Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Gázmérnöki Intézeti Tanszék
A biogáz hasznosítása villamosenergia termelés, földgázhálózati betáplálás és hajtóanyag célú hasznosítás Előadó:
Dr. Szunyog István okl. gázmérnök, egyetemi adjunktus FARMAGAS Szakmai Továbbképzési Konferencia Kecskemét, 2010. szeptember 23.
1
Bevezetés 1. rész
2
Tények
2007-ben az Európai Unió primer energia fogyasztásának mindössze 0,34%-át tette ki a biogázból megtermelt energia (247,1 PJ). Ugyanez az energiamennyiség az Európai Unió teljes éves földgázfogyasztásának 1,6%-át jelenti. Az Európai Unióban és Magyarországon a biogáz jelenleg nem lehet alternatívája sem a fosszilis primer energiahordozóknak, sem a földgáznak. 2007-ben Magyarországon 0,85 PJ volt a megtermelt biogáz mennyisége. Ekkor az uniós átlagnak 7,9 %-át sikerült elérnünk. A 0,85 PJ megtermelt biogáz mennyiség Magyarország teljes éves primer energia felhasználásnak a 0,082%-át, a teljes éves földgázfelhasználásnak pedig, a 0,204%-át tette ki 2007-ben.
3
3
Fogalmak tisztázása
Biogáz Szénhidrát-, illetve cellulóz- tartalmú, valamint fehérjéket és zsírokat tartalmazó szerves hulladékok anaerob szervezetek hatására végbemenő bomlásának gáznemű, rendszerint éghető terméke, amely ammónia, kén-hidrogén, szénmonoxid és szén-dioxid mellett legnagyobbrészt metánból áll. Biometán vagy bioföldgáz Földgáz minőségűre tisztított biogáz. Bio-CNG Bio- Compressed Natural Gas a biogáz tisztításával és komprimálásával előállított, üzemanyag minőségű éghető gáz.
4
4
Biogázok jellemzői
decentralizált energiaforrások, a földgáznál jelentősen kisebb az energiatartalmuk, összetételük nem felel meg a közszolgáltatású földgázokénak, jelentős mennyiségben tartalmazhatnak inert komponenseket (N2, CO2), a depóniagázokban kis mennyiségben oxigén is előfordulhat (kockázati faktor), kis mennyiségben tartalmaznak egyéb, általában nem kívánatos komponenseket (H2S, NH3, halogén vegyületek, sziloxánok, stb.) összetételük és a képződés mennyisége időben változó lehet, atmoszférikushoz közli, kis nyomáson képződnek.
5
5
A biogáz felhasználási lehetőségei BIOGÁZ
kéntelenítés
gázfeldolgozás átalakítás
kazán
hő
CHP
hő
villamos hálózatra
üzemanyag-cella
hő
villamos hálózatra
komprimálás tartályban tárolás
szagosítás
üzemanyag
gázhálózatba
6
6
Tisztítási igény
A biogáz tisztítási igénye a következő felhasználási sorrend szerint fokozódik: { eltüzelés kazánban (H2S leválasztása, vízmentesítés), { eltüzelés gázmotorban vagy mikroturbinában (H2S és sziloxánok leválasztása, vízmentesítés), { felhasználás tüzelőanyag-cellában (H2S, halogének, sziloxánok és CO2 leválasztása, vízmentesítés), { betáplálás a földgázhálózatba (H2S, halogének, sziloxánok, CO2 és NH3 leválasztása, vízmentesítés), vagy { gépjármű üzemanyagként történő felhasználás.
