Введение
Возобновляемый природный газ (ВПГ), также известный как биометан, – это биогаз, прошедший обогащение до качества, сопоставимого с ископаемым природным газом, и имеющий концентрацию метана 90% или выше. Путем удаления CO2 и других примесей из биогаза и повышения концентрации метана до уровня, аналогичного ископаемому природному газу, становится возможной транспортировка ВПГ по существующей газопроводной инфраструктуре. ВПГ может использоваться в существующем оборудовании, включая транспортные средства с двигателями, работающими на природном газе (газомоторные транспортные средства). Наиболее распространенным способом получения биогаза для производства биометана является процесс анаэробного сбраживания. Существуют также различные способы метанизации углекислого газа/окиси углерода и водорода, включая биометанацию, процесс Сабатье и новый электрохимический процесс, разработанный в США и в настоящее время проходящий испытания.
Перспективы роста
Возобновляемый природный газ может производиться и распределяться по существующей газовой сети, что делает его привлекательным способом обеспечения существующих зданий возобновляемым теплом и возобновляемой газовой энергией. Возобновляемый природный газ также может быть преобразован в сжиженный природный газ (СПГ) или сжатый природный газ (СПГ) для непосредственного использования в качестве топлива в транспортном секторе. В Соединенных Штатах прогнозы конечного потенциала поставок РНГ различаются. Анализ, проведенный в 2011 году Институтом газовых технологий, показал, что возобновляемый газ из отходов биомассы, включая сельскохозяйственные отходы, может добавить до 2,5 квадриллионов БТЕ в год, чего достаточно для удовлетворения потребностей в природном газе 50% американских домохозяйств. Институт исследований окружающей среды и энергетики оценил, что возобновляемый природный газ может заменить до 10% всего природного газа, используемого в Соединенных Штатах, а исследование Национальной ассоциации агентств по очистке воды и Федерации по охране водных ресурсов показало, что количество осадка, удаляемого из сточных вод, может быть преобразовано в биогаз, достаточный для удовлетворения до 12% национального спроса на электроэнергию в Америке. Недавно исследование, заказанное Американским газовым фондом и выполненное ICF в 2019 году, спрогнозировало, что к 2030 году в США может производиться от 1,6 до 3,78 триллиона кубических футов РНГ в год для подачи в трубопроводную сеть. Национальная сеть Великобритании полагает, что, по оценкам, 18% всего потребляемого газа может быть получено из таких материалов, как сточные воды, пищевые отходы, например, продукты, выбрасываемые супермаркетами и ресторанами, и органические отходы, образующиеся на предприятиях, таких как пивоварни. В сочетании с технологией "энергия в газ", при которой фракции углекислого и монооксида углерода в биогазе преобразуются в метан с использованием электролизованного водорода, потенциал возобновляемого газа из сырого биогаза примерно удваивается.
Газ для свалок
В Северной Америке большая часть развития производства биометана (RNG) исторически происходила в секторе твердых бытовых отходов (MSW). Первая коммерческая установка по производству биометана была запущена на свалке Fresh Kills недалеко от Нью-Йорка в 1982 году. По данным американской торговой группы RNG Coalition, по состоянию на 2023 год в Северной Америке функционирует более 300 установок по производству биометана, при этом более 70% сырья поступает из секторов твердых бытовых отходов и свалок.
