Novel biorefinery supply chains for wastewater valorization and production of high market value bio products using microalgae

Τι είναι το βιοαέριο;

Το βιοαέριο είναι ένα αέριο μείγμα που αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (ποσοστό 50-60%) και διοξείδιο του άνθρακα (ποσοστό 40-50%). Παράλληλα, το βιοαέριο περιλαμβάνει επίσης μικρές ποσότητες υδρατμών, υδρόθειου, αμμωνίας, υδρογόνου (H2), αζώτου (N2) και ιχνών συγκεντρώσεων πτητικών λιπαρών οξέων και αλκοολών. Το βιοαέριο μετά από καύση σε αεριομηχανή συμπαραγωγής (CHP) χρησιμοποιείται σε για παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Η θερμογόνος δύναμη του βιοαερίου κυμαίνεται από 20 έως 25 MJ/m3 ή 5,5 έως 7,0 kWh/m3.

Διαδικασία παραγωγής βιοαερίου

Το βιοαέριο παράγεται μέσω μίας βιολογικά μεσολαβούμενης διαδικασίας που ονομάζεται αναερόβια χώνευση. Κατά τη διαδικασία αυτή, οι σύνθετες οργανικές ενώσεις που περιέχονται σε οργανικά υπολείμματα αποικοδομούνται σε απλούστερες απουσία οξυγόνου και μέσω της μεταβολικής δράσης συγκεκριμένων μικροοργανισμων (βακτήρια και αρχαία). Η αναερόβια αποικοδόμηση αποτελείται από 4 στάδια τα οποία είναι α) υδρόλυση, β) οξεογένεση, γ) οξικογένεση και δ) μεθανογένεση.

Οι βασικές παράμετροι διεργασίας που επηρεάζουν τη διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης είναι η θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής του υποστρώματος στον αντιδραστήρα. Οι περισσότερες μονάδες παραγωγής βιοαερίου λειτουργούν σε μεσόφιλες συνθήκες (τυπική θερμοκρασία 35-42 ° C), ενώ υπάρχουν και χωνευτές που λειτουργούν σε θερμόφιλες συνθήκες (τυπική θερμοκρασία 50-55 ° C). Ο χρόνος παραμονής εξαρτάται, εκτός από τη θερμοκρασία λειτουργίας, και από τον τύπο υποστρώματος και κυμαίνεται μεταξύ 15 και 70 ημερών συνήθως.

Αν θέλετε να ενημερωθείτε περισσότερο για την παραγωγή βιοαέριου σας προτείνουμε να ανατρέξετε στην παρακάτω πρόσφατη βιβλιογραφική ανασκόπηση:
Kougias, P.G. and Angelidaki, I., 2018. Biogas and its opportunities—A review. Frontiers of Environmental Science & Engineering12(3), p.14. DOI: 10.1007/s11783-018-1037-8 

Τι είναι η αναβάθμιση του βιοαερίου;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από CH4 και CO2 και μικρές συγκεντρώσεις άλλων αερίων. Εκτός του μεθανίου, όλα τα υπόλοιπα αέρια πρέπει να απομακρυνθούν επειδή μπορούν είτε να μειώσουν τη θερμογόνο δύναμή του βιοαερίου είτε επειδή είναι τοξικές ενώσεις. Επιπλέον, το H2S και τα σιλοξάνια είναι αέρια που προκαλούν διάβρωση στις βαλβίδες, σωληνώσεις, και το σύστημα ΣΗΘ κ.λπ. (Petersson and Wellinger, 2009).

Για το λόγο αυτό, υπάρχουν δύο διαδικασίες επεξεργασία του βιοαερίου πριν από την καύση του στο ΣΗΘ. Η πρώτη διαδικασία σχετίζεται με τον «καθαρισμό βιοαερίου» και περιλαμβάνει την απομάκρυνση επιβλαβών και / ή τοξικών αέριων ενώσεων (όπως H2S, σιλοξάνια, NH3 κτλ. Η δεύτερη επεξεργασία ονομάζεται «αναβάθμιση βιοαερίου» και στοχεύει στην απομάκρυνση του CO2 από το παραγόμενο βιοαέριο με σκοπό την μετατροπή του ένα αέριο καύσιμο με μεγαλύτερη θερμογόνο αξίας (Sun et al., 2015). Στην περίπτωση που το βιοαέριο αναβαθμίζεται και αποκτά προδιαγραφές παρόμοιες με το φυσικό αέριο (συνήθως> 90% περιεκτικότητα σε μεθάνιο), το τελικό προϊόν ονομάζεται βιομεθάνιο (Kougias et al., 2017). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι κατά τη διαδικασία αναβάθμισης, το CO2 που περιέχεται στο ακατέργαστο βιοαέριο είτε απομακρύνεται είτε μετατρέπεται σε CH4 αντιδρώντας με H2 (Kougias et al., 2017).

Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες εμπορικές τεχνολογίες αναβάθμισης και ο αριθμός των μονάδων παραγωγής βιοαερίου που ενσωματώνουν συστήματα αναβάθμισης παρουσιάζουν ιδιαίτερη αύξηση στην Ευρώπη τα τελευταία χρόνια.

Kougias, P.G., Treu, L., Benavente, D.P., Boe, K., Campanaro, S., Angelidaki, I., 2017. Ex-situ biogas upgrading and enhancement in different reactor systems. Bioresour. Technol. 225, 429–437. doi:10.1016/j.biortech.2016.11.124

Petersson, A., Wellinger, A., 2009. Biogas upgrading technologies–developments and innovations. IEA Bioenergy 20

Sun, Q., Li, H., Yan, J., Liu, L., Yu, Z., Yu, X., 2015. Selection of appropriate biogas upgrading technology-a review of biogas cleaning, upgrading and utilisation. Renew. Sustain. Energy Rev. 51, 521–532. doi:10.1016/j.rser.2015.06.029

Αν θέλετε να ενημερωθείτε περισσότερο για τις τεχνολογίες αναβάθμισης του βιοαέριου σας προτείνουμε να ανατρέξετε στην παρακάτω πρόσφατη βιβλιογραφική ανασκόπηση:
Angelidaki, I., Treu, L., Tsapekos, P., Luo, G., Campanaro, S., Wenzel, H. and Kougias, P.G., 2018. Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology advances36(2), pp.452-466.

Μέθοδοι προεπεξεργασίας

Ο χαμηλός ρυθμός αποικοδόμησης της ιλύος λόγω της περιορισμένης σύστασής της σε βιοαποικοδομήσιμη οργανική ουσία, καθιστά επιτακτική την προεπεξεργασία της πριν την αναερόβια διεργασία. Η προεπεξεργασία της ιλύος ενισχύει την αποικοδόμηση του οργανικού άνθρακα μέσω διάσπασης των κυτταρικών τοιχωμάτων και απελευθέρωσης τον ενδοκυτταρικών ουσιών στην υγρή φάση. Έτσι, ενισχύεται ο ρυθμός αποικοδόμησης, μειώνεται ο χρόνος παραμονής και αυξάνεται η παραγωγή του βιοαερίου. Επιπρόσθετα, σύνηθες φαινόμενο, που περιορίζει την αποικοδόμηση της ιλύος, είναι η δημιουργία σύνθετων μικροβιακών συσσωματωμάτων, τα οποία δημιουργούν φυσικούς και χημικούς φραγμούς στη διείσδυση των υδρολυτικών ενζύμων. Η προεπεξεργασία της ιλύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση του προαναφερθέντα περιορισμού. Σε γενικές γραμμές, η προεπεξεργασία της ιλύος επιτυγχάνει:

  • Αυξημένη αποικοδόμηση των πτητικών στερεών
  • Αυξημένο ρυθμό παραγωγής βιοαερίου
  • Αυξημένο ρυθμό οργανικής φόρτισης στους υφιστάμενους αντιδραστήρες
  • Μειωμένο υδραυλικό χρόνο παραμονής
  • Μειωμένες απαιτήσεις όγκου και συνεπώς κόστους για αντιδραστήρες

Μέχρι στιγμής έχουν μελετηθεί και αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι προεπεξεργασίας, οι οποίες κατατάσσονται σε θερμικές, χημικές, μηχανικές, φυσικές και συνδυασμός αυτών (π.χ. θερμοχημικές, θερμομηχανικές).

Scroll to Top