Kaip metaną paversti degalais?

2023-10-20

Dr. Krisas Manas: „Gaudydami metaną ir naudodami jį vietoje iškastinio kuro, galime greitai sulėtinti klimato kaitą ir uždirbti pinigų sau bei ūkiui.“© Bennamann

Šiltnamio efektą sukeliančių dujų, išmetamų gyvulininkystės ūkiuose, emisijos retai kada džiugina, tačiau nedidelė Kornvalio įmonė iš Jungtinės Karalystės (JK) pasiūlė daugybę išmanių metodų, kaip jas surinkti ir paversti pelninga vertybe, rašoma portale www.fwi.co.uk.

Buhalterinė apskaita. Horizontali. Straipsnių viduje.

Šiuo metu žemės ūkyje išmetama apie 10 proc. visų JK šiltnamio efektą sukeliančių dujų, iš kurių didžiąją dalį sudaro metanas, susidarantis daugiausia iš mėšlo, esančio srutų saugyklose ir mėšlidėse.

Daug dėmesio dabar skiriama ūkininkavimo praktikai keisti, kad būtų sumažintas susidarančių dujų kiekis, tačiau bendrovės „Bennamann“ metodas nereikalauja didelių pokyčių ūkio veikloje.

„Per ateinančius 20 metų metano įtaka globaliam atšilimui bus 86 kartus didesnė nei anglies dioksido, tačiau jis yra puikus kuras, kurio tūrinis energijos tankis daug didesnis nei vandenilio“, – sako vienas iš bendrovės įkūrėjų ir vyriausiasis technologijų vadovas dr. Krisas Manas (Chris Mann. – Gaudydami jį ir naudodami vietoje iškastinio kuro, galime greitai sulėtinti klimato kaitą ir uždirbti pinigų sau bei ūkiui.“

Bendrovė „Bennamann“ virš srutų lagūnų „gaudo“ metaną ir paverčia jį degalais vidaus degimo varikliams © Bennamann

Deginant metano pagrindu pagamintą kurą naujausiuose efektyviuose vidaus degimo varikliuose, į aplinką išmetamas anglies dioksido kiekis, lygiavertis tam, kurį absorbuoja jo gamybai naudojamos organinės medžiagos.

Bendrovę įkūrė bičiuliai

„Bennamann“ 2011 m. įkūrė verslininkai ir banglenčių sporto bičiuliai Michaelas Bennetas (Michael Bennett) ir dr. Krisas Manas (Chris Mann), kurie norėjo rasti vietinių švarios energijos šaltinių, nepriklausančių nuo vyriausybės subsidijų. Jie išnagrinėjo įvairias atsinaujinančiosios energijos rūšis, kol suprato, kiek daug energijos tiesiog iššvaistoma skaidant organines medžiagas.

„Pirmą kartą apie tai sužinojau JAV. Jie ten laiko nupjautą žolę specialiose patalpose, nes ji gali išskirti tiek dujų, kad, įjungus šviesą, jos gali sprogti“, – sako dr. Krisas Manas. – Supratome, kiek daug energijos yra sukaupta organinėse medžiagose.“

Iš pradžių biometanui gaminti planuota naudoti organines medžiagas, pavyzdžiui, nupjautą žolę, tačiau vėliau nuspręsta, kad dujų jau yra tiek daug, kad jas reikia ne gaminti, o surinkti.

Srutų lagūnos buvo gera pradžia, nes iš jų išsiskiria dideli dujų kiekiai, o jas pritaikius ūkininkams nereikės keisti ūkio veiklos būdo.

Dr. K. Manuitaikomosios fizikos ir kosminės erdvės mokslų išsilavinimas suteikė technologinių žinių, reikalingų sudėtingoms sistemoms sukurti ir visam procesui plėtoti. Dabar jam talkina 35 narių komanda, kuri dirba dviejose vietose – projektavimo ir gamybos įmonėje „Aerohub“, esančioje šalia Kornvalio oro uosto, Niukvėjuje, ir mokslinių tyrimų įmonėje Čenoveto ūkyje, netoli Truro. Įmonė auga taip sparčiai, kad per ateinančius trejus metus planuojama padvigubinti darbuotojų skaičių.