7
7
Potenciális veszélyforrások
(biomasszából)
Szintézisgáz
Hidrogénben gazdag gázok
Szeméttelepi gázok
Biogáz
Erjesztőkből (biogáz fermentorokból)
Termék Forrás
Veszély az életvédelem területén
Veszély a szállítás, elsztás és felhasználás területén
Ellenintézkedés
Szilícium-dioxid képződés eltüzeléskor
Eltávolításuk a biogázból
Biológiai kórokozók jelenléte
Biokorrózió a gázhálózatokban
A szubsztrátum higienizálása; Hosszabb tartózkodási idő a fermentorban; Mikroorganizmusok leválasztása szűrővel (<1 µm)
Mérgező
Korrozív
Leválasztás a biogázból
Halogénezett szénhidrogének
Elégetéskor dioxionok és furánok képződése
Korrozív
Az ismert halocarbonok kizárása az alapanyag forrásokból
Halogénezett szénhidrogének
Elégetéskor dioxionok és furánok képződése
Korrozív
Az ismert halocarbonok kizárása az alapanyag forrásokból
Biológiai kórokozók jelenléte
Biokorrózió a gázhálózatokban
Mikroorganizmusok leválasztása szűrővel (<1 µm)
Szilícium-dioxid képződés eltüzeléskor
Eltávolításuk a biogázból
Mérgező
Korrozív
Leválasztás a biogázból
Poliaromás szénhidrogének (PAHs)
Mérgező, karcionogén rákkeltő anyagok
Kihat a műanyag és elsztomer anyagokra; elégetéskor kormoz
Állandó figyelés és leválasztás
Poliaromás szénhidrogének (PAHs)
Mérgező, karcionogén rákkeltő anyagok
Kihat a műanyag és elsztomer anyagokra; elégetéskor kormoz
Állandó figyelés és leválasztás
Veszélyes összetevő Sziloxánok Biológiai anyagok Ammónia
Biológiai anyagok Sziloxánok Ammónia
Szén-monoxid
Hidrogén
Mérgező
Veszély az eltüzeléskori viselkedés megváltozása miatt
Állandó figyelés és leválasztás Korrozív; biztonságtechnikai veszély gázkészülékeknél (lángterjedési sebesség); behatás ipari folyamatoknál
Gázminőség ellenőrzés 8
Forrás: MARCOGAZ: Injection of Gases from Non-Conventional Sources into Gas Networks; WG-Biogas-06-18, Brussels, 2006.
8
Veszély és kockázat (1)
A tisztítatlan biogázok veszélyt jelenthetnek a gázvezetékekre, szerelvényekre és tüzelőberendezésekre: {
{ {
{ {
{
CO2: csökkenti az égéshőt, rontja a gyulladási paramétereket, elősegíti a korróziót, vízzel szénsavat képez; N2: csökkenti az égéshőt, rontja a gyulladási paramétereket; H2: lángterjedési sebessége miatt kockázat a tüzelőberendezésekben; O2: nedves környezetben korrozív; H2S: korróziót okoz, SO2 emisszió elégetéskor, az égéstermék víztartalmával kénessavat alkot; NH3: rontja a gyulladási paramétereket; NOx emisszió eltüzeléskor, az égéstermék víztartalmával ammóniumiont és hidroxidiont képez; 9
9
Veszély és kockázat (2)
A tisztítatlan biogázok veszélyt jelenthetnek a gázvezetékekre, szerelvényekre és tüzelőberendezésekre: { {
{ {
{ { { {
CO: erős vérméreg, erős redukáló hatású; Halogénelemek (Cl¯ és F¯): fémekkel sószerű vegyületekké egyesülnek, az égéstermék víztartalmával savat képeznek; BTX: erős korrózió műanyag vezetékekben és berendezésekben; Sziloxánok: elősegíti a gázmotorok és gázturbinák intenzív kopását; H2O: elősegíti a korróziót, fagyveszélyes; Por: eltömíti a fúvókákat; Szerves mikroorganizmusok: biokorróziót okozhatnak; PAHs: mérgező, rákkeltő anyagok, károsítják a PE vezetékeket, elégetésükkor korom képződik. 10
10
DE ne felejtsük el:
Megújuló energia termelhető belőlük! Tárolhatóak! Sokféle alapanyagból előállíthatók! Akár földgáz minőségűre tisztíthatók! Törvényi kötelezettség vonatkozik a megfelelő minőségű biogázok földgázhálózati betáplálásának engedélyezésére! A vezetékek, szerelvények és tüzelőberendezések helyes anyag-megválasztásával a káros hatások kiküszöbölhetők! Bizonyos minőség mellett földgázra beszabályozott berendezésekben is eltüzelhetők!
