Η χημική σύσταση του βιοαερίου

Οι χημικές ενώσεις που υπάρχουν στο βιοαέριο είναι αυτές που του δίνουν την δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ως ανανεώσιμο καύσιμο για την παραγωγή ενέργειας.

Κατά την αναερόβια χώνευση οργανικών υλικών που περιέχουν συγκεκριμένες ομάδες αναερόβιων μικροοργανισμών, γίνεται μετατροπή της οργανικής ύλης σε βιοαέριο, ένα αέριο καύσιμο μίγμα που έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε πολλές σημαντικές εφαρμογές για την παραγωγή ενέργειας. Η βασική ένωση που περιέχεται στο μίγμα του βιοαερίου και του προσδίδει ιδιότητες καυσίμου είναι το μεθάνιο (CH₄). Το μεθάνιο καίγεται με μεγάλη ευκολία σύμφωνα με την γνωστή εξώθερμη αντίδραση καύσης:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 192 Kcal/mol

Η τέλεια καύση 1 m³ μεθανίου παράγει 8.570 kcal θερμότητας. Κατά συνέπεια, το βιοαέριο μπορεί να έχει τις ακόλουθες χρήσεις:

• Να καεί απευθείας σε λέβητες για την παραγωγή θερμότητας
• Να διοχετευθεί, μετά από κατάλληλη επεξεργασίας, σε μηχανές εσωτερικής καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας από το σύστημα συμπαραγωγής.

• Να αναμορφωθεί σε βιομεθάνιο και να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο κίνησης οχημάτων. Εναλλακτικά ως αναμορφωμένο βιομεθάνιο μπορεί να αντικαταστήσει το φυσικό αέριο, που είναι μη ανανεώσιμο καύσιμο, στη χημική βιομηχανία.

Εκτός από μεθάνιο, το μίγμα του βιοαερίου περιέχει και σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO₂), το οποίο είναι μη καύσιμο αέριο, καθώς και μικρότερες ποσότητες και ίχνη από άλλες ενώσεις. Μια τυπική σύσταση του βιοαερίου δίνεται στον ακόλουθο πίνακα:

Πίνακας 1: Τυπική χημική σύσταση του βιοαερίου

Συστατικό	Χημικός Τύπος	Περιεκτικότητα (% κ.ο.)
Μεθάνιο	CH4	55-70
Διοξείδιο του άνθρακα	CO2	30-45
Άζωτο	N2	0-5
Οξυγόνο	O2	<1
Υδρογονάνθρακες	CnH2n+2	<1
Υδρόθειο	H2S	0-0,5
Αμμωνία	NH3	0-0,05
Υδρατμοί	H2O	1-5
Σιλοξάνες	CnH2n+1SiO	0-50 mg/m3

 

Το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται μόνο στις μονάδες αναβάθμισης του βιοαερίου σε βιομεθάνιο (σε ισοδύναμο φυσικού αερίου, δηλαδή). Στις συμβατικές μονάδες συμπαραγωγής με βιοαέριο δεν χρησιμοποιείται εξοπλισμός δέσμευσης του CO₂.

Το άζωτο και το οξυγόνο στο βιοαέριο βρίσκονται, συνήθως, σε αναλογία 4:1. Η παρουσία τους οφείλεται στην εσκεμμένη ανάμιξη του θερμού βιοαερίου με αέρα, για την απομάκρυνση του υδρόθειου.

Η περιεκτικότητα της αμμωνίας στο βιοαέριο είναι στις περισσότερες περιπτώσεις πολύ μικρή και δεν υπερβαίνει τα 0,1 mg/m³. Η ύπαρξη αυξημένων συγκεντρώσεων αμμωνίας υποδηλώνει ότι έχει χρησιμοποιηθεί κατά την αναερόβια χώνευση υλικό με υψηλή συγκέντρωση σε άζωτο (π.χ. κοπριά πουλερικών).

Αντιθέτως, η συγκέντρωση του υδρόθειου στο βιοαέριο είναι καθοριστικός παράγοντας για την ποιότητα του βιοαερίου. Χωρίς να χρησιμοποιηθεί κάποιο στάδιο αποθείωσης του βιοαερίου η συγκέντρωση του μπορεί να ξεπεράσει τα 0,2% κ.ο., ποσότητα ικανή για να δημιουργήσει σημαντικές φθορές λόγω διάβρωσης στις μετέπειτα σωληνώσεις και στην μηχανή συμπαραγωγής. Πολλοί κατασκευαστές μηχανών, μάλιστα, θέτουν ως ανώτατο όριο στην συγκέντρωση υδρόθειου στο βιοαέριο την τιμή του 0,05 % κ.ο. Ένα επιπλέον θέμα που προκύπτει από την ύπαρξη υδρόθειου σε υψηλά επίπεδα είναι οι αυξημένες εκπομπές διοξειδίου του θείου (SΟ₂) από την μονάδα.

Η παρουσία του νερού, υπό την μορφή υδρατμών, είναι αναπόφευκτη λόγω των βιοχημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα κατά την αναερόβια χώνευση. Όπως και το υδρόθειο, έτσι και η παρουσία των υδρατμών είναι ανεπιθύμητη στο ρεύμα βιοαερίου που οδηγείται στη μηχανή συμπαραγωγής λόγω της διάβρωσης που μπορεί να προκαλέσει στον μηχανολογικό εξοπλισμό. Υψηλές συγκεντρώσεις υδρατμών καθιστούν ακόμα και το διοξείδιο του άνθρακα επιβλαβές, λόγω του σχηματισμού μικρών ποσοτήτων ανθρακικού οξέος. Κατά συνέπεια, η απομάκρυνση της υγρασίας είναι ένα ακόμα βήμα για την προεπεξεργασία του βιοαερίου, πριν την εισαγωγή του σε μηχανή συμπαραγωγής.

Οι σιλοξάνες, τέλος, είναι ενώσεις του πυριτίου και προέρχονται ως επί τω πλείστον από συγκεκριμένες κατηγορίες υλικών που συμμετάσχουν στην αναερόβια χώνευση. Τέτοια υλικά είναι τα αστικά στερεά ή υγρά απόβλητα. Έτσι η παρουσία τους είναι έντονη στο βιοαέριο χωματερής ή εκείνο από βιολογικούς καθαρισμούς, ενώ δεν αποτελεί πρόβλημα για τις αγροτικές μονάδες βιοαερίου. Η παρουσία των σιλοξανών στο βιοαέριο είναι ιδιαίτερα ανεπιθύμητη, καθώς έχουν την τάση, σε υψηλές θερμοκρασίες, να αντιδρούν με το οξυγόνο και να σχηματίζουν διοξείδιο του πυριτίου (SiO₂) το οποίο επικάθεται σε διάφορα μέρη του μηχανολογικού εξοπλισμού δημιουργώντας τους σοβαρότατες φθορές.

επιστροφή