Газ зі сміттєзвалищ та біогаз

Виробництво біогазу з біомаси, включаючи анаеробне розкладання та термохімічне перетворення, збір біогазу зі сміттєзвалищ та з тваринних відходів.

Біогаз з біомаси

Біогаз - це енергетично багатий газ, який утворюється внаслідок анаеробного розкладу або термохімічного перетворення біомаси. Біогаз складається переважно з метану (CH4), тієї ж речовини, що і в природному газі, та вуглекислого газу (CO2). Вміст метану в сирому (неочищеному) біогазі може коливатися від 40% до 60%, решта - це в основному CO2, а також невелика кількість водяної пари та інших газів. Біогаз може спалюватися безпосередньо як паливо або очищатися від CO2 та інших газів для використання, аналогічного з природним газом. Очищений біогаз може називатися відновлюваним природним газом або біометаном.

Анаеробне розкладання біомаси відбувається, коли анаеробні бактерії, які живуть без вільного кисню, споживають біомасу, перетравлюючи її та виробляючи біогаз. Такі бактерії природно зустрічаються у ґрунтах, водоймах, таких як болота та озера, а також у травній системі людей та тварин. Біогаз формується і може бути зібраний зі сміттєзвалищ муніципальних твердих відходів та зі ставків для зберігання гною худоби. Біогаз також може вироблятися в контрольованих умовах у спеціальних резервуарах, відомих як анаеробні реактори. Матеріал, що залишається після завершення анаеробного розкладання, називається дигестатом, який багатий на поживні речовини і може бути використаний як добриво.

Термохімічне перетворення біомаси на біогаз може відбуватися через газифікацію. Міністерство енергетики США підтримує дослідження газифікації біомаси для виробництва водню. 

Біогаз може вважатися відновлюваним паливом для виробництва електроенергії в рамках державних стандартів відновлюваної енергії. Він також кваліфікується за програмою США «Стандарт відновлюваного палива» як передове або целюлозне біопаливо та за «Стандартом низьковуглецевого палива» Каліфорнії як сировина для низьковуглецевих палив. Майже весь біогаз, що споживається в США, виробляється з анаеробного розкладання і використовується для виробництва електроенергії.

Збір та використання біогазу зі сміттєзвалищ

Сміттєзвалища для муніципальних твердих відходів є джерелом біогазу. Біогаз природним чином виробляється анаеробними бактеріями на сміттєзвалищах міських твердих відходів і називається «звалищним газом». Звалищний газ з високим вмістом метану може бути небезпечним для людей та довкілля, оскільки метан є легкозаймистим. Метан також є сильним парниковим газом. Біогаз містить невелику кількість сірководню, отруйної та потенційно токсичної речовини у високих концентраціях.

Ілюстрація: Адаптовано з National Energy Education Project (публічне надбання)

У Сполучених Штатах регулювання в рамках Закону про чисте повітря вимагає від сміттєзвалищ муніципальних твердих відходів певного розміру встановлювати та експлуатувати системи збору та контролю звалищного газу. Деякі сміттєзвалища знижують викиди звалищного газу шляхом його уловлювання та спалення. Спалювання метану у звалищному газі призводить до утворення CO2, але CO2 не такий сильний парниковий газ, як метан. Багато сміттєзвалищ збирають звалищний газ і очищають від CO2, водяної пари та сірководню, і використовують його для виробництва електроенергії або продажу як заміну природного газу. 

Адміністрація енергетичної інформації США (EIA) оцінює, що у 2021 році на 311 сміттєзвалищах США було зібрано близько 232 мільярдів кубічних футів звалищного газу, в результаті спалювання якого було вироблено близько 9,4 мільярдів кіловат-годин (кВт·год) електроенергії. Це становило близько 0,2% від загального обсягу виробництва електроенергії у США у 2021 році.

Біогаз із стічних вод та промислових стоків

Багато муніципальних очисних споруд та виробників, таких як паперові фабрики та харчові переробні заводи, використовують анаеробні реактори у процесі переробки відходів. Деякі очисні споруди та промислові об'єкти збирають та використовують біогаз, що утворюється в анаеробних реакторах, для обігріву реакторів, що покращує процес анаеробного зброджування і знищує патогенні організми, а деякі використовують його для виробництва електроенергії для використання на об'єкті або для продажу. EIA оцінює, що у 2021 році 57 таких типів очисних споруд у Сполучених Штатах виробили загалом майже 1 мільярд (895 мільйонів) кВт·год електроенергії.

Ілюстрація: Анаеробні реактори на споруді очищення стічних вод у Лінкольні, штат Небраска. Джерело: Уряд Лінкольна, штат Небраска (захищено авторським правом)

Використання біогазу з тваринних відходів

Деякі молочні ферми та тваринницькі господарства використовують анаеробні реактори для виробництва біогазу з гною та використаного підстилкового матеріалу зі своїх хлівів. Деякі фермери, що займаються тваринництвом, накривають свої сховища для гною (також відомі як гноєві лагуни) для збору біогазу, який утворюється в лагунах. Метан у складі біогазу може використовуватися для нагрівання води та будівель, а також як паливо в дизель-генераторах для виробництва електроенергії для ферми. За оцінками Управління енергетичної інформації США, у 2021 році 19 великих молочних та тваринницьких господарств у Сполучених Штатах виробили загалом близько 0.2 мільярда (183 мільйонів) кВт·год електроенергії з біогазу.

Джерело: https://www.eia.gov