киллс полигонында іске қосылды. 2023 жылғы мәліметтер бойынша, Солтүстік Америкада 300-ден астам RNG нысаны жұмыс істеп тұр, және АҚШ сауда тобы RNG Coalition мәлімдегендей, олардың 70%-дан астамы МТҚ және полигон салаларынан түседі.
In North America, most RNG development has historically occurred in the municipal solid waste (MSW) sector. The first commercial RNG facility was launched at the Fresh Kills landfill near New York City in 1982. As of 2023, more than 300 RNG facilities are currently operational in North America, with more than 70% of supplies drawn from the MSW and landfill sectors, according to the U. S. trade group RNG Coalition.
Ағаштан алынған биогаз
Göteborg Energi компаниясы GoBiGas жобасы аясында Швецияның Гетеборг қаласында орман қалдықтарын газдандыру арқылы биосинтетикалық табиғи газды (SNG) ірі көлемде өндіруге арналған алғашқы демонстрациялық зауытын ашты. Зауыт 30 МВт биомассадан 20 мегаватт биоSNG өндіре алады, бұл 65% конверсия тиімділігіне қол жеткізуді мақсат етеді. 2014 жылдың желтоқсанынан бастап биоSNG зауыты толыққанды жұмыс істеді және 95%-дан астам метан құрамымен швед табиғи газ желісіне газ жеткізді, сапа талаптарын қанағаттандырды. 2018 жылдың сәуірінде экономикалық қиындықтарға байланысты зауыт тұрақты түрде жабылды. Göteborg Energi зауытқа 175 миллион евро инвестициялады, бірақ бір жыл бойы жаңа инвесторларға сатуға жасаған тыракелдер сәтсіз аяқталды. Зауыттың техникалық тұрғыдан сәтті болғанын және жоспарланғандай жұмыс істегенін атап өткен жөн. Дегенмен, сол кездегі табиғи газ бағаларына байланысты экономикалық тұрғыдан тиімді болмады. Экономикалық жағдайлар жақсарғанда, көміртегі бағасының өсуімен 2030 жылға қарай зауыт қайта іске қосылуы күтілуде. SNG, кең таралған табиғи газ тарату желілері бар елдер үшін ерекше қызығушылық тудырады. SNG-дің басты артықшылықтары – бұл қолданыстағы табиғи газ инфрақұрылымымен үйлесімділік, Fisher Tropsch отын өндірісінен жоғары тиімділік және басқа екінші буын биоотын өндіру жүйелерімен салыстырғанда кішірек өндіріс көлемі. Нидерландының Энергия зерттеу орталығы шетелден шикізат импорттау негізінде ағаш биомассасынан ірі көлемде SNG өндіру бойынша кең ауқымды зерттеулер жүргізді. Ағаш негізіндегі жаңартылатын табиғи газ қондырғыларын екі негізгі санатқа бөлуге болады: біріншісі – аллотермиялық, онда энергия газдандырғыштан тыс көзден беріледі. Мысалы, екі камералы ағынды төсек газдандырғыштары жеке жану және газдандыру камераларынан тұрады. Автотермиялық жүйелер газдандырғышта жылуды өндіреді, бірақ азоттың араласуын болдырмау үшін таза оттекті пайдалануды талап етеді. Ұлыбританияда NNFCC 2020 жылға дейін салынған кез келген британдық биоSNG зауыты "таза ағаш шикізатын" пайдалануы мүмкін екенін және осы шикізаттың жеткілікті мөлшерде болуымен бірнеше аймақтар бар екенін анықтады.
Göteborg Energi opened the first demonstration plant for large scale production of bio synthetic natural gas (SNG) through gasification of forest residues in Gothenburg, Sweden within the GoBiGas project. The plant had the capacity to produce 20 megawatts worth of bioSNG from about 30 MW worth of biomass, aiming at a conversion efficiency of 65%. From December 2014 the bioSNG plant was fully operational and supplied gas to the Swedish natural gas grid, reaching the quality demands with a methane content of over 95%. The plant was permanently closed due to economic problems in April 2018. Göteborg Energi had invested 175 million euro in the plant and intensive attempts for a year to sell the plant to new investors had failed. It can be noted that the plant was a technical success, and performed as intended. However, it was not economically viable, given the prices of natural gas at the time. It is expected the plant is to re emerge around 2030 when economic conditions may be more favorable, with the possibility of a higher carbon price. SNG is of particular interest in countries with extensive natural gas distribution networks. Core advantages of SNG include compatibility with existing natural gas infrastructure, higher efficiency that Fisher Tropsch fuels production and smaller production scale than other second generation biofuel production systems. The Energy Research Centre of the Netherlands has conducted extensive research on large scale SNG production from woody biomass, based on the importation of feedstocks from abroad. Renewable natural gas plants based on wood can be categorized into two main categories, one being allothermal, which has the energy provided by a source outside of the gasifier. One example is the double chambered fluidized bed gasifiers consisting of a separate combustion and gasification chambers. Autothermal systems generate the heat within the gasifier, but require the use of pure oxygen to avoid nitrogen dilution. In the UK, NNFCC found that any UK bioSNG plant built by 2020 would be highly likely to use "clean woody feedstocks" and that there are several regions with good availability of that source.
