Vědci v Dánsku studovali technickou a ekonomickou proveditelnost biomethanace prostřednictvím velkokapacitní výroby fotovoltaické energie. Řekli, že přerušovaný proces biomethanace řízený FV se po několika dnech vyrovná účinnosti kontinuálních procesů.
Vědci z dánské univerzity v Aarhusu prokázali možnost výroby biometanu pomocí fotovoltaiky. Zvažovali, jak implementovat proces biomethanace v provozech řízených FV, kde se činnost uzavřela kvůli nedostatku slunečního záření.
Biomethanace je zpracování organických materiálů na bioplyn, složený především z metanu (CH4) a oxidu uhličitého (CO2). V tomto procesu hraje významnou roli plynný vodík (H2) jako substrát pro mikrobiální reakce a součást konečného produktu.
„Jako alternativa k bateriovému skladování energie se navrhlo využití solární FV energie k výrobě H2 procesem elektrolýzy vody,“ vysvětlili vědci. „H2 lze použít jako stavební blok k výrobě jiných paliv a chemikálií, jako je biometan. Biometan s typickými koncentracemi nad 98 % obj. CH4 se dobře hodí pro vstřikování do rozvodných sítí zemního plynu.“
Aby akademici demonstrovali proveditelnost výroby biometanu v nespojitých FV podmínkách, nejprve shromáždili solární data z California Flats Solar Park – 280 MW fotovoltaické elektrárny umístěné v okrese Monterrey v Kalifornii.
S devítihodinovou stabilní dodávkou energie funguje California Flats Solar Park s 1,5 hodinovým náběhem a doběhem. Přičemž zbývajících 12 hodin stráví v pohotovostním režimu. Výzkumná skupina zkoumala použití zkrápěného reaktoru (TBR), katalytického systému přeměňujícího organický materiál na biometan přeměnou síry, dusíku a aromatických sloučenin v uhlovodíková paliva.
Proces biomethanace v provozech řízených FV
Za výchozí považovali také období nepřetržitého provozu 20 dnů a porovnávali jej s 29 dny nepřetržitého provozu na základě výrobního profilu výše uvedeného závodu. Vědci definovali požadovaný podíl H2 v biometanu na méně než 2 %, protože to odpovídá vstřikování zemního plynu do sítě.
„Při zahájení nespojitého provozního režimu řízeného FV se ukázalo, že TBR nedosahuje stejné účinnosti přeměny biomethanace jako předchozí nepřetržitý provozní režim,“ vysvětlili akademici. ,,Po šesti dnech sledování této přerušované provozní strategie se však reaktor vrátil na svůj základní výkon sedmého dne.“
Podle akademiků se v prvních čtyřech dnech přerušovaného provozu pohybovaly koncentrace H2 v plynném produktu biometanu od 10 % do 40 %. Nicméně do šestého dne byl obsah H2 v biometanu podle potřeby menší než 2 %. Kromě toho sedmý až dvanáctý den bylo této kvality dosaženo do 16 minut po spuštění. Ve dnech 13 až 21 bylo dosaženo okamžitě. A v posledních dnech byla dokončena do 20 minut od zahájení provozu.
„Během 12 hodinových pohotovostních období se nahromaděné kyseliny z provozní doby degradovaly z 58,44 % na bioplyn,“ vysvětlili dále vědci. ,,Pohotovostní doby by tak mohly být synergicky využívány jako technika čistého na místě k odstranění nahromaděných kyselin a biomasy.“
Technicko-ekonomické hodnocení
Vědci prokázali, že nespojitý proces je proveditelný, navrhují technicko-ekonomické hodnocení. Vypočítali, že FV-řízený biomethanační závod spotřebuje průměrně 28 MWh solární FV energie denně. Elektrická zátěž pro proces se vypočítala na 2 675,59 kW. A z toho 2 423,07 kW (nebo 90,56 %) se spotřebuje na výrobu H2 elektrolýzou.
„Pokud se ve stávajícím zařízení na bioplyn nasadilo předkomerční zařízení na biometanizaci TBR, náklady na produkci biometanu (LCOP) se ve scénáři do roku 2030 přiblíží na 3 400 Kč. Přičemž nejvýznamnějším přispěvatelem nákladů bude elektrolýza,“ uzavřeli. ,,Ačkoli je tento LCOP vyšší než konvenční modernizace bioplynu, biomethanace nabízí možnost zachycování a využití CO2.“
Novou konfiguraci systému představili v dokumentu „Sunshine-to-fuel: Ukázka spojeného fotovoltaického biomethanačního provozu, procesu a technicko-ekonomického hodnocení“. Ten se nedávno publikoval v časopise Energy Conversion and Management.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