11
11
Villamosenergia termelés 2. rész
12
A „zöldáram” kötelező átvétele Magyarországon
389/2007. (XII.23.) Korm. rendelet Szabályozza { { {
a hulladékokból nyert energiából termelt, a kapcsoltan termelt és a megújuló energiák felhasználásával termelt áram kötelező átvételi árát.
Szigorú követelmény: a gázmotoros egységek éves energetikai hatásfoka min. 75% kell legyen. Nem tesz különbséget sem az üzemek méretében, sem az alapanyagok tekintetében. → energiagazdálkodási célokat szolgál → nem kedvez a kisebb üzemek létrehozásának
13
13
A „zöldáram” kötelező átvétele Németországban
Jóval differenciáltabb megoldás a hazai szabályozásnál. Megkülönbözteti a mezőgazdasági, a szennyvíztelepi és a hulladéklerakó telepeken keletkező biogázokat → ez az átvételi árban is érvényesül. Négy kategória az üzemek teljesítményének függvényében → legnagyobb támogatás az új építésű, legkisebb teljesítményű üzemeknek. Az átvételi ár 20 évig kötelező, évente 1,5 %-al csökken. Felár fizetendő ha a biogáz energianövényekből, vagy állati ürülék és energianövény keverékéből származik. Ha kombinált áram- és hőtermelés valósul meg + 2 c€ kWh-ként. Ha új, innovatív technológia kerül alkalmazásra (tüzelőanyag cella, gázturbina, Stirling-motor, stb.) újabb + 2 c€ kWh-ként. 70 kWel teljesítménynél kisebb üzemek esetén további támogatás pályázható az építésre. 14
14
Kapcsolt hő- és áramtermelés
CHP (Combined Heat and Power) BHKW (BlockHeizKraftWerk) Alapvetően elektromos áram termelésére és a keletkező hulladékhő hasznosítására alkalmasak. Fő elemei: { { { {
gázmotor (gáz-Ottómotor, gyújtósugaras motor (dízelmotor)) generátor (aszinkron- és szinkrongenerátorok) hőcserélő (égéstermék hőcserélő, kenőolajhűtés, motorhűtés, generátor vízhűtése) segédberendezések (szabályozók, katalizátor, zajcsillapító, motorkenőolaj ellátó rendszer)
Fontos energetikai jellemző: az elektromos hatásfok! (az elektromos teljesítmény és a névleges hőterhelés aránya)
15
15
Gázturbinás CHP egységek
A CHP egységekben energia-átalakítóként a gázmotor helyett gázturbina is alkalmazható A gázturbina fő szerkezeti elemei: { { {
a kompresszor az égőtér és a turbina
Működése: { { {
{
1. ütem: a kompresszor környezeti levegőt szív be 2. ütem: azt komprimálja (<10 MW <20 bar végnyomás) 3. ütem: ezt az égőkamrába vezetik, gázt kevernek hozzá, és közel állandó nyomáson elégetik. Az égéstermék hőmérséklete > 1000 oC. A hőmérsékletnövekedés hatására az égéstermék térfogata és áramlási sebessége megnő. 4. ütem: Az égéstermék a turbinában a környezeti nyomásra expandál, az égésterméket a környezetbe vezetjük. A forró füstgázok turbinában való expanziója során a gép tengelyén lényegesen több energia vehető le, mint amennyit a kompresszor a levegő komprimálásához igényel. 16
16
Tüzelőanyagcellás kapcsolt hő- és áramtermelés
A tüzelőanyagcellák az áramot közvetlenül, elektrokémiai folyamatok révén állítják elő, ezért elektromos hatásfokuk nagyobb, mint egyéb CHP berendezéseké. A tüzelőanyagcella működése a víz elektrolízisének fordítottja: { elektrolízis: H2O + áram ⇒ H2 + O {
tüzelőanyagcella:
H2 + O ⇒ H2O + áram
A tüzelőanyagcella üzeméhez hidrogénre van szükségünk, mely legegyszerűbben a földgázból nyerhető. A tüzelőanyagcellák két elektrokémiailag aktív cellából állnak: { {
anódból (hidrogén) és katódból (oxigén).