Kuras iš srutų

Srutų lagūnos yra pirmasis įmonės tikslas. Ji sukūrė naujo tipo dengtą saugyklą, kuri surenka metaną, kai jis išsiskiria nuo skysčio viršaus. Kai virš lagūnos susikaupia pakankamas dujų kiekis, perdirbimo sunkvežimis „paverčia“ jas švariomis suslėgtomis dujomis arba skystu metano kuru, kurį galima naudoti vidaus degimo varikliams.

Iš esmės tai tas pats suslėgtas arba suskystintas biometanas (CBG ir LBG), tačiau atliekinės dujos yra panaudojamos, o ne sąmoningai skaidomos organinės medžiagos, todėl joms suteiktas kitas pavadinimas.

„Mes vadiname tai pasklidusiu metanu, o produktai, į kuriuos jį paverčiame, yra suslėgtasis ir skystasis pasklidęs metanas (CFM ir LFM)“, – sako dr. K. Manas.

Suslėgtosios dujos laikomos sustiprintuose balionuose. © James Andrews

Finansinė nauda

Be naudos aplinkai pagaminto kuro vertė turėtų padėti mažesniems šeimos pieno ūkiams pateisinti investicijas į geresnį srutų laikymą.

„Bennamann“ lagūna kainuoja maždaug dvigubai brangiau nei įprastinis žemės pylimas ir 30 proc. brangiau nei antžeminė saugykla, tačiau bendrovė teigia, kad dėl pagaminto kuro vertės investicijos turėtų atsipirkti per 4–6 metus, priklausomai nuo ūkio dydžio.

„Įprastas pieno ūkis pagamina šešis kartus daugiau pasklidusio metano nei reikia jo veiklai, todėl likusią dalį galima surinkti, parduoti ir pasidalyti pelnu su ūkininku“, – sako dr. K. Manas.

Be to, yra galimybė šį kurą naudoti kai kuriose ūkio transporto priemonėse, pavyzdžiui, naujuose dujomis varomuose traktoriuose arba jau turimoje technikoje, kurioje sumontuotas konversijos komplektas. Be to, degalus galima naudoti šildymui arba generatoriui, kad būtų galima įkrauti elektromobilius.

Sistema sukurta taip, kad pagamintai energijai paskirstyti nebūtina, jog ūkis būtų netoli magistralinio dujotiekio. Ji taip pat ekonomiškai efektyvi ūkiams, kuriuose laikoma 50 ir daugiau karvių, o ūkininkams, norintiems įsitraukti į projektą, bus pasiūlytos įvairios finansavimo galimybės.

Tiems, kurie jau turi geros kokybės saugyklą, yra įrengiamas dujų surinkimo kupolas, kurį galima pritaikyti atlikus minimalius pakeitimus.

Kornvalyje gaminami inovatyvūs lagūnų apdangalai © Bennamann

Dėl sudėtingos sąrankos bendrovė planuoja perimti savo įrengtų srutų saugyklų kontrolę ir valdyti dujų konversijos procesą. Tai reiškia, kad ūkiui tereikia rūpintis tik pripildymu ir ištuštinimu.

Kai dujos bus surinktos iš saugyklos, srutos gali būti paskleistos įprastiniu būdu arba gali būti atliktas papildomas procesas, pagerinantis jų dirvožemio maitinamąsias savybes. Tai apima anaerobinių bakterijų naikinimą oru prieš įterpiant aerobines bakterijas iš komposto ar mėšlo, kurių poveikis šiuo metu bandomas.

Bandomieji ūkiai

„Bennamann“ novatoriški darbai, kuriuos iš dalies finansavo Europos regioninės plėtros fondas, buvo vykdomi Čenoveto ūkyje netoli Truro.

Kitas etapas – dvejus metus truksiantis bandomasis projektas su Kornvalio taryba, kurio metu dujos bus renkamos iš šešių jos nuomojamų pieno ūkių, kurių bandos dydis svyruoja nuo 70 iki 300 karvių. Kiekviename ūkyje bus įrengtos srutų lagūnos, kuriose besikaupiančias dujas galima saugoti savaitę ar ilgiau, o jas perdirbs vienas mobilus perdirbimo įrenginys.

