Motore a biogas. Utilizzo del biogas

Esperienza nell'utilizzo di unità a pistoni a gas che utilizzano biogas

1. Introduzione

La sfida dell’energia moderna è quella di fornire forniture energetiche affidabili e a lungo termine preservando e proteggendo le risorse di combustibili fossili ambiente. Ciò richiede un approccio economico all’uso delle risorse energetiche esistenti e una transizione verso le fonti rinnovabili. Uno studio condotto dalla Commissione Europea ha dimostrato che ciò è possibile.

Lo studio ha preso in considerazione solo le tecnologie oggi disponibili sul mercato e ha ipotizzato che il tenore di vita nei paesi europei sarebbe stato livellato. Pertanto, entro il 2050, il 90% dell’energia sarà consumata paesi europei, può essere prodotto utilizzando risorse energetiche rinnovabili (Fig. 1). Allo stesso tempo, il prezzo dell’elettricità raddoppierà, ma allo stesso tempo il consumo di energia diminuirà della metà. Quasi un terzo dell’energia sarà prodotta dalle biomasse.

Figura 1 - Consumo energetico in Europa (studio della Commissione Europea)

Biomassa è un termine generale per prodotti e rifiuti organici (liquame, residui di cereali, semi oleosi e colture zuccherine), rifiuti industriali e domestici, legno, rifiuti Industria alimentare ecc. La biomassa secca può essere immediatamente utilizzata come combustibile, in altri casi può essere convertita in biogas mediante “fermentazione”, gassificazione o evaporazione (Fig. 2).

Figura 2 – Utilizzo della biomassa

2. Generazione di biogas

In natura, il biogas si forma durante la decomposizione dei composti organici in condizioni anaerobiche, ad esempio nelle paludi, sulle rive dei bacini artificiali e nel tratto digestivo di alcuni animali. Pertanto, la fisica dei processi naturali ci mostra i modi per ottenere biogas.

La produzione industriale richiede lo sviluppo di una tecnologia complessa che comprende componenti come un serbatoio di stoccaggio della biomassa, un reattore di biogas (fermentatore) in cui avviene la fermentazione e un serbatoio di biogas con un sistema di purificazione (Fig. 3).

Figura 3 – Produzione energia elettrica quando si utilizza il biogas

Quasi tutta la materia organica viene decomposta dalla fermentazione. In condizioni anaerobiche, i microrganismi coinvolti nel processo di fermentazione o decomposizione si adattano al substrato originale. Dato che la fermentazione avviene in un ambiente umido, il biosubstrato dovrebbe contenere circa il 50% di acqua. La decomposizione biologica avviene a temperature comprese tra 35 °C e 40 °C. Durante la fermentazione anaerobica avviene un processo in più fasi che converte le sostanze organiche da composti ad alto peso molecolare a composti a basso peso molecolare che possono essere disciolti in acqua. Ad un certo punto, le sostanze disciolte si decompongono, formando acidi organici, alcol a bassa gradazione, idrogeno, ammoniaca, idrogeno solforato e anidride carbonica. Dall'altro, i batteri convertono le sostanze in acidi acetico e formico e, attraverso il processo di metanogenesi, le scompongono formando metano.

4 HCOO H → CH 4 + 3 CO 2 + 2 H 2 O

Allo stesso tempo, il contenuto di CO 2 viene ridotto dall'idrogeno, con conseguente formazione di metano.

CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O

Il liquame viene spesso utilizzato come materia prima per la produzione di biogas. Per aumentare la resa del gas si possono aggiungere i cosiddetti coenzimi, grazie ai quali viene omogeneizzata la produzione di biogas, il cui volume dipende dal substrato utilizzato (Tabella 1).

Tabella 1 - Resa di biogas per varie tipologie di biomassa

3. Qualità del biogas e sua preparazione all'uso

La qualità del biogas e la preparazione del gas combustibile non dipendono dalla materia prima utilizzata o dalla velocità del processo. Nella tabella. La Figura 2 mostra un confronto tra la composizione di vari tipi di gas.

Tabella 2 - Composizione comparativa approssimativa dei gas combustibili

Poiché il biogas contiene componenti nocivi come zolfo, ammoniaca e talvolta silicio, nonché i loro composti, le possibilità di utilizzo sono limitate. Questi componenti possono causare usura e corrosione sui motori. combustione interna pertanto il loro contenuto nel gas non deve superare gli standard stabiliti da MWM. Inoltre i gas di scarico non possono essere raffreddati ad una temperatura inferiore a 140...150 °C, altrimenti si accumula condensa acida negli scambiatori di calore e nella parte inferiore del sistema di canali dei gas di scarico.