Az anód és katód között elektrolit található, mely csak az ionokat engedi át, így az ionok számára vezetőként, az elektronok számára pedig szigetelőként viselkedik.
17
17
Földgázhálózati betáplálás 3. rész
18
Probléma felvetés
2008. évi földgázellátási törvény és végrehajtási rendelete értelmében { {
biogáz betáplálás jogi kötelezettség a részletes jogi szabályozás a mai napig hiányzik
kérdéses, illetve túlbonyolított a hatósági szerep a biogáz üzemek és betáplálási pontok engedélyezésében és felügyeletében; valós biogáz betáplálási igények jelentek meg a hazai piacon; a betáplálás hazai átfogó műszaki szabályozása hiányzik; hiányzik a betáplálandó gáz minőségére (fő- és mellékösszetevők) vonatkozó részletes előírásrendszer (más európai országokban már van ilyen); európai szinten hiányzik a a biogázok le nem választott kísérőanyagainak hatásából adódó kockázatok elemzése; Magyarországon nincs múltja biogáz betáplálási projekteknek. 19
19
2008. évi XL. törvény a földgázellátásról 3. § E törvény alkalmazásában: 26. Földgáz minőségű biogáz és biomasszából származó gázok, valamint egyéb gázfajták: olyan mesterségesen előállított gázok, amelyek külön jogszabályban meghatározott feltételek mellett, környezetvédelmi és műszaki-biztonsági szempontból megfelelő módon az együttműködő földgázrendszerbe juttathatók (szállíthatók, eloszthatók és tárolhatók), a földgázzal keverhetők, és ez a keverék a földgázrendszerbe juttatáskor megfelel a földgáz szabványban meghatározott minőségi követelményeknek. 33. Földgáztermelő: az a gazdálkodó szervezet [Polgári Törvénykönyv 685. § c) pont], amely a Magyar Köztársaság területén földgázbányászati tevékenységet végez, vagy biogáz és biomasszából származó gázok, valamint egyéb gázfajták előállítását üzletszerűen végzi. 70. § A bányászattal felszínre hozott földgázt, a földgáz minőségű biogáz és egyéb gázfajtákat előállító termelőknek a szállító- és az elosztóvezetékekhez történő csatlakozását kiemelten kell kezelni. A szállító- és az elosztóvezetékekhez való csatlakozás feltételeit, a betáplált gázok minőségi követelményeit, az átvételre és a mérésre vonatkozó előírásokat e törvény, valamint külön jogszabály rendelkezései határozzák meg. 132. § Felhatalmazást kap a Kormány, hogy rendeletben állapítsa meg 9. a földgáz minőségű biogáz és egyéb gázfajták, valamint a bányászati tevékenységgel felszínre hozott földgáz együttműködő földgázrendszerhez történő csatlakozásának feltételeit, a betáplált gázok minőségi követelményeit, az 20 átvételére és a mérésére vonatkozó előírásokat,
20
19/2009. (I. 30.) Korm. rendelet a földgázellátásról szóló 2008. évi XL. törvény rendelkezéseinek végrehajtásáról 66. § E rendelet alkalmazásában földgáznak minősül a GET 3. § 26. pontjában leírt földgáz minőségű biogáz és biomasszából származó gázok, valamint egyéb, nem természetes úton előállított, éghető gázok és elegyeik. 71. § (1) Részleges vagy teljes szigetüzem esetén a Hivatal engedélyezheti a megelőző gázévben forgalmazott földgáztól eltérő minőségű földgáz forgalmazását, ha az nem igényli a meglévő fűtőkészülékek átállítását. (2) A földgázelosztó köteles az elosztóvezetékbe betáplált eltérő minőségű földgáz felhasználói elszámolására módszert kialakítani és az üzletszabályzatában nyilvánossá tenni. (3) Az ÜKSZ-ben rögzíteni kell az eltérő földgázminőségnek a földgázkereskedők közötti elszámolási módszertanát és ügyrendjét. 72. § A biogáz termelőre is a földgáztermelőre vonatkozó szabályokat kell megfelelően alkalmazni.
