Steigerung der Leistung der Biogasaufbereitung bei Ren

Hochschulpresse

Bild: grafische Zusammenfassungmehr sehen

Bildnachweis: Tao SUN, Wenlong LI, Jiandong WEI, Long JI, Qingyao HE, Shuiping YAN

Biogas wird normalerweise durch anaerobe Vergärung organischer Abfälle wie Tiermist und Strohabfälle erzeugt. Es handelt sich um eine typische grüne erneuerbare Energie und kann als Brennstoff für die Strom- und Wärmeerzeugung verwendet werden. China verfügt über eine große Biogasproduktion mit einer jährlichen Produktion von etwa 15 Milliarden m3 Biogas, und die Entwicklung und Nutzung von Biogas bietet eine neue Möglichkeit zur Bewältigung der Energiekrise. Tatsächlich enthält Biogas etwa 60 % CH4 und etwa 40 % CO2 sowie andere Spurenverunreinigungen wie H2S und H2O. Das Vorhandensein von CO2 im Biogas verringert die Verbrennungsleistung erheblich und H2S im Biogas verursacht auch Korrosion an Rohrleitungen und Geräten. Daher müssen diese Verunreinigungen entfernt werden, um den Methananteil im Produkt zu erhöhen. Dieser Gasentfernungsprozess wird auch als Biogasaufbereitung bezeichnet. Das Aufkommen der Biogasaufbereitungstechnologie kann nicht nur den wirtschaftlichen Ertrag von Biogasanlagen steigern, sondern auch die Treibhausgasemissionen reduzieren. Da Biogas seit langem als typischer CO2-neutraler Kraftstoff gilt, ist theoretisch davon auszugehen, dass die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 aus Biogas zu negativen CO2-Emissionen führt.

Derzeit umfassen viele ausgereifte Biogasaufbereitungstechnologien Druckwasserwäsche, Druckwechseladsorption, chemische Absorption, Membrantrennung und Kryotechnik. Unter anderem können Wasserwäsche und Druckwechseladsorption gleichzeitig CO2 und H2S aus Biogas entfernen, haben aber den fatalen Nachteil eines hohen CH4-Verlusts (zwischen 2 % und 20 %). Es ist bekannt, dass der Treibhauseffekt von CH4 etwa 21-mal so groß ist wie der von CO2. Daher konzentrierten sich viele Forscher auf die chemische Absorptionsmethode, die einen vernachlässigbaren CH4-Verlust und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweist. Da durch die chemische Reaktion zwischen dem Absorptionsmittel und dem sauren Gas ein stabiles Salz entstehen kann, bestehen beim chemischen Absorptionsprozess zufälligerweise die Probleme eines hohen Systemenergieverbrauchs und eines CO2-Absorptionsmittelverlusts.

Um die Probleme der oben genannten chemischen Absorptionsmethode zu lösen, schlugen Prof. Shuiping Yan und sein Team ein erneuerbares wässriges Ammoniakabsorptionsmittel aus Biogasaufschlämmung (einem Nebenprodukt der anaeroben Verdauung) vor, das mit dem Prinzip der grünen Energietechnik kombiniert wird. CO2-reiches, erneuerbares, wässriges Ammoniak-Absorptionsmittel kann als Ammoniumstickstoffdünger zur direkten Ausbringung auf dem Ackerland verwendet werden, wodurch die Probleme herkömmlicher chemischer Absorptionsmittel vermieden werden. Darüber hinaus erreichten die Teammitglieder eine effiziente gleichzeitige Entfernung von CO2 und H2S aus Biogas durch den Einsatz erneuerbarer wässriger Ammoniaklösungsmittel in einem Gas-Flüssigkeits-Membrankontaktor. Verglichen mit der typischen physikalischen Absorption (H2S-Entfernungseffizienz: 48 %) könnte das wässrige Lösungsmittel 0,1 mol·L-1 NH3 aus erneuerbarem Ammoniak 97 % H2S aus Biogas entfernen, und die Entfernungseffizienz von H2S wird durch Verunreinigungen in diesem Absorptionsmittel weniger beeinträchtigt. Wenn die wässrige Ammoniaklösung aus erneuerbaren Quellen auf 0,5 mol·L−1 NH3 eingestellt wurde, kann das Biogas zu Pipeline-Biomethan gereinigt werden. Darüber hinaus wurden die optimalen Betriebsbedingungen für die gleichzeitige Entfernung von CO2 und H2S im Hohlfasermembrankontaktor ermittelt, indem der Einfluss verschiedener Betriebsparameter wie Temperatur und Gas-Flüssigkeits-Durchflussrate während des Membranabsorptionsprozesses untersucht wurde, was eine gewisse theoretische Grundlage lieferte Grundlage und technische Unterstützung für die umweltfreundliche Entwicklung des Biogasaufbereitungsprozesses. Diese Studie wurde 2023 in Frontiers of Agricultural Science and Engineering, 10(3), veröffentlicht. DOI: 10.15302/J-FASE-2022473.

Grenzen der Agrarwissenschaft und -technik

10.15302/J-PHASE-2022473

Experimentelle Studie

Unzutreffend

VERWERTUNG VON BIOGAS DURCH GLEICHZEITIGE CO2- UND H2S-ENTFERNUNG DURCH ERNEUERBARE WÄSSERIGE AMMONIAK-LÖSUNG IM MEMBRANKONTAKTOR

20.09.2023

Haftungsausschluss: AAAS und EurekAlert! sind nicht verantwortlich für die Richtigkeit der auf EurekAlert veröffentlichten Pressemitteilungen! durch beitragende Institutionen oder für die Nutzung jeglicher Informationen über das EurekAlert-System.