Esistono diversi modi per rimuovere lo zolfo dal gas combustibile. Durante il trattamento biologico, l'aria viene fornita alla zona del gas nel fermentatore. Come risultato dell'ossidazione dell'idrogeno solforato da parte dei batteri, si separano zolfo e solfato, che vengono rimossi con i componenti liquidi. Un altro metodo è la precipitazione chimica. In questo caso alla soluzione nel fermentatore viene aggiunto il tricloruro di ferro. Questi metodi si sono dimostrati efficaci negli impianti di trattamento delle acque reflue.

I risultati ottimali si ottengono quando si purifica il gas utilizzando carbone attivo e non solo lo zolfo, ma anche il silicio viene rimosso dal gas. In questo caso, la qualità del biogas corrisponde alla qualità del gas naturale e l'uso di un neutralizzatore di gas catalitico ossidativo fornisce un'ulteriore riduzione del livello di emissioni di gas di scarico.

4. Utilizzo del biogas per centrali termoelettriche basate su motori a pistoni a gas

MWM GmbH (ex Deutz Power Systems) produce unità a pistoni a gas turbocompressi a combustione magra nella gamma di potenza nominale da 400 a 4300 kW (fig. 4). Questi motori sono adattati alle fluttuazioni nella composizione dei componenti del biogas e sono ottimizzati per il funzionamento con gas di composizioni complesse.

Figura 4 – Intervallo di potenza motori a gas MWM GmbH (ex DEUTZ Power Systems)

Le classificazioni sono fornite in conformità alla norma ISO 3046. Le specifiche sono solo a scopo informativo e non sono valori vincolanti.

MWM GmbH ha una vasta esperienza nel funzionamento di motori a pistoni a gas utilizzando gas di discarica e di acque reflue (i primi modelli di questo tipo hanno iniziato a funzionare quasi 100 anni fa utilizzando gas di acque reflue) e utilizza l'esperienza accumulata per ulteriori miglioramenti gamma di modelli e aumentare l’affidabilità dei sistemi di cogenerazione prodotti. (Fig.5)

Figura 5 - Sviluppo dei motori a pistoni a gas (per il periodo 1988 - 2002)

Il compito principale in questo caso è rendere i motori più resistenti agli effetti di sostanze nocive contenuto nel gas. Varie impurità formano acidi che influiscono negativamente sui componenti del motore, principalmente sui cuscinetti. Un tale impatto negativo può essere eliminato, da un lato, ottimizzando la modalità operativa e, dall’altro, modificando la tecnologia di produzione dei cuscinetti.

Se si utilizza l'unità a una temperatura olio lubrificante intorno ai 95 °C (all'ingresso del motore) ed evitare arresti e avviamenti frequenti, è possibile ridurre il rischio di formazione di acido dovuto alla condensa nel basamento durante la fase di raffreddamento. In relazione a quanto sopra, quando possibile, il motore deve essere fatto funzionare senza fermarsi. L'accumulo di gas in un volume sufficiente nell'impianto di stoccaggio del gas garantirà una fornitura continua di carburante, necessaria per il funzionamento ininterrotto del motore a gas.

L'esperienza acquisita con il funzionamento dei motori a biogas ha dimostrato che per i cuscinetti è necessario utilizzare materiali speciali. Con l’aumento dell’efficienza del motore e della pressione operativa, sono necessari cuscinetti con coefficienti di carico più elevati. Al giorno d'oggi sono ampiamente utilizzati i cuscinetti spruzzati, che soddisfano tutti i requisiti di affidabilità. Grazie alla loro superficie dura e continua, sono più resistenti alle sostanze aggressive contenute nel gas e nell'olio lubrificante rispetto ai tradizionali cuscinetti radiali a sfere (Figura 6).