21
21
MSZ 1648: 2000 Gázcsoport Jellemzők (1) 3 Wobbe-szám , MJ/m 3 (kWh/m ) 3 Névleges Wobbe-szám, MJ/m 3 (kWh/m ) 3 Felső hőérték, MJ/m 3 (kWh/m ) 3 Alsó hőérték, MJ/m 3 (kWh/m ) A gázellátás Oxigén tartalom, %(V/V) maximum 3 Vízgőz tartalom, g/m maximum o Szénhidrogén harmatpont, C, maximum 4 MPa-nál engedélyezési nyomásnál Nyomás a fogyasztóknál, (mbar) Kisnyomású rendszer névleges nyomás Növelt kisnyomású rendszer névleges nyomás Jellemzők Összes illó kéntartalom, 3 mg/m , legfeljebb Hidrogén-szulfid tartalom, 3 mg/m , legfeljebb Szilárdanyag-tartalom, 3 mg/m , legfeljebb Oxigéntartalom, tf%, legfeljebb
2H
2S Követelmények 45,66 – 54,76 36,29 – 41,58 (12,68 – 15,21) (10,08 – 11,55) 50,72 39,11 (14,09) (10,86) 31,00 – 45,28 (8,61 – 12,58) 27,94 – 40,81 (7,76 – 11,34) távvezetéki regionális 0,2 0,17 1,0 4 ---
--4 18 – 33 25 75 – 100 85
Követelmények
100 20 5 0,2
A vizsgálati módszereket tartalmazó szabványok 2) MSZ 989: 1985 MSZ ISO 6326-1: 1991 2) MSZ ISO 6326-2: 1991 MSZ ISO 6326-3: 1991 MSZ ISO 6326-2: 1991
2)
A szabvány 1. melléklete MSZ ISO 6974-1…5: 2001 MSZ ISO 6974-6: 2003
22
22
Gázminőségi jellemzők
Főösszetevők { {
Mellékösszetevők { {
CH (metán, etán, …) Inert anyagok (szén-dioxid, nitrogén) Éghetők (hidrogén, szén-monoxid) Egyéb (oxigén, hélium)
Nyomösszetevők (ált. nem kívánatosak) { { { { {
Hidrogén-szulfid Merkaptánok Ammónia Por Stb.
23
23
Szennyezőanyagok
sziloxánok, halogén elemek vegyületei, halogénezett szénhidrogének, aromás- és magasabb szénatomszámú szénhidrogének, mikroorganizmusok, BTX vegyületek, hidrogén-cianid, foszforhidrogén, ammónia hidrogén
több, mint 200 féle kimutatható komponens!