Pagamintos dujos bus naudojamos rangovo kelių priežiūros sunkvežimių parkui eksploatuoti. Jie turi 3 litrų darbinio tūrio dujinį variklį, išvystantį 136 AG ir 350 Nm sukimo momentą.

Bendrovė planuoja tobulinti šį procesą per visą projekto laikotarpį, kol jis bus pradėtas taikyti visuose 58 tarybos nuomojamuose pieno ūkiuose.

Be to, įmonė turi plataus užmojo planų aptarnauti visą Jungtinę Karalystę ir siūlyti savo paslaugas visame pasaulyje. Įmonė jau pritraukė keletą investuotojų, o „CNH Industrial“ šiais metais įsigijo mažumos akcijų paketą. Didelio gamintojo įtaka padės „Bennamann“ plėstis pasauliniu mastu ir pritaikyti franšizės modelį dujų gamybai.

Vienas iš bendrovės mobiliųjų metano konversijos sunkvežimių aptarnaus maždaug šešis vidutinio dydžio ūkius, taigi, kad ekonominis naudingumas pasiteisintų, reikės kooperuotis.

Mobilus perdirbimo įrenginys lagūnos metaną į vertingą kurą gali paversti mažiau nei per 24 valandas. © James Andrews

Kitas projektas – metaną naudojantis elektromobilių įkroviklis, kurį galima įrengti nutolusiose vietovėse ir kuriam nereikia imti energijos iš tinklo.

Tai bus naujausias FPT metano variklis, maitinantis generatorių, kurio pajėgumo pakaks visiškai įkrauti „Tesla“ automobilį per mažiau nei valandą.

Juos sumontavus, variklio gaminama šiluma galima šildyti vietinius namus, verslo patalpas ar sandėlius.

Suslėgtosios dujos ir skystasis kuras

Nuo pat pradžių „Bennamann“ daugiausia dėmesio skyrė suslėgtų dujų, kurios platinamos stipriai sutvirtintuose balionuose ir talpyklose, gamybai. Šiomis dujomis gali būti varomos naujos biometano transporto priemonės, pavyzdžiui, įvairūs „Iveco“ biodujų furgonai ir sunkvežimiai.

Atlikus keletą nedidelių pakeitimų, jis taip pat tinka benzininiams automobiliams, kuriuose sumontuota suskystintų naftos dujų sistema, o dyzeliniams automobiliams taip pat galima pritaikyti rinkinius.

Bendrovė „Bennamann“ jau turi technologiją, leidžiančią gaminti suskystintas dujas, kurių energijos tankis šešis kartus didesnis. Tai reiškia, kad jis tampa panašus į dyzeliną, o sunkiasvorės transporto priemonės gali naudoti panašaus dydžio degalų baką kaip ir įprastas traktorius.

Ši technologija jau sėkmingai naudojama kai kuriuose sunkvežimiuose, tačiau degalai turi būti kruopščiai tvarkomi, kad neužvirtų ir neišsiveržtų į atmosferą. „Kai tik šios talpyklos pasidaro nesandarios, tai yra tas pats, kas deginti iškastinį kurą“, – sako dr. K. Manas.

Bendrovė teigia, kad šią problemą išsprendė sukonstravę baką su integruotu aušinimo įtaisu, kuris palaiko pastovią -164 ^oC temperatūrą. Jis gali būti maitinamas iš išorinio šaltinio arba bake esančiu metanu.

Kiti ūkio energijos šaltiniai

Įmonės inžinieriai taip pat kūrė metano surinkimo iš pašarų atliekų ir kietojo mėšlo technologiją. Į medžiagą įpilama vandens ir paliekama porai dienų, kol susidaro srutos, kurios vėliau gali būti nuleidžiamos į uždengtą lagūną, kur dujos surenkamos. Likusią pluoštinę medžiagą galima paskleisti kaip dirvožemio gerinimo priemonę arba pasterizuoti ir naudoti kaip kraiką.

Jie taip pat ieško panašaus kuro šaltinio iš valdomų biologiškai įvairiapusių augalinių sąžalynų, kurie gali būti naudojami gyvulininkystės ūkiuose.