Figura 5 – Confronto della pressione di picco del film lubrificante

La qualità dell'olio lubrificante ha un impatto significativo sulla durata e sull'usura del motore. Pertanto, durante il funzionamento, devono essere utilizzate solo le marche di olio approvate dal produttore del motore a gas per questo tipo di gas. Gli intervalli di cambio dell'olio vengono determinati al momento della messa in servizio della centrale elettrica in base ai risultati di un'analisi della qualità dell'olio. Durante il funzionamento del motore, la qualità dell'olio lubrificante viene costantemente monitorata, dopodiché viene presa la decisione di sostituirlo. La prima analisi dell'olio viene effettuata dopo 100 ore di funzionamento, indipendentemente dal tipo di gas combustibile. Intervalli Manutenzione per le valvole è determinato in modo simile.

Per prolungare gli intervalli di cambio dell'olio lubrificante, è necessario aumentare la quantità di olio lubrificante nel telaio di base del motore. A questo scopo MWM offre ai propri clienti unità con maggiore volume di olio nel telaio del motore. L'olio viene costantemente alimentato al circuito di lubrificazione, passando diagonalmente attraverso il telaio di base (Fig. 10):

Figura 6 – Alimentazione dell'olio lubrificante

Oltre alle caratteristiche costruttive dei motori stessi, il sistema di monitoraggio e controllo TEM (Total Electronic Management di MWM) svolge un ruolo importante nel garantire un funzionamento sicuro e affidabile delle unità di biogas. Determina tutte le condizioni operative, temperatura, pressione, ecc. e, in base ai dati ottenuti, imposta la potenza ottimale del motore a massima efficienza senza superare i limiti di emissione stabiliti. Il sistema TEM ha la possibilità di creare grafici analitici delle modifiche parametri operativi stazione: ciò consente di identificare tempestivamente le irregolarità operative e di rispondere rapidamente ad esse.

L'azienda fornisce impianti energetici completi alimentati a biogas. Includono un'unità a pistone del gas, una caldaia a recupero di calore, un silenziatore, neutralizzatori catalitici del gas, un sistema di purificazione del gas a carbone attivo e, se necessario, sistema aggiuntivo successiva depurazione dei gas di scarico. (Fig. 7).

Figura 7 – Esempio di layout mini-CHP ( Clicca sull'immagine per ingrandirla)

Nella fig. La Figura 8 mostra gli investimenti di capitale specifici e i costi medi di manutenzione per gli impianti alimentati a biogas. I dati riepilogano l'esperienza operativa delle unità della serie TBG 616 e TBG 620. Includono i costi dell'unità a pistoni gas, degli scambiatori di calore per il liquido refrigerante e dei gas di scarico, dei silenziatori, nonché i costi dell'impianto di distribuzione, compresa l'installazione e le tubazioni. . Dal 2005, le unità della serie TBG sono state aggiornate rispettivamente alle serie TCG 2016 C e TCG 2020.

Figura 8 – Costi di capitale e di manutenzione

Nel 2009, dopo il successivo ammodernamento della gamma modelli, per la serie TCG 2020 è stato possibile raggiungere un rendimento elettrico pari al 43,7% per l'unità di cogenerazione TCG 2020 V20, ed è stata aumentata la potenza elettrica dei motori a gas a 12 e 16 cilindri rispettivamente a 1200 e 1560 kW. Un importante ammodernamento ha interessato anche l'unità TCG 2016 V08. La potenza elettrica di questa unità è stata aumentata a 400 kW e l'efficienza elettrica è aumentata al 42,2%. Inoltre, l'efficienza elettrica e la potenza resa sono le stesse sia utilizzando gas naturale che biogas.

5. Utilizzo pratico di varie tipologie di materie prime per la produzione di energia

In Brandeburgo(Germania) è stata installata una centrale elettrica che produce biogas da rifiuti alimentari e domestici (foto 1). Ogni anno vengono smaltite circa 86.000 tonnellate di rifiuti organici.

Foto 1 – Impianto biogas ad Alteno

Il processo di produzione del biogas viene eseguito in una determinata sequenza. Dopo aver rimosso i componenti non riciclabili, i rifiuti organici vengono frantumati e miscelati e la massa risultante viene riscaldata a 70°C per uccidere gli organismi patogeni. I rifiuti vengono poi inviati a due fermentatori, ciascuno dei quali contiene 3.300 m3 di biomassa. I microrganismi decompongono la biomassa (in circa 20 giorni), dando luogo alla formazione di biogas e di una quantità residua di liquido, che viene poi spremuto e il residuo secco viene nuovamente trasformato biologicamente come compost.