24
24
Különböző forrásból származó földgázok és biogázok jellemzői Mértékegység
Összetétel Metán (CH4)
orosz H 97,9
Földgáz északitengeri holland H L 88,8 81,3 (86,8-88,8)
1,2
C2+ szénhidrogének
8,3
3,5
magyar S 69,4
anaerob folyamatból 65,0
szeméttelepi 45,0
eltüzelés O2-vel 15,6
eltüzelés levegővel 3,0
(69-80)
(50-80)
(30-60)
(0-18)
(1-10)
8,6
(0-2)
0,1
1,8
1,0
(1,9-2,3)
0,8
Nitrogén (N2)
1,1
14,2
(0,9-1,1)
< 0,01
Oxigén (O2) Összesen: Hidrogén-szulfid (H2S)
-
(0-2)
22,0
20,0
(0-2)
(4-46)
(10-25)
3
g/m
3
(9-25)
16,7
34,8
37,5
12,2
7,0
(15-50)
(15-40)
(2-35)
(7-16)
50,0
5,2
0,2
15,0
0,0
(3-6)
(0-5)
(0-50)
(0-7)
(0-1)
(0-10)
< 0,01
1,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
-
1,5
-
-
< 600
< 100
-
-
(100-10000)
(0-1000)
-
-
-
-
-
-
Összes fluor (F )
20,0
(13-70)
100,0
mg/m
44,4
(14-17)
(0-5)
Ammónia (NH3) Összes klór (Cl )
(0-5,8)
1,5
mol%
Szén-dioxid (CO2)
Sziloxánok Kátrány
5,8
(8,3-8,5)
Hidrogén (H2) Szén-monoxid (CO)
Biomassza kigázosítás
Biogáz
-
-
-
-
100,0
5,0
(0-100)
(0-5)
(0-100)
(0-5)
-
0,5
-
(0-100)
(0-800)
0-50 -
0-50 -
-
25 0-5
0,01-100
25
Legelterjedtebb földgázhálózati betáplálási megoldások Nyersgáz
Durva kéntelenítés
Kondenzáltatás
Durva kéntelenítés
Finom kéntelenítés
Gázhűtés
Finom kéntelenítés
Kondenzáltatás
Vizes mosás
Kondenzáltatás
Gázhűtés
Opció: kéntelenítés
Gázszárítás
Nyomásváltó adszorpció (PSA)
Gázszárítás
Adott esetben: égéshő beállítás propánnal vagy levegővel
Adott esetben: égéshő beállítás propánnal vagy levegővel
Magyarországon MSZ 1648-nak megfeleltetve földgáz H illetve földgáz S minőség
Adalékgáz KORLÁTOZOTT BEKEVERÉS! 26
Forrás: S. Ramesohl: STUDIE Analyse und Bewertung der Nutzungsmöglichkeiten von Biomasse, 2006.
26
Műszaki betáplálási lehetőségek a német előírások szerint
27 Forrás: DVGW G262
27
Svájc Ausztria
Metán (CH4)
> 96 %
Szén-dioxid (CO2)
<3%
Szén-monoxid (CO) Összes kén (S) Kénhidrogén (H2S)
Nem konvencionális gázok földgázhálózati betáplálásának követelményei Európában
Franciaország
Németország
< 2,5 %
<6%
<2% < 10 mg/m
3
< 5 mg/m
3
Merkaptánok
< 6 mg/m
3
Oxigén (O2)
< 0,5 %
< 30 mg/m
< 30 mg/m
< 5 mg/m (H2S+COS)
< 5 mg/m
3
<6%
Korlátozott betáplálás
> 97 %
> 96 %
> 50 %
<3%
<4%
<6%
3
< 45 mg/m
3
< 5 mg/m
3
3
< 23 mg/m
3
< 10 ppm
< 5 mg/m
< 1,0 %
< 0,5 % <5%
< 0,5 % <5%
< 12 %
< 0,5 %
talaj hőmérsékleten
vízharmatpont 0 < -10 C/8 bar
vízharmatpont 0 < -60 C 3 és < 32 mg/m
<6%
Vízgőz (H2O)
0
< -2 C/ (1-70 bar)
< 30 mg/m
3
< 30 mg/m
3
< 5 mg/m
3
3
3
< 15 mg/m
vízharmatpont 0 < -5 C/MOP
