Opwerking van biogas: membranen, PSA, waterwassing en aminen — een vergelijking

Vier meest voorkomende technologieën voor de opwerking van biogas tot biomethaan zijn membranen, drukzwaaiadsorptie (PSA), waterwassing en aminewassing. Alle scheiden CO₂ van methaan, maar verschillen in mechanisme, type verbruikte energie, methaanverliezen en de verwachte kwaliteit van de CO₂ aan de uitlaat. De onderstaande vergelijking is kwalitatief van aard: concrete parameters worden opgegeven in offertes en onderzoeken voor een specifiek systeem.

Werkingsprincipes

Membranen. Modules met selectieve vezels of vellen, waardoor CO₂ (evenals waterdamp en een deel van andere gassen) sneller diffundeert dan CH₄. De scheiding vindt plaats onder druk, meestal in meerdere trappen met recirculatie van de stroom. Beschrijving in de tekst Membraanopwerking].

PSA (drukzwaaiadsorptie). Een bed van adsorbens (bijv. actieve kool of moleculaire zeven) adsorbeert selectief CO₂ onder druk, en regeneratie vindt plaats door verlaging van de druk. Cyclisch proces in meerdere kolommen. Beschrijving: PSA bij opwerking].

Waterwassing. Biogas onder druk komt in contact met water in een kolom; CO₂ lost veel beter op in water dan CH₄. Het water wordt geregenereerd door drukverlaging en doorspoelen met lucht. Beschrijving: Waterwassing].

Aminewassing. CO₂ bindt zich chemisch aan een amineoplossing in de absorber. Het oplosmiddel wordt geregenereerd door verhitting in de desorber, wat warmte vereist, en de CO₂ komt relatief zuiver vrij. Beschrijving: Aminewassing].

Vergelijking

Methaanverliezen zijn een cruciale parameter: naast het verlies van grondstof betekenen ze uitstoot van broeikasgas of de noodzaak van naverbranding. De omvang van dit fenomeen wordt beschreven in de tekst Methaanslip bij opwerking].

Energie

Druktechnologieën (membranen, PSA, waterwassing) verbruiken voornamelijk elektrische energie voor compressie, en hun verbruik is afhankelijk van de configuratie. Aminen vereisen warmte, dus zijn het meest rendabel wanneer goedkope laagtemperatuurwarmte beschikbaar is, bijvoorbeeld restwarmte. De energiebalans wordt besproken in de tekst Energieverbruik bij opwerking]; het totale verbruik van elektrische en thermische energie moet worden vergeleken, rekening houdend met de waarde van elk.

Selectiecriteria

1. Beschikbaarheid van warmte. Restwarmte bevordert het gebruik van aminen; het ontbreken ervan vergroot het belang van elektrische technologieën.
2. Schaal. Modulaire membranen schalen goed naar beneden; wassers en amine-installaties zijn efficiënter bij grotere debieten.
3. Eisen aan CO₂. Als CO₂ moet worden benut (droogijs, voedingsmiddelenindustrie, kassen), zijn zuiverheid en hoeveelheid van belang, niet alleen de kwaliteit van het biomethaan; zie Biogene CO₂ uit biomethaaninstallaties].
4. Methaanverliezen en naverbranding. Milieuvoorschriften en economie van verliezen.
5. Lokale omstandigheden. Toegang tot water, ruimte, geluid, druk in het doelnet.
6. Eisen aan voorbehandeling van het gas. Zie Voorbehandeling van biogas].
7. Garanties en onderhoud. Gegarandeerde verliezen, energieverbruik, beschikbaarheid en toegang tot onderhoud.

Een alomvattende vergelijkingsmethode wordt voorgesteld in de tekst Hoe een opwerkingstechnologie kiezen: een beslissingsmatrix], en een overzicht van vijf methoden is te vinden in het artikel Opwerkingstechnologieën: vergelijking van vijf methoden].

Waar op te letten

• Het vergelijken van offertes zonder uniforme aannames (gassamenstelling, druk, productkwaliteit, verliezen).
• Het negeren van de kosten van warmte of de alternatieve waarde ervan.
• Evaluatie uitsluitend op basis van investeringskosten, zonder rekening te houden met operationele kosten, vervanging van materialen en methaanverliezen.
• De aanname dat alle technologieën dezelfde CO₂-kwaliteit aan de uitlaat leveren.

Hoe offertes te lezen

Elke aanbieder geeft methaanverliezen, energieverbruik en productkwaliteit op onder bepaalde aannames (samenstelling en druk van het ruwe gas, temperatuur, vereiste productsamenstelling). Om een zinvolle vergelijking te maken, moeten offertes onder dezelfde aannames worden vergeleken en moet worden gecontroleerd welke parameters gegarandeerd zijn en welke slechts worden voorspeld. Controlevragen: wat valt onder de leveringsomvang (voorbehandeling, compressoren, koeling, naverbrander voor restgas)? Wat zijn de voorwaarden voor de garantie op methaanverliezen? Wat gebeurt er bij een belastingsdaling? Hoe ziet het onderhoudsbereik en de beschikbaarheid van onderdelen eruit? Wat zijn de kosten voor vervanging van verbruiksartikelen (membranen, adsorbens, oplosmiddel)?

Praktische conclusies

• Bij beschikbare, goedkope restwarmte is aminetechnologie vaak voordelig, vooral wanneer lage methaanverliezen of zuivere CO₂ belangrijk zijn.
• Bij kleinere schaal en behoefte aan eenvoudig onderhoud worden vaak membranen overwogen.
• Waterwassing en PSA hebben een lange toepassingsgeschiedenis en goed bekende werkomstandigheden.
• De uiteindelijke keuze kan het beste voorafgegaan worden door een levenscycluskostenanalyse, inclusief energie, onderhoud, methaanverliezen en de waarde van CO₂.