Il biogas è alimentato da due motori a pistoni a gas TBG 616 V16K prodotti da Deutz Power Systems, energia elettrica ciascuno di essi è 626 kW, termico - 834 kW. L'energia elettrica generata viene immessa nella rete e il calore viene utilizzato per generare gas. I livelli di emissione di sostanze nocive sono inferiori ai valori limite specificati dallo standard tedesco TA-Luft.

È operativo anche l'impianto di biogas Eichigte nell'azienda zootecnica della Agrofarm 2000 GmbH. L'azienda coltiva 2.200 ettari di seminativo e 1.100 ettari di pascolo a Eichigt/Vogtland. Parte del raccolto delle colture coltivate viene utilizzato come mangime per 1.550 mucche, da cui si ottengono 10.650.000 kg di latte all'anno. Allo stesso tempo, ogni giorno si formano dai 110 ai 120 m 3 di liquame che viene “fermentato” nel fermentatore, dando come risultato la produzione di 4000...4400 m 3 di biogas. Al letame vengono aggiunti residui di mangime (fino a 4 tonnellate al giorno), grazie ai quali la produzione di gas aumenta del 20%.

Il mini-CHP è installato in un container (foto 2), come azionamento viene utilizzato un motore TBG 616 V16 K, la cui potenza elettrica è di 459 kW, la potenza termica è di 225 kW. L'elettricità viene fornita alla rete e il calore viene utilizzato per le necessità domestiche. Il liquame viene utilizzato come materia prima per il biogas.

Foto 2 - Unità di cogenerazione MWM (ex DEUTZ Power Systems) in versione container con motore TBG 616 V16

Il ciclo di riciclaggio della biomassa è praticamente privo di rifiuti. I residui prodotti durante il processo di “digestione” anaerobica sono inodori e possono essere utilizzati nei campi come fertilizzante durante tutto l'anno.

conclusioni

• L’uso dei rifiuti agricoli come biocarburante consente un ciclo chiuso della produzione agricola. Il residuo della digestione anaerobica è inodore e può essere portato nei campi sotto forma di fertilizzante. Questo tipo di fertilizzante viene immediatamente assorbito dalle piante senza inquinare il terreno o le falde acquifere.
• La produzione di energia dal biogas, alla luce delle periodiche crisi energetiche, è considerata una promettente fonte di energia rinnovabile. Gli impianti di biogas convertono l'energia solare immagazzinata dalle piante in biogas attraverso un processo di decomposizione biologica. Questo processo è neutro in termini di bilancio della CO 2, poiché solo la quantità di anidride carbonica precedentemente assorbita dalle piante durante la fotosintesi viene rilasciata nell'atmosfera.
• La generazione di energia elettrica e termica negli impianti di biogas è una tecnologia promettente che aiuta l’umanità a diventare indipendente dalle limitate riserve di combustibili fossili e protegge anche l’ambiente.
• MWM GmbH offre ai propri clienti impianti per la produzione di elettricità e calore basati su motori a gas moderni, sicuri e affidabili.

L'articolo originale è stato pubblicato per: VIth International Scientific Conference GAS ENGINES 2003 in Polonia, 02 - 06 giugno 2003

Una delle principali tendenze nel design moderno motori di autoè quello di migliorare le loro caratteristiche ambientali. A questo proposito, uno dei migliori opzioniÈ motore a biocarburante, il tipo più popolare dei quali è il bioetanolo.

Il bioetanolo è l'alcol etilico ottenuto dalla lavorazione di materiali vegetali. La fonte principale della sua produzione sono le colture foraggere ricche di amido.

Caratteristiche di un motore a biocarburante

Va notato che al momento non si parla praticamente di un motore che funzionerebbe interamente a bioetanolo. Ciò si spiega con una serie di limiti oggettivi, per superare i quali non sono state ancora trovate soluzioni efficaci.

Oggi il bioteanolo viene utilizzato per il rifornimento delle auto, principalmente in miscela con i carburanti tradizionali: benzina e gasolio. Possono funzionare solo con tale carburante veicoli con motore FFV (veicolo a carburante flessibile).

