Cina: biogas: il futuro della tecnologia del metano? 

Quando in Cina si parla di biogas, spesso si pensa subito a giganteschi impianti di trattamento del gas o a pozzi rurali artigianali. Ma il quadro reale, soprattutto in termini di tecnologie per ottenerlo con precisionemetano, molto più complesso e interessante. Molti colleghi riducono erroneamente tutto alla “produzione di gas dal letame?”, perdendo la chiave della transizione tecnologica: dal semplice gas al metano stabile e ad alto contenuto calorico, adatto per l'iniezione nelle reti o per l'uso come carburante per motori. È qui che iniziano le vere sfide e opportunità.

Dal gas grezzo al metano commerciale: dove si rompono i denti

Inizierò con il dolore principale. Ottenere gas da sostanze organiche è metà dell’opera, e spesso anche meno. Il biogas tipico proveniente dalle piante è composto per il 50-65% da metano, il resto da CO2, idrogeno solforato e vapore acqueo. Per la combustione in una caldaia in loco va bene, ma per il commercio no. Per ottenerebiometano, necessita di una seria pulizia e aggiornamento. Ed è qui che molti progetti, soprattutto cinque o sette anni fa, sono inciampati. Hanno fissato, ad esempio, il PSA (adsorbimento con oscillazione di pressione) o la separazione tramite membrana, ma non hanno tenuto conto delle fluttuazioni nella composizione del gas grezzo o del contenuto di silossani provenienti da alcuni rifiuti alimentari. Le membrane si sono guastate rapidamente e l’automazione non è riuscita a farcela. Ne ho visti diversi di questi "conservati". strutture nella provincia del Sichuan: le attrezzature costose stanno arrugginindo.

Ora l’approccio è diventato più intelligente. Non cercano di fare tutto alla perfezione e a pieno regime subito. Innanzitutto, avviano una linea di produzione di elettricità mediante cogenerazione per ottenere un flusso di cassa stabile e comprendere il comportamento reale delle materie prime. Allo stesso tempo, viene messo a punto il sistema di pretrattamento: rimozione ed essiccazione dell'H2S. E solo allora, nella seconda fase, viene aggiunta un'unità di depurazione fine del metano. Richiede più tempo, ma è più affidabile. Il punto chiave è l’integrazione di tutte le fasi in un’unica catena tecnologica, e non semplicemente l’acquisto di una catena “in scatola”. soluzioni.

Qui, tra l'altro, è chiaramente visibile il ruolo degli istituti di progettazione che hanno esperienza specificatamente nella tecnologia chimica, e non solo nell'edilizia. È necessario comprendere i processi di assorbimento, adsorbimento e reazioni catalitiche. Ad esempio, per la purificazione profonda della CO2, i metodi ora sono spesso combinati: le membrane forniscono un taglio approssimativo e quindi il gas viene trattato con lavaggio amminico. Ma ciò richiede calcoli precisi e selezione dei materiali. Senza esperienza nell’ingegneria chimica, è facile fallire.

Materie prime: non solo letame, e tutt'altro che semplici

I rifiuti agricoli sono un classico, ma hanno i loro problemi. Stagionalità, dispersione, logistica. Ma secondo me le materie prime dell’industria alimentare e la frazione organica dei rifiuti solidi urbani stanno diventando sempre più promettenti. La concentrazione è più alta, i volumi sono più prevedibili. Abbiamo lavorato a un progetto per un impianto di lavorazione dell'amido: sono presenti scarti del processo, borlande, essenzialmente un substrato liquido già pronto con un BOD elevato. Sembrerebbe ideale per la digestione anaerobica.

Ma il problema si è rivelato essere gli inibitori. Nello stesso contenitore, dopo alcune fasi di lavorazione della materia prima, potevano rimanere tracce di antibiotici o altri biocidi che sopprimevano il consorzio metanogeno. È stato necessario introdurre nel reattore un sistema di monitoraggio preliminare delle materie prime e un sistema di dosaggio adattativo. Ciò non era specificato nelle specifiche tecniche originali; abbiamo dovuto improvvisare sul posto. L'esperienza ha dimostrato che i test di laboratorio per la biodegradazione sono un passaggio obbligatorio prima della progettazione, indipendentemente da quella “standard”. il tipo di materia prima sembrava.