Аймақтар бойынша РНҚ дамуы
Ұлыбританияда анаэробтық қорыту арқылы биогаз өндірудің үрдісі кеңейіп келеді, бүкіл ел бойынша 90-ға жуық биометан енгізу орындары салынды. Ecotricity компаниясы ұлттық желі арқылы Ұлыбритания тұтынушыларына жасыл газ жеткізу жоспарларын жариялады. Centrica да канализациядан өндірілген газды газ желісіне енгізуді бастайтынын хабарлады. Канадада Британдық Колумбияда газ қызметін көрсететін FortisBC компаниясы, жаңартылатын түрде өндірілген табиғи газды қолданыстағы газ тарату жүйесіне енгізеді. Азық-түлік қалдықтарын қайырымдылыққа беру арқылы да азайтатын Divert компаниясы, Канаданың құбыр желісі операторы Enbridge-ден алған 1 миллиард долларлық инвестицияны Солтүстік Американың ірі нарықтарын қамту үшін қолданыстағы азық-түлік қалдықтарын анаэробтық қорыту желісін кеңейтуге жұмсалатынын мәлімдеді.
In the UK, using anaerobic digestion is growing as a means of producing renewable biogas, with nearly 90 biomethane injection sites built across the country. Ecotricity announced plans to supply green gas to UK consumers via the national grid. Centrica also announced that it would begin injecting gas, manufactured from sewage, into the gas grid. In Canada, FortisBC, a gas provider in British Columbia, injects renewably created natural gas into its existing gas distribution system. A company called Divert, which also reduces food waste through donation, says it will use a $1 billion investment from Canadian pipeline operator Enbridge to scale its existing network of food waste anaerobic digesters to cover all major markets of North America.
Қоршаған ортаны қорғау
Биогаз көміртек оксиді, күкірт диоксиді, азот оксиді, сутек сульфиді және бөлшектер сияқты қарапайым табиғи газ отыны сияқты қоршаған ортаны ластайтын заттарды бөліп шығарады. Күйген газдың құрамында метан болады, ол ұзақ өмір сүретін парниктік газ. Қазылған табиғи газбен салыстырғанда, биогаз көбінесе жартылай немесе толыққанды көміртегі бейтарап деп есептеледі, себебі биомассадағы көмірқышқыл газы өсімдіктердің әрбір ұрпағымен табиғи түрде жаңартылады, ал қазылған қорлардан шығарылмайды және атмосферадағы көмірқышқыл газының артуына себеп болмайды. Бірақ, биогаздың мүмкін болатын өнімділігі қазіргі табиғи газ (немесе жаһандық газ) көлемінің шағын бөлігін ғана құрайды. Осы фактіге байланысты, қазіргі табиғи газ жеткізушілер электр энергиясын энергия көзі ретінде пайдалануды ұлғайтуға, газға деген сұранысты азайтуға бағытталған шараларға қарсы тұрды. Осы жағдай Оңтүстік Калифорния газ компаниясын (SoCalGas) жасырын түрде «Калифорниялықтардың теңгерімді энергия шешімдері» (C4Bes) атты коммерциялық емес ұйым құруға итермеледі, ол кейін газ секторының мүддесін қорғайтын және электрлендіруге қарсы лоббилік жұмыс жүргізді. Sierra Club SoCalGas-тың C4Bes ұйымын құрудағы рөлін (астротурфинг) ашты, соның салдарынан C4Bes лоббилік қызметін шектеді, бірақ газға деген сұранысты ынталандыруды жалғастырды.
Biogas creates similar environmental pollutants as ordinary natural gas fuel, such as carbon monoxide, sulfur dioxide, nitrogen oxide, hydrogen sulfide and particulates. Any unburned gas that escapes contains methane, a long lived greenhouse gas. The key difference from fossil natural gas is that it is often considered partly or fully carbon neutral, since the carbon dioxide contained in the biomass is naturally renewed in each generation of plants, rather than being released from fossil stores and increasing atmospheric carbon dioxide. A major concern is that the potential biogas yield would only represent a small percentage of existing supplies of fossil gas (also called natural gas). This fact has led existing natural gas suppliers to push back against measures to increase the use of electricity as an energy supply decreasing demand for gas. This reality prompted Southern California Gas Company (SoCalGas) to covertly support the creation of a nonprofit: Californians for Balanced Energy Solutions (C4Bes) which then went on to lobby for the gas sector and against the momentum in favor of electrification. The Sierra Club exposed the hand of SoCalGas in the formation of C4Bes (astroturfing) and so C4Bes curtailed its lobbying activities, although it continued to promote demand for gas.