Il motore di tipo FFV è un motore a combustione interna, che presenta alcune differenze rispetto ai motori tradizionali. Quindi, il principale caratteristiche distintive Sono:

• la presenza di uno speciale sensore di ossigeno;
• l'uso di materiale speciale per la fabbricazione di una serie di guarnizioni;
• Software ECU che consente di determinare la percentuale di contenuto di alcol nel carburante e regolare di conseguenza il funzionamento del motore;
• alcune modifiche progettuali per aumentare il rapporto di compressione, necessario a causa del numero di ottani più elevato dell'etanolo rispetto alla benzina.

Oggi, il carburante per automobili contenente bioetanolo è piuttosto popolare in numerosi paesi. I leader qui sono gli Stati Uniti e il Brasile. In Brasile oggi è quasi impossibile acquistare benzina che contenga meno del 20% di bioetanolo. Questa tecnologia è popolare anche in numerosi paesi europei, soprattutto nei paesi scandinavi.

Vantaggi e svantaggi

Il bioetanolo come combustibile presenta sia vantaggi significativi che svantaggi significativi. I principali vantaggi del biocarburante riguardano principalmente gli indicatori ambientali.

Il bioetanolo è un combustibile atossico completamente solubile in acqua. Quando brucia non si formano composti pericolosi per l'ambiente o per la salute umana. L'aggiunta di bioetanolo alla benzina ne riduce la quantità emissioni nocive fino al 30% o più. Inoltre, il bioetanolo viene prodotto da materie prime naturali e rinnovabili. Spesso è un sottoprodotto della produzione non di scarto di altri tipi di prodotti.

Inoltre, grazie al suo elevato numero di ottano, l'utilizzo del bioetanolo può migliorare alcune caratteristiche di un motore a combustione interna. Compreso la sua efficienza aumenta.

Uno dei principali svantaggi del biocarburante è la sua instabilità alle basse temperature. Con il freddo può delaminarsi con formazione di un film di paraffine sulla superficie. Ciò rende difficile l'avviamento in inverno. Per ovviare a questo inconveniente è necessario dotare le auto di un riscaldatore di carburante o di un piccolo serbatoio del gas studiato appositamente per le partenze a freddo.

Un altro importante inconveniente risiede nel suo basso potere calorifico. Bruciando il bioetanolo si libera il 37-40% in meno di energia termica rispetto ai tipi tradizionali carburante per automobili. Ciò limita significativamente le caratteristiche di potenza del motore.

I motori a biocarburante presentano vantaggi significativi, ma hanno margini di miglioramento.

Il modo principale per utilizzare il biogas è convertirlo in una fonte di energia termica, meccanica ed elettrica. Tuttavia, i grandi impianti di biogas possono essere utilizzati per creare impianti di produzione per la produzione di prodotti chimici preziosi per l’economia nazionale.

Il biogas può essere utilizzato per alimentare dispositivi a gas che generano energia utilizzata per il riscaldamento, l’illuminazione, l’approvvigionamento di negozi di preparazione dei mangimi, per il funzionamento di scaldabagni, stufe a gas, emettitori a infrarossi e motori a combustione interna.

Maggior parte in modo sempliceè la combustione del biogas nei bruciatori a gas, poiché il gas può essere fornito loro da contenitori di gas a bassa pressione, ma è preferibile utilizzare il biogas per produrre energia meccanica ed elettrica. Ciò porterà alla creazione della nostra base energetica che soddisferà le esigenze operative delle aziende agricole.

Tabella 18. Componenti del biogas

Bruciatori a gas

Fig.34. Cucina a gas funzionante
sul biogas nel villaggio Petrovka

La base della maggior parte degli elettrodomestici in cui è possibile utilizzare il biogas è il bruciatore. Nella maggior parte dei casi si preferiscono bruciatori atmosferici funzionanti con biogas premiscelato con aria. Il consumo di gas dei bruciatori è difficile da calcolare in anticipo, quindi la progettazione e le impostazioni dei bruciatori devono essere determinate sperimentalmente per ogni singolo caso.

Rispetto ad altri gas, il biogas richiede meno aria per accendersi. Pertanto, gli apparecchi a gas convenzionali richiedono ugelli più larghi per consentire il passaggio del biogas. Per la combustione completa di 1 litro di biogas sono necessari circa 5,7 litri di aria, mentre per il butano - 30,9 litri e per il propano - 23,8 litri .

La modifica e l'adattamento dei bruciatori standard è una questione di sperimentazione. In relazione ai più comuni elettrodomestici adatti all'uso di butano e propano, si può notare che butano e propano hanno un potere calorifico quasi 3 volte superiore al biogas e producono una fiamma 2 volte più grande.