Un altro punto è la cogenerazione con altri processi. Ad esempio, in un allevamento di suini un impianto di biogas risolve il problema degli odori e fornisce energia. Ma se ci sono serre nelle vicinanze, riciclare il calore proveniente da un'unità di cogenerazione e persino la CO2 (dopo la purificazione) per alimentare le piante è un'economia completamente diversa del progetto. Diventa praticamente privo di rifiuti. Tali soluzioni integrate rappresentano il futuro, ma richiedono una complessa pianificazione intersettoriale.

Sfumature tecnologiche: cosa non scrivono nelle brochure

Nei cataloghi pubblicitari sembra tutto liscio: materie prime → fermentatore → gas → depurazione → metano. In realtà le trappole sono decine. Prendiamo, ad esempio, il reattore stesso. Per effluenti altamente concentrati vengono spesso utilizzati reattori completamente agitati (CSTR). Ma se nella materia prima sono presenti molti solidi sospesi, questi si depositano, formano “zone morte” e riducono l’efficienza. È necessario macinare nuovamente le materie prime, il che è costoso, oppure passare a uno schema a due stadi con un reattore di idrolisi a monte.

O controllo di processo. Il monitoraggio online del contenuto di metano, degli acidi grassi volatili e del pH non è più un lusso, ma una necessità per un funzionamento stabile. Ma i sensori, soprattutto per l’ambiente aggressivo all’interno del fermentatore, sono cose capricciose. Spesso si basano su indicatori indiretti e sull'esperienza dell'operatore. Ho visto come in un'installazione un vecchio maestro potesse determinare l'inizio dell'acidificazione del reattore meglio di un cromatografo appena installato dal suono di una pompa in funzione e dall'odore del gas. La tecnologia deve essere adattata alle condizioni operative locali e non semplicemente copiata.

La fase di rimozione dell'idrogeno solforato è particolarmente critica. Se ciò non bastasse, è sufficiente uno scrubber primitivo con limatura di ferro. Ma ad alte concentrazioni sono necessari seri trattamenti chimici o biologici. La desolforazione biologica (come Thiopaq) è efficace, ma richiede il mantenimento di condizioni rigorose per i batteri. In inverno, con il caldo instabile in uno degli impianti di Heilongjiang, i batteri semplicemente "si addormentarono" e l'H2S irruppe ulteriormente, avvelenando il catalizzatore nella fase successiva. Abbiamo dovuto installare urgentemente uno scrubber di chemisorbimento di backup.

Il ruolo delle società di ingegneria specializzate

È proprio a causa di tali complessità che cresce l'importanza di aziende che si occupano non solo della vendita di attrezzature, ma dell'intero ciclo: dall'analisi delle materie prime e studio di fattibilità alla progettazione, messa in servizio e formazione del personale. Non si tratta di imprenditori edili, ma di partner tecnologici. Il loro valore risiede nei modelli accumulati per risolvere problemi non standard.

Qui, ad esempio,Chengdu Yizhi Technology Co.(il loro sito web èhttps://www.yzkjhx.ru). Si tratta di un istituto di design creato sulla base di un'azienda con un background chimico-tecnologico. Nel loro caso si tratta di Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. Il capitale sociale di 120 milioni di yuan indica intenzioni serie. Per me questo è un segnale importante: quando a realizzare il progetto non è solo un'impresa di installazione, ma un istituto che conosce i processi sottostanti, ci sono maggiori possibilità di successo. A quanto ho capito, lavorano spesso con flussi complessi ed eterogenei di materie prime, dove sono necessarie normative tecnologiche individuali e non un progetto standard.

