Theorie opwerken biogas

Een installatie voor de adsorptie van CO2 in actief kool met behulp van een drukwisseltechniek.

Biogas is een mengsel van methaan en kooldioxide. Dit gas kan na beperkte behandeling meestal direct gebruikt worden in gasmotoren en ketelbranders met aangepast gasregelsysteem. Indien het gas via het gewone aardgasnet gedistribueerd moet worden, zal de kwaliteit van het gas eerst verbeterd moeten worden. Een uiterst belangrijke voorwaarde voor leverantie aan het aardgasnet is, dat de verbrandingseigenschappen overeen moeten komen met die van het aardgas van het betreffende aardgasnet. Alleen dan kunnen de gastoestellen, die op het aardgasnet zijn aangesloten, probleemloos werken ongeacht de mengverhouding tussen groen gas en aardgas. De verbrandingseigenschappen van het gas worden uitgedrukt in de zogenaamde Wobbe-index.

Om dezelfde Wobbe-index als aardgas te krijgen, moet een groot deel van de CO₂ in het biogas worden verwijderd. Daarvoor staan verschillende processen ter beschikking:

Uitwassen van CO₂ met koud water bij verhoogde gasdruk
CO2 lost goed op in koud water. Deze oplosbaarheid neemt tevens toe met de druk. Bij de wastechniek wordt het biogas door een compressor onder druk gebracht en door een wasser gevoerd. Het koude water in de wasser neemt CO₂ op. Het water wordt darna door een stripper gevoerd. Hier ontwijkt de CO₂ weer door een veel lagere druk.
Membraanfiltratie
Het biogas wordt onder hoge druk door een membraan gevoerd. Het membraan zorgt voor een scheiding van methaan en CO₂. Het spoelgas van het membraan bevat naast CO₂ nog wel methaan en wordt daarom afgefakkeld. Bij Ecopark De Wierde heeft men een oplossing bedacht om dit methaanverlies te beperken.
Adsorptie in actief kool met drukwisseltechniek(pressure swing adsorption ofwel psa)
Bij pressure swing adsorption wordt het gas onder verhoogde druk door een vat met actief kool geleid. CO₂ wordt geadsorbeerd door het actieve kool. Door vervolgens de druk in het vat sterk te verlagen komt de CO₂ weer vrij. Het is een batchproces, dat voor continubedrijf meerdere vaten nodig heeft. Daarnaast is er een neutraal spoelgas nodig, hiervoor wordt meestal CO₂ gebruikt.

Principe membraanfiltratie

Alle drie technieken worden al in Nederland toegepast. De keuze voor een techniek wordt bepaald door investeringen, energiekosten, onderhoud en methaanverliezen.

Bij opwerking voor gebruik als autobrandstof, is niet de Wobbe-index maar het methaangehalte bepalend. Hoe hoger het methaangehalte, hoe groter de actieradius van de auto.

Naast de verbrandingseigenschappen is ook het vochtgehalte van het gas van groot belang. Om te voorkomen dat er condenswater in de gasleidingen en apparatuur ontstaat, wordt aardgas gedroogd tot een dauwpunt van min 40 ºC. Het groene gas, dat in het aardgasnet wordt geïnjecteerd moet aan dezelfde eisen voldoen. Omdat biogas over het algemeen verzadigd is met waterdamp is een goede gasdrooginstallatie onontbeerlijk.

Tenslotte moeten de verontreinigingen in het groene gas zoals zwavel, chloor en fluor onder de maximum waardes blijven, die door het aardgastransportbedrijf (in Nederland Gastransport Services te Groningen) worden gehanteerd. Normaal wordt het gas gereinigd met een actief koolfilter. Als er veel zwavel in het gas aanwezig is, dan is ook een ontzwavelingsinstallatie noodzakelijk. Hiervoor zijn in de laatste jaren verschillende technieken ontwikkeld.

Als het groene gas helemaal voldoet aan de specificaties, kan het worden toegevoerd aan het aardgasnet. Daartoe moet uiteraard de druk van het groene gas boven die in het gasnet liggen. Daarvoor is een gascompressor nodig, die energie verbruikt. Om dit verbruik te beperken is het aantrekkelijk om in een lagedruk gasnet te injecteren. Daarbij moet wel gekeken worden naar de minimum afname van dit gasnet op zomerdagen. Er kan niet meer groen gas worden toegevoerd dan het verbruik aan gas achter een reduceerstation.

Extra: brochure 'Biogas upgrading and utilisation 1999', IEA Bioenergy. Hier bekijken in pdf>>