La conversione dei bruciatori per il funzionamento a biogas porta sempre a risultati migliori bassi livelli funzionamento dei dispositivi. Le misure pratiche per la modifica dei bruciatori includono:
aumento dei getti di 2-4 volte per il passaggio del gas;
variazione del volume di alimentazione dell'aria.

Stufe a gas
Prima di utilizzare un fornello a gas, i bruciatori devono essere regolati attentamente per ottenere:
fiamma compatta, bluastra;
la fiamma dovrebbe stabilizzarsi spontaneamente, cioè Le zone non accese del bruciatore dovrebbero accendersi da sole entro 2-3 secondi.

Fig.35. Caldaia per il riscaldamento dell'acqua
per riscaldare una casa con stufe ceramiche radianti nel villaggio. Petrovka

Riscaldatori radianti
I riscaldatori radianti vengono utilizzati in agricoltura per ottenere le giuste temperature per l'allevamento di animali giovani, come suinetti e pulcini, in spazi ristretti. La temperatura richiesta per i suinetti inizia a 30-35°C nella prima settimana per poi scendere lentamente a 18-23°C alla 4a e 5a settimana.

In genere, la regolazione della temperatura comporta l'aumento o l'abbassamento del riscaldatore. Una buona ventilazione è essenziale per prevenire concentrazioni di CO o CO2. Di conseguenza gli animali devono essere tenuti sotto costante sorveglianza e la temperatura controllata a intervalli regolari. I riscaldatori per suinetti o polli consumano circa 0,2 - 0,3 m3 di biogas all'ora.

Radiazione termica dei riscaldatori

Fig.36. Regolatore di pressione del gas

Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

I riscaldatori radianti implementano la radiazione termica infrarossa attraverso un corpo ceramico, che viene riscaldato fino a raggiungere uno stato rosso brillante a temperature di 900-1000°C da una fiamma. La capacità di riscaldamento di un riscaldatore radiante viene determinata moltiplicando il volume del gas per il potere calorifico netto, poiché il 95% dell'energia del biogas viene convertita in calore. L'energia termica prodotta dai piccoli riscaldatori è
da 1,5 a 10 kW di energia termica8.

Fusibile e filtro dell'aria
I riscaldatori radianti che utilizzano biogas devono essere sempre dotati di un fusibile che interrompa l'erogazione del gas se la temperatura scende, cioè quando il gas non viene bruciato.

Consumo di biogas
I bruciatori a gas domestici consumano da 0,2 a 0,45 m3 di biogas all'ora e quelli industriali da 1 a 3 m3 di biogas all'ora. Il volume richiesto di biogas per cucinare può essere determinato in base al tempo trascorso quotidianamente a cucinare.

Tabella 19. Consumo di biogas per fabbisogno domestico

Motori a biogas
Il biogas può essere utilizzato come carburante per i motori delle automobili e la sua efficacia in questo caso dipende dal contenuto di metano e dalla presenza di impurità. Sia il carburatore che motori diesel. Tuttavia, poiché il biogas è un carburante ad alto numero di ottano, il suo utilizzo nei motori diesel è più efficiente.
Per far funzionare i motori è necessaria una grande quantità di biogas e l'installazione di dispositivi aggiuntivi sui motori a combustione interna che permettano loro di funzionare sia a benzina che a metano.

Fig.37. Generatore gas-elettrico nel villaggio. Petrovka

Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Generatori gas-elettrici
L'esperienza dimostra che è economicamente fattibile l'utilizzo del biogas nei generatori gas-elettrici, mentre la combustione di 1 m3 di biogas consente di generare da 1,6 a 2,3 kW di elettricità. L'efficienza di questo utilizzo del biogas viene aumentata utilizzando l'energia termica generata durante il raffreddamento del motore del generatore elettrico per riscaldare il reattore dell'impianto di biogas.

Purificazione del biogas

Per utilizzare il biogas come carburante per motori a combustione interna, è necessario prepulire il biogas da acqua, idrogeno solforato e anidride carbonica.

Riduzione del contenuto di umidità

Il biogas è saturo di umidità. La pulizia del biogas dall'umidità consiste nel raffreddarlo. Ciò si ottiene facendo passare il biogas attraverso un tubo sotterraneo per condensare maggiormente l'umidità basse temperature. Quando il gas viene riscaldato, il suo contenuto di umidità diminuisce notevolmente. Questa essiccazione del biogas è particolarmente utile per i contatori di gas secco in uso, poiché col tempo inevitabilmente si riempiono di umidità.