Tali organizzazioni di solito dispongono di propri laboratori per testare materie prime e impianti pilota. Ciò riduce i rischi per il cliente. È molto più economico simulare un problema su una linea pilota che trovarlo su un impianto da un milione di dollari già costruito. Il loro approccio è spesso sistemico: prendono in considerazione l’intero ciclo di vita del progetto, compreso lo smaltimento del digestato (fanghi di scarto). Anche venderlo o regalarlo come fertilizzante è tutta una storia che richiede approvazioni e talvolta elaborazioni aggiuntive.

Economia e politica: cosa guida il mercato

Senza comprendere questo aspetto il quadro risulterà incompleto. Tecnologiebiometanoin Cina si stanno sviluppando non solo grazie all’entusiasmo degli ingegneri. Esistono rigide normative ambientali, soprattutto nelle regioni densamente popolate e sviluppate. Lo scarico di rifiuti organici altamente concentrati nei corpi idrici o nei campi è ormai praticamente vietato. Le imprese sono costrette a cercare soluzioni e un impianto di biogas seguito dal trattamento delle acque reflue è spesso la soluzione ottimale.

D’altro canto c’è il sostegno del governo. Tariffe per l'elettricità “verde” da biogas, sussidi per l'allacciamento alla rete del gas. Ma anche qui non tutto è semplice. Per ricevere un sussidio è necessario soddisfare una serie di condizioni relative alla qualità del gas e disporre di attrezzature per la pulizia certificate. La burocrazia può ritardare il processo per anni. Conosco casi in cui l'impianto funzionava già, ma si stavano ancora concordando i documenti per l'allacciamento e le sovvenzioni.

La cosa più interessante inizia quando vogliono pompare biometano purificato nella rete del gas cittadina. I requisiti di qualità qui sono proibitivi: punto di rugiada, contenuto preciso di metano, assenza anche di tracce di ossigeno. Questo è il livello di tecnologia degli impianti di trattamento del gas. Non tutti i progetti possono permetterselo. Più spesso viene utilizzato sotto forma di gas compresso (GNC) o liquefatto (GNL) per il trasporto. Il rifornimento di camion della spazzatura o autobus che utilizzano biometano è già una realtà in diverse grandi città. Questo è logico e simbolico: i rifiuti alimentano il trasporto che li porta fuori.

Guardando avanti: il futuro è nell’integrazione e nei sistemi intelligenti

Il futuro delle tecnologie del metano in Cina, quindi, non è visto nella replica di massa di impianti semplici, ma nello sviluppo di impianti complessi, integrati e “intelligenti”. impianti Parliamo di progetti in cui un impianto di biogas è solo un nodo di un complesso di trattamento dei rifiuti organici, produzione di energia, calore e fertilizzanti.

Tendenze chiave che sto già osservando: la digitalizzazione. Implementazione di sistemi IoT per monitorare migliaia di parametri in tempo reale e controllare in modo adattivo il processo utilizzando algoritmi. Ciò consentirà di rispondere in modo flessibile ai cambiamenti nella composizione delle materie prime e di massimizzare la produzione di metano. Il secondo è la combinazione con altre fonti di energia rinnovabile. Ad esempio, utilizzando l’elettricità in eccesso proveniente dai pannelli solari per far funzionare compressori o sistemi di raffreddamento nel processo di purificazione del gas.

E, cosa più importante, uno spostamento dell’attenzione dalla “produzione di gas?” per la “produzione di metano standardizzato e di alta qualità come merce?”. Ciò richiede la collaborazione tra tecnologi, chimici, ecologisti ed economisti. I progetti diventeranno più grandi e più complessi e il ruolo dell’ingegneria tecnologica profonda, come quella offertaChengdu Yizhi Technology Co., non potrà che aumentare. Perché è possibile copiare il disegno di un reattore, ma la capacità di prevedere un problema con i silossani in una determinata materia prima e di implementare una soluzione in fase di progettazione è già un esame reale, che determina se l'impianto semplicemente esisterà o funzionerà efficacemente per decenni.