Čo sú obnoviteľné plyny a ako sa vyrábajú?

Bioplyn a biometán sú formy obnoviteľných plynov. Tieto plyny sa zväčša vyrábajú zo širokého spektra poľnohospodárskych produktov, vedľajších produktov a odpadov, ako sú poľnohospodárske plodiny, exkrementy hospodárskych zvierat a močovka. Spolu s rôznymi inými druhmi biologického odpadu ako je splaškový kal, biologicky rozložiteľný komunálny a priemyselný odpad tvoria širokú surovinovú základňu na výrobu zelených plynov. Dôležitým environmentálnym benefitom výroby bioplynu je, že odkláňanie biologicky rozložiteľných odpadov zo  skládok do bioplynových staníc znamená výrazne znižovanie fugitívnych emisií metánu do atmosféry. To isté platí o poľnohospodárskych odpadoch a zvyškoch. Z verejne dostupných údajov je známe, že podiel fugitívnych metánových emisií do atmosféry je zo sektorov odpadov a poľnohospodárstva v SR najvyšší a dosahuje viac ako 75%; v sektore plynárenstva ich vzniká len niečo viac ako 6%.

 

Medzi obnoviteľné plyny zaraďujeme aj zelený vodík, ktorý sa najčastejšie vyrába elektrolýzou vody. Aby mohol takto vyrobený vodík dostať nálepku „zelený“, musí byť elektrina, použitá v procese elektrolýzy, vyrobená z obnoviteľných zdrojov. Vo väčšine prípadov je obnoviteľný plyn chemicky zložený z metánu a je so zemným plynom voľne miešateľný. V prípade vodíka, testy jeho primiešavania do zemného plynu ukazujú, že koncentrácia do 10% (obj.) nepredstavuje problém pre súčasné koncové spotrebiče. Zatiaľ čo zemný plyn vznikal milióny rokov v hlbokých podzemných vrstvách, obnoviteľný plyn je produktom biochemických procesov, ktoré trvajú len niekoľko dní.

Bioplyn, biometán a anaeróbna digestácia

Bioplyn je výsledkom zložitého biochemického procesu známeho ako anaeróbna digestácia. Anaeróbna znamená, že proces prebieha bez prístupu kyslíka a spočíva v rozklade veľkých organických polymérov, ktoré tvoria organickú surovinu na menšie molekuly pomocou chemikálií a mikroorganizmov.

 

Finálnymi produktmi anaeróbnej digestácie sú: bioplyn zložený prevažne z metánu (40-70%), oxidu uhličitého (30-60%) a rôznych kontaminantov (amoniak, vodná para, sírovodík, dusík, kyslík atď.) a tuhý zvyšok – digestát, ktorý má využitie v poľnohospodárstve a v živočíšnej výrobe.

 

Bioplyn možno použiť na mieste výroby v Kombinovanej Výrobe Elektriny a Tepla (KVET). Môže byť tiež vtláčaný do plynárenskej distribučnej siete a následne dodávaný k vzdialenejším zákazníkom. Na tento účel sa však najskôr musí vyčistiť a upraviť na biometán, čo znamená, že sa v ňom zvyšuje obsah metánu a odstránia z neho nežiaduce látky. Akonáhle sa biometán vtlačí do siete a zmieša sa so zemným plynom, má rovnaké technologické možnosti využitia ako samotný zemný plyn.

 

Splyňovanie biomasy a syntézny plyn

Biometán môže byť generovaný aj inými procesmi, menovite splyňovaním a termochemickým rozkladom (pyrolýzou). Splyňovanie biomasy zahŕňa ohrev suchej biomasy s obmedzeným prívodom vzduchu. Produktom takéhoto procesu je syntézny plyn (alebo syngas), čo je zmes oxidu uhoľnatého, vodíka a ďalších zložiek, ako je metán. Podobne pri pyrolýze sa biomasa zahrieva na vysokú teplotu v rozmedzí od 400 do 600 stupňov Celzia bez prítomnosti kyslíka. V oboch prípadoch musí byť výsledný plyn pred vtlačením do plynárenskej infraštruktúry vyčistený.

Power-to-Gas (transformácia elektriny na plyn)

Ďalšou technológiou, ktorá patrí pod obnoviteľný plynový dáždnik, je power-to-gas (P2G). Power-to-gas umožňuje premeniť obnoviteľnú elektrickú energiu na vodík prostredníctvom elektrolýzy a prípadne  v ďalšom kroku na metán prostredníctvom metanizácie.

 

 

Technológia je vhodná na podporu využitia prebytočnej energie z volatilných zdrojov, ako je vietor a slnko, ktorých využitie by v príslušnom momente bolo problematické, napríklad z dôvodu nedostatku aktuálneho adekvátneho dopytu. Plynárenská infraštruktúra môže byť takto využitá na skladovanie energie vo forme vodíka alebo metánu a v prípade potreby aj na  prepravu do plynových elektrární alebo zariadení KVET. Umožňuje to tiež lepšiu odvetvovú integráciu medzi elektrizačnou sústavou a plynárenskou infraštruktúrou. Okrem toho sa vodík aj metán môžu používať ako alternatívne palivá pre mobilitu alebo ako surovina v chemickom priemysle, oceliarňach a rafinériách.

 

---

Autor: Ing. Július Roth, SPP – distribúcia, a.s.

 

Zdroje:

• Brožúra European Biogas Association: Bioplyn – jednoducho najlepší, 2011.
• Poskytovanie trvalo udržateľnej bio energie. Medzinárodná energetická agentúra, 2017.
• Manuel Götz a kol., Renewable Power-to-Gas: A Technology and Economic Review in Renewable Energy, 2016.
• A. Pustišek, M. Karasz, Zemný plyn: Komerčný pohľad, 2017.