Riduzione del contenuto di idrogeno solforato

Fig.38. Filtro e assorbitore di idrogeno solforato per la separazione dell'anidride carbonica nel villaggio. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"
Il solfuro di idrogeno, se miscelato con acqua nel biogas, forma un acido che provoca la corrosione dei metalli. Questa è una seria limitazione all’uso del biogas negli scaldacqua e nei motori.
Il modo più semplice ed economico per purificare il biogas dall'idrogeno solforato è il lavaggio a secco filtro speciale. Come assorbitore viene utilizzata una “spugna” metallica costituita da una miscela di ossido di ferro e trucioli di legno. Utilizzando 0,035 m3 di spugna metallica si possono estrarre dal biogas 3,7 kg di zolfo. Se il contenuto di idrogeno solforato nel biogas è dello 0,2%, con questo volume di spugna metallica è possibile rimuovere dall'idrogeno solforato circa 2500 m3 di gas. Per rigenerare la spugna è necessario tenerla all'aria per qualche tempo.
Il costo minimo dei materiali, la facilità di funzionamento del filtro e la rigenerazione dell'assorbitore rendono questo metodo un mezzo affidabile per proteggere i serbatoi di gas, i compressori e i motori a combustione interna dalla corrosione causata dall'esposizione prolungata all'idrogeno solforato contenuto nel biogas. L'ossido di zinco è anche un efficace assorbente dell'idrogeno solforato e questa sostanza presenta l'ulteriore vantaggio: assorbe anche i composti organici dello zolfo (carbonile, mercaptano, ecc.) 18

Riduzione dell'anidride carbonica
Ridurre l’anidride carbonica è un processo complesso e costoso. In linea di principio, l'anidride carbonica può essere separata mediante assorbimento nel latte di calce, ma questa pratica produce grandi volumi di calce e non è adatta per l'uso in sistemi di grandi volumi. L'anidride carbonica stessa è un prodotto prezioso che può essere utilizzato in vari settori.

Fig.39. UAZ funzionante a biogas
nel villaggio Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Utilizzo del metano
La moderna ricerca dei chimici apre grandi possibilità per l'uso del gas - metano, per la produzione di fuliggine (una materia colorante e materia prima per l'industria della gomma), acetilene, formaldeide, metile e alcol etilico, metilene, cloroformio, benzene e altri prodotti chimici preziosi basati su grandi impianti di biogas18.

Consumo di biogas da parte dei motori
Nel villaggio Petrovka, regione di Chui, Repubblica del Kirghizistan, l'impianto di biogas dell'Associazione degli agricoltori con un volume di 150 m3 fornisce biogas per il fabbisogno domestico di 7 fattorie contadine, il funzionamento di un generatore gas-elettrico e 2 automobili: una UAZ e una ZIL. I motori sono stati adattati per funzionare a biogas dispositivi speciali e automobili - con bombole d'acciaio per il pompaggio del gas.
I valori medi di consumo di biogas per la produzione di 1 kW di energia elettrica da parte dei motori dell'Associazione Agricoltori sono di circa 0,6 m3 all'ora.

Tabella 20. Utilizzo del biogas come carburante per motori nel villaggio. Petrovka

Fig.40. Bruciatore per bruciare il biogas in eccesso nel villaggio. Petrovka
Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Efficienza del biogas
L'efficienza dell'uso del biogas è del 55% per le stufe a gas, del 24% per i motori a combustione interna. Il modo più efficiente di utilizzare il biogas è una combinazione di calore ed energia, dove è possibile raggiungere un’efficienza dell’88%8. L’uso del biogas per azionare bruciatori a gas in stufe a gas, caldaie per riscaldamento, forni a vapore e serre – migliore vista utilizzo del biogas per le aziende agricole in Kirghizistan.

Biogas in eccesso
In caso di biogas in eccesso prodotto dall'impianto, si consiglia di non rilasciarlo nell'atmosfera - ciò avrebbe effetti negativi sul clima, ma di bruciarlo. Per fare ciò, nel sistema di distribuzione del gas è installato un dispositivo di torcia, che deve essere posizionato a distanza di sicurezza dagli edifici.