レンでのバイオガスアップグレードパフォーマンスの向上

高等教育出版局

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クレジット: Tao SUN、Wenlong LI、Jiandong WEI、Long JI、Qingyao HE、Shuiping YAN

バイオガスは通常、動物の糞尿や藁廃棄物などの有機廃棄物の嫌気性消化によって生成され、典型的なグリーン再生可能エネルギーであり、発電や熱生産の燃料として使用できます。 中国は年間約150億㎥のバイオガスを生産する大規模なバイオガス生産地を保有しており、バイオガスの開発と利用はエネルギー危機に対処するための新たな選択肢となっている。 実際、バイオガスには約 60% の CH4 と約 40% の CO2、および H2S や H2O などのその他の微量不純物が含まれています。 バイオガス中に CO2 が存在すると燃焼性能が大幅に低下し、バイオガス中の H2S もパイプラインや機器の腐食を引き起こします。 したがって、製品中のメタンの割合を増やすには、これらの不純物を除去する必要があり、このガス除去プロセスはバイオガスアップグレードとしても知られています。 バイオガスアップグレード技術の出現により、バイオガスプラントの経済的収入が増加するだけでなく、温室効果ガスの排出も削減できます。 理論的には、バイオガスは長い間、典型的なカーボンニュートラル燃料と考えられてきたため、バイオガスから CO2 を回収、利用、貯蔵することで、炭素排出量をマイナスにすると期待されています。

現在、多くの成熟したバイオガスアップグレード技術には、加圧水スクラビング、圧力スイング吸着、化学吸収、膜分離および極低温技術が含まれます。 その中でも、水洗浄と圧力スイング吸着はバイオガスから CO2 と H2S を同時に除去できますが、CH4 損失が高い (2% ～ 20%) という致命的な欠点があります。 CH4 の温室効果は CO2 の約 21 倍であることはよく知られています。 したがって、多くの研究者は、CH4 の損失がほとんどなく、反応速度が高い化学吸収法に注目しました。 偶然にも、吸収剤と酸性ガスの間の化学反応は安定した塩を形成する可能性があるため、化学吸収プロセスにはシステムのエネルギー消費が高く、CO2 吸収剤の損失が生じるという問題がありました。

上記の化学吸収法の問題を解決するために、Shuiping Yan教授と彼のチームは、グリーンエネルギー工学の原理と組み合わせて、バイオガススラリー（嫌気性消化の副産物）から再生可能なアンモニア水吸収剤を提案しました。 CO2を豊富に含む再生可能なアンモニア水吸収剤は、農地に直接施用するアンモニア態窒素肥料として使用できるため、従来の化学吸収剤の問題を回避できます。 さらに、チームメンバーは、気液膜接触器で再生可能なアンモニア水溶媒を使用することにより、バイオガスから CO2 と H2S を効率的に同時に除去することを達成しました。 一般的な物理吸収（H2S除去効率：48％）と比較して、0.1mol・L−1 NH3再生可能アンモニア水溶媒はバイオガスから97％H2Sを除去でき、H2Sの除去効率はこの吸収剤中の不純物による影響が少ない。 再生可能なアンモニア水溶液を 0.5 mol・L-1 NH3 に調整すると、バイオガスをパイプラインバイオメタンに精製できます。 さらに、中空糸膜コンタクターにおける CO2 と H2S の同時除去の最適な運転条件は、膜吸収プロセス中の温度や気液流量などのさまざまな運転パラメーターの影響を調査することによって決定され、一定の理論的条件が得られました。バイオガスアップグレードプロセスのグリーン開発の基礎と技術サポート。 この研究は、Frontiers of Agriculture Science and Engineering 2023, 10(3) に掲載されました。 DOI: 10.15302/J-FASE-2022473。

農学フロンティア

10.15302/J-フェーズ-2022473

実験研究

適用できない

膜接触器における再生可能なアンモニア水溶液による CO2 と H2S の同時除去によるバイオガスの評価