< 10 mg/m
3
< 0,01 %
<4%
0
> 85 %
Korlátlan betáplálás
< 6 mg/m
vízharmatpont 0 < -8 C/40 bar
< 0,5 %
< 60 mg/m
< 0,5 % <5%
3
< 60 mg/m
3
talaj hőmérsékleten
Betáplálási hőmérséklet
0
-20-+20 C 3
13,3-15,7 kWh/m
3
Wobbe-szám
49,1-56,5 MJ/m (H gáz) 3 43,2-46,8 MJ/m (L gáz)
3
3
13,64-15,70 kWh/m 12,8-15,7 kWh/m (H gáz) (H gáz) 3 3 12,07-12,34 kWh/m 12,6-13,5 kWh/m 3 3 12,01-13,00 kWh/m 10,5-13,0 kWh/m (L (L gáz) gáz) 3
47,9-56,5 MJ/m
13,3-15,7 kWh/m
3
3
46,1-56,5 MJ/m (H gáz) 3 43,46-44,41 MJ/m 3 37,8-46,8 MJ/m (L gáz)
45,4-48,5 MJ/m
3
47,9-56,5 MJ/m
3
3
10,7-12,8 kWh/m
3
Felső hőérték
10,7-12,8 kWh/m (H gáz) 3 9,5-10,5 kWh/m (L gáz)
3
8,8-10,1 kWh/m
3
31,6-38,7 MJ/m
8,4-13,1 kWh/m
3
11,0-12,0 kWh/m
3
39,6-43,2 MJ/m
3
10,7-13,1 kWh/m
3
3
38,5-46,1 MJ/m
Relatív sűrűség
3
38,5-46,1 MJ/m (H gáz) 3 34,2-37,8 MJ/m (L gáz)
0,55-0,65
0,555-0,700
Szagosítás
fogyasztónál érzehető szaghatás
15-40 mg THT/m
Szennyezők
"technically free"
"technically free" 3
< 1 mg Cl/m 3 < 10 mg F/m
Halogén összetvők Ammónia (NH3)
"technically free"
3
0,55-0,70
3
fogyasztónál fogyasztónál érzehető szaghatás érzehető szaghatás
"technically free"
"technically free"
15-25 mg THT/m
< 1 µm
3
"technically free"
15-25 mg THT/m
3
"technically free"
3
< 50 mg Cl/m 3 < 25 mg F/m 3
< 20 mg/Nm
3
nem megengedhető nem megengedhető < 1 µg/m
Benzol, Toluol, Xilol (BTX)
3
500 ppm
Aromás szénhidrogének
Mtánszám (MZ)
38,5-47,2 MJ/m
10 ppm "technically free"
Higany (Hg)
Sziloxánok
3
1 ppm
Hidrogén cianid (HCN) Por
30,2-47,2 MJ/m
< 3 mg/Nm
Hidrogén klorid (HCl)
Forrás: MARCOGAZ: Injection of Gases from Non-Conventional Sources into Gas Networks; WG-Biogas-06-18, Brussels, 2006.
3
3
0 C/OP
Svédország
<1%
Hidrogén (H2)
CH harmatpont
Hollandia
1% < 10 mg/m
3
28
5 ppm% > 80
28
Betáplálásra vonatkozó műszakiszabályozási feltételrendszer
Nem konvencionális gázok földgázhálózati betáplálására vonatkozó minőségi előírások {
A földgázra vonatkozó gázminőségi paraméterek európai követelményrendszere {
AT ÖVGW G31 G33; FR n0 2004-555 Gaz de France; DE DVGW G260 G262; NL Dutch Distr. Netw. Comp.; SE SS15543 Standard; CH SVGW G13.
EN 437: 2003; DVGW G 260; Marcogaz 2006
A magyar földgázminőségi követelmények {
MSZ 1648: 2000
29
29
Működő betáplálási projektek
Ausztriában 4, Németországban 29, Norvégiában 1, Hollandiában 6, Svédországban 8, Svájcban 14, összesen 62 helyszínen táplálnak be biometánt a földgázhálózatba Európa szerte 2010-ben. A legelterjedtebben alkalmazott technológia a PSA (28 helyszínen).