Ūkyje įrengtas 1 ha bandymas su devyniais kruopščiai tvarkomais sklypais, kuriuose per metus surenkama 20 t sausųjų medžiagų. Juose nenaudojama jokių dirbtinių papildų, tačiau derlius maksimaliai didinamas stebint kiekvieno sklypo augalų augimą iš kosmoso ir tikrinant tankį specialiu matuokliu.

„Tikimės pasiekti, kad iš kiekvieno kvadratinio metro žolyno galėtume pagaminti tokį kiekį metano, kurio energija prilygtų vieno litro benzino energijai“, – sako dr. K. Manas.

Nauda aplinkai

Bendrovės atstovų teigimu, du trečdalius pasaulyje išmetamo metano kiekio sukuria žmonės, o įvairios metano surinkimo technologijos galės pašalinti ketvirtadalį šio kiekio ir panaudoti jį tiesiogiai vietoj iškastinio kuro.

„Vien šis darbas smarkiai sumažintų pasaulinio atšilimo tempą ir suteiktų mums galimybę išspręsti kitas problemas“, – įsitikinęs dr. K. Manas.

Įmonė taip pat gali saugoti didelius metano kiekius virš lagūnų – kai kuriais atvejais net iki kelių mėnesių, todėl yra galimybė jį deginti pagal poreikį ir tiekti papildomą energiją į tinklą nenaudojant iškastinio kuro.

Dar viena svarbi sritis – naftos ir dujų pramonė, į kurią išmetama 30 proc. viso pasaulio metano. Dr. K. Manas ir klimato kaitos konsultantas Timas Foksas (Tim Fox) kartu įkūrė Tarptautinę pasklidusių teršalų mažinimo asociaciją (International Fugitive Emissions Abatement Association, IFEAA), kurios tikslas – didinti informuotumą apie pasklidusį metaną ir daryti spaudimą pramonei, kad ji imtųsi pokyčių.

„Dabar turime technologiją, leidžiančią stebėti metano išmetimą iš kosmoso ir nustatyti už jo išmetimą atsakingus asmenis“, – sako dr. K. Manas.

Srutų saugyklos statyba

Efektyvaus metano dujų surinkimo atspirties taškas – pagal užsakymą „Bennamann“ pastatyta srutų lagūna, kurios pagrindas – standartinė žemės sankasos konstrukcija. Tačiau išradingiausia dalis yra jos trisluoksnė membranų sistema, kuri sulaiko dujas ir atskiria jas nuo skysčio.

Pirmasis sluoksnis – tai įprastinis įdėklas duobės dugne, o antrasis – lanksti membrana, esanti ant skysčio, kad nesusidarytų pluta. Duobėje taip pat įrengi purkštukai, kad srutos lėtai judėtų.

Kai iš srutų išsiskiria metanas, jis surenkamas perforuotu vamzdžiu, einančiu per visą lagūnos perimetrą, iškart po antrąja membrana. Vėliau vamzdynu jis patenka į porą aktyvintosios anglies filtrų, kurie pašalina kenksmingus toksinus, pavyzdžiui, sieros vandenilį.

Išvalytos dujos grįžta atgal į lagūną ir kaupiamos kišenėje tarp antrosios ir trečiosios membranos. Didėjant dujų kiekiui, trečioji membrana plečiasi kartu su jomis, todėl dujas galima laikyti bent savaitę.

Membranos sandariai pritvirtinamos prie vandens pripildyto padėklo aplink perimetrą, tokiu būdu komanda įspėjama apie bet kokį nuotėkį.

Esamuose geros kokybės sandėliuose galima įrengti pasunkintą modernizuotą membraną su minimaliais pakeitimais. Ji nėra tokia sandari kaip pagal užsakymą pagamintas variantas, tačiau sulaikys didžiąją dalį išsiskiriančių dujų.

Visose lagūnose įrengta daugybė išmaniųjų jutiklių, kontroliuojančių tokius parametrus kaip dujų kiekis, kokybė ir temperatūra, todėl lagūnos nuolat prižiūrimos, operatoriui net nesant ūkyje.

Bendrovė „Bennamann“ membranas gamina pati ir šiuo metu stato didesnę nestandartinę gamyklą Chenoweth ūkyje.

Vertė Saulius Zagorskis (LŽŪKT), agroakademija.lt informacija