БиоГНС из древесины
Göteborg Energi открыла первый демонстрационный завод по крупномасштабному производству биосинтетического природного газа (СНГ) путем газификации лесных отходов в Гетеборге, Швеция, в рамках проекта GoBiGas. Мощность завода составляла 20 мегаватт биоСНГ, производимого из 30 МВт биомассы, с целью достижения эффективности преобразования 65%. С декабря 2014 года завод по производству биоСНГ был полностью введен в эксплуатацию и поставлял газ в шведскую газовую сеть, соответствуя требованиям к качеству с содержанием метана более 95%. Завод был окончательно закрыт в апреле 2018 года из-за экономических проблем. Göteborg Energi инвестировала в завод 175 миллионов евро, но интенсивные попытки в течение года продать его новым инвесторам не увенчались успехом. Следует отметить, что завод был технически успешен и работал в соответствии с планом. Однако, учитывая цены на природный газ в то время, он оказался экономически нецелесообразным. Ожидается, что завод возобновит работу около 2030 года, когда экономические условия могут стать более благоприятными, в частности, при возможном повышении цены на углерод. СНГ представляет особый интерес для стран с развитыми сетями газораспределения. Основные преимущества СНГ включают совместимость с существующей газовой инфраструктурой, более высокую эффективность по сравнению с производством топлива по технологии Fisher Tropsch и меньшие масштабы производства, чем у других систем производства биотоплива второго поколения. Энергетический исследовательский центр Нидерландов провел обширные исследования крупномасштабного производства СНГ из древесной биомассы на основе импорта сырья из-за рубежа. Установки по производству возобновляемого природного газа на основе древесины можно разделить на две основные категории: аллотермальные, в которых энергия поступает из внешнего источника, и автотермальные. Примером аллотермальной установки является двухкамерный кипящий слой, состоящий из отдельных камер сгорания и газификации. Автотермальные системы генерируют тепло внутри газификатора, но требуют использования чистого кислорода для предотвращения разбавления азотом. В Великобритании NNFCC установила, что любой завод по производству биоСНГ, построенный к 2020 году, скорее всего, будет использовать "чистое древесное сырье", и что есть несколько регионов с хорошей доступностью этого ресурса.
Развитие РНГ по регионам
В Великобритании растет использование анаэробного сбраживания как способа производства возобновляемого биогаза, по всей стране построено почти 90 установок для закачки биометана в сеть. Компания Ecotricity объявила о планах поставлять "зеленый" газ потребителям Великобритании через национальную газовую сеть. Centrica также объявила о начале закачки газа, произведенного из канализационных стоков, в газовую сеть. В Канаде компания FortisBC, поставщик газа в Британской Колумбии, закачивает возобновляемый природный газ в существующую систему газораспределения. Компания Divert, которая также сокращает количество пищевых отходов за счет благотворительных пожертвований, заявила, что использует инвестиции в размере 1 миллиарда долларов от канадского оператора трубопроводов Enbridge для расширения своей существующей сети анаэробных перерабатывающих установок пищевых отходов, чтобы охватить все основные рынки Северной Америки.
Опасения по поводу окружающей среды
Биогаз создает те же загрязняющие вещества для окружающей среды, что и обычное топливо из природного газа, такие как монооксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, сероводород и твердые частицы. Любой несгоревший газ, который выделяется, содержит метан – долгоживущий парниковый газ. Ключевое отличие от ископаемого природного газа заключается в том, что биогаз часто считается частично или полностью углеродно-нейтральным, поскольку углекислый газ, содержащийся в биомассе, естественным образом возобновляется в каждом поколении растений, а не высвобождается из ископаемых запасов, увеличивая концентрацию углекислого газа в атмосфере. Основная проблема заключается в том, что потенциальный объем производства биогаза составит лишь небольшую долю от существующих объемов ископаемого газа (также называемого природным газом). Этот факт побудил существующих поставщиков природного газа противодействовать мерам по увеличению использования электроэнергии в качестве источника энергии, что снижает спрос на газ. Эта ситуация заставила компанию Southern California Gas Company (SoCalGas) тайно поддержать создание некоммерческой организации Californians for Balanced Energy Solutions (C4Bes), которая затем начала лоббировать интересы газового сектора и выступать против тенденции к электрификации. Организация Sierra Club разоблачила участие SoCalGas в создании C4Bes (астротурфинг), в результате чего C4Bes сократила свою лоббистскую деятельность, хотя и продолжала продвигать спрос на газ.