30
30
Földgázhálózati betáplálás és üzemanyag előállítás, Németország, 2009. február
31 Forrás: Krautkremer, B.: Biogas a mature and promising technology; ISET, Brussels, 2009.
31
Könnern, Németország
Üzembe helyezés: 2007. december Alapanyag: 35.000 t/év silókukorica, 15.000 t/év trágya, 1.500 t/év gabona Biogáz: 7,76 millió m3/év Beruházás: 7,5 (üzem)+2,5 (előkészítő) millió EUR Tisztítás: vizes mosás Biometán: 5,73 millió m3/év, 15.700 m3/nap Fűtőérték: 38,7 MJ/m3 Metán tartalom >97%, CO2 2%, nyomás tisztítás után: 7 bar Földgázhálózat: 200 méterre, PN16, Földgáz H, cseregáz, fűtőérték beállítása folyékony gázzal, nyomásfokozás 16 barra, fűtőérték a gázhálózatban 41,22 MJ/m3
32 Forrás: agri.capital GmbH
32
Megállapítások
Egységes, európai szintű követelményrendszer nem áll rendelkezésre a betáplálás műszaki feltételeiről. Minden egyes ország a saját, általában a nemzeti földgázminőségi előírásokat alapul vevő előírásrendszert dolgozott ki. Sok földgázra vonatkozó előírás alkalmazható a biogázok esetében is (mérés, elszámolás), azonban egyértelműen rögzíteni kell a betáplálás után, a rendszerben megjelenő gázkeverék minőségi korlátait. Jelenleg Európában hat országban vonatkozik előírás kifejezetten a földgáz hálózatba táplálandó biogázokra. A betáplált gáz minőségét egyértelműen az adott hálózatrészen szolgáltatott földgáz minőségéhez köti minden vizsgált szállítói- és elosztói engedélyes. Bizonyos biogáz összetevőkről és azok hatásairól még nincs 33 megfelelő információ az európai szakmai gyakorlatban.
33
Hajtóanyag célú hasznosítás 4. rész
34
Üzemanyagok jellemzői Hajtóanyag
Benzin
Gázolaj
LPG
CNG*
Sûrûség 15 °C-on kg/m3
0,73
0,84
0,55
0,14-0,16
Energiasûrûség MJ/kg MJ/l
44,0 31,4
42,5 35,7
46,0 25,0
48,0 8,0
+25/+110
+150/+360
0/-42
-163
220
340
500
540-600
92-98
-
100-105
118-120
Forráspont 0C Gyulladáspont 0C Oktánszám
*CNG – Compressed Natural Gas, azaz nagy nyomásra komprimált földgáz
35
Forrás: www.gazauto.hu
35
A CNG összetétele
A CNG motor hajtóanyag közel azonos összetételű a háztartási földgázzal. Legnagyobb hányadban metánt tartalmaz, kevés százalékban magasabb szénhidrogéneket. A háztartási földgázhoz képest az autógázban pl. kevesebb szennyeződés lehet, kénhidrogént, vizet nem tartalmazhat. A biogázból is előállítható motor hajtóanyag, ha földgázhálózati minőségűre tisztítjuk (biometán), vagy a földgázhálózati minőségű gázzal keverjük (bio-CNG).
36
36
A biometán és a bio-CNG összetétele
Biometán: földgázhálózati minőségűre tisztított biogáz Bio-CNG: általában 80 % földgáz és 20 % biogáz keveréke A biometánban a kén-hidrogén és a víz a legproblémásabb szennyezőanyag, ezek leválasztására megfelelő figyelmet kell fordítani Kicsi CO2 emisszió annak köszönhető, hogy a hidrogénatomok aránya magasabb a szénatomokéhoz képest az LPG-vel, valamint a benzin és dízel üzemanyagokkal összehasonlítva. A benzinhez képest a biogáz CO kibocsátása 60-szor kevesebb! A biogáz alapú közlekedésben Svédország kiemelendő, hiszen a 9 millió lakosú országban kb. 800 autóbusz és 4500 gépkocsi, valamint 80 km vasútvonal (Linköping és Vastervijk között) biogáz hajtóanyaggal üzemel.
37
37
Követelményértékek biogázok gépjármű üzemanyagként történő felhasználásához Franciaország Svájc Svédország 38 Forrás: IEA Bioenergy
38
Köszönöm a figyelmet!
Elérhetőség:
Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 3515 Miskolc- Egyetemváros Tel: 06-46-565-078 Web: www.gas.uni-miskolc.hu
39
