Biogaz to jedno z najważniejszych odnawialnych źródeł energii, wykorzystywane głównie w kogeneracji, czyli jednoczesnej produkcji ciepła i energii elektrycznej. Aby jednak jego spalanie było efektywne i bezpieczne, konieczne jest odpowiednie oczyszczenie gazu przed podaniem go do silnika. Jednym z najważniejszych procesów uzdatniania biogazu jest odsiarczanie, czyli usunięcie siarkowodoru (H₂S).

Siarkowodór to związek chemiczny, który nawet w niewielkich ilościach powoduje korozję instalacji, przyspieszone zużycie silników kogeneracyjnych oraz wzrost kosztów eksploatacyjnych. Ponadto spalanie biogazu z wysoką zawartością H₂S prowadzi do emisji szkodliwych substancji, które mogą negatywnie wpływać na środowisko.

Dlatego skuteczne usuwanie siarkowodoru z biogazu jest niezbędne dla długoterminowej, stabilnej pracy biogazowni. Istnieje kilka metod odsiarczania, które różnią się skutecznością, kosztami oraz sposobem aplikacji. W tym artykule przyjrzymy się różnym technologiom usuwania H₂S, ich zaletom oraz zastosowaniu w praktyce.

Dlaczego odsiarczanie biogazu jest konieczne?

Siarkowodór to gazowy związek chemiczny, który w dużych ilościach jest toksyczny, agresywnie korozyjny i szkodliwy zarówno dla urządzeń, jak i dla środowiska. Biogaz wytwarzany w biogazowniach rolniczych lub oczyszczalniach ścieków często zawiera siarkowodór na poziomie kilkuset do kilku tysięcy ppm, podczas gdy bezpieczny poziom dla silników kogeneracyjnych wynosi maksymalnie 150-200 ppm.

Brak skutecznego odsiarczania prowadzi do:

• Korozji elementów instalacji gazowej, zbiorników i rur,
• Uszkodzeń silników kogeneracyjnych, skrócenia żywotności świec zapłonowych i filtrów,
• Zanieczyszczenia środowiska siarką w wyniku spalania biogazu o wysokiej zawartości H₂S,
• Wyższych kosztów eksploatacji związanych z częstymi awariami i konserwacją urządzeń.

Aby zapobiec tym problemom, należy zastosować skuteczne technologie usuwania siarkowodoru, dostosowane do specyfiki instalacji biogazowej.

Metody odsiarczania biogazu

W praktyce stosuje się kilka metod oczyszczania biogazu z siarkowodoru. Wybór odpowiedniej technologii zależy od:

• Składu biogazu,
• Ilości produkowanego biogazu,
• Warunków eksploatacyjnych instalacji,
• Możliwości finansowych inwestora.

Odsiarczanie biologiczne

Metoda biologiczna to jedna z najczęściej stosowanych technologii w biogazowniach, ponieważ jest ekologiczna, nisko kosztowa i nie wymaga stosowania środków chemicznych. Wyróżniamy dwa podejścia:

Odsiarczanie biologiczne w fermentorze

• W zbiorniku fermentacyjnym wytwarzają się bakterie siarkowe (Sulfobacter oxydans), które w obecności tlenu utleniają H₂S do mniej agresywnych związków siarki.
• Do fermentora wprowadza się niewielkie ilości powietrza w kontrolowany sposób, co umożliwia rozwój bakterii.
• Metoda ta jest ekonomiczna, ale wymaga odpowiedniej kontroli i stabilnych warunków temperaturowych.

Odsiarczanie biologiczne poza fermentorem

• Biogaz kierowany jest do zewnętrznych filtrów biologicznych, w których znajdują się specjalne nośniki dla bakterii siarkowych.
• Ta metoda pozwala na dokładniejszą kontrolę procesu oraz skuteczniejsze usuwanie H₂S, jednak wymaga instalacji dodatkowego reaktora.

Odsiarczanie chemiczne

Metoda chemiczna polega na dodawaniu do fermentora lub do gazu substancji, które wiążą siarkowodór w postaci nierozpuszczalnych soli. Stosuje się:

• Wodorotlenki lub tlenki żelaza – dodawane do fermentora w celu wiązania H₂S i ograniczenia jego emisji do biogazu.
• Wodorotlenki sodu i wapnia – stosowane w filtrach chemicznych do absorpcji H₂S.
• Węgiel aktywowany lub ruda darniowa – stosowane w adsorberach chemicznych, które wychwytują H₂S z biogazu przepływającego przez złoże.

Zaletą metody chemicznej jest wysoka skuteczność usuwania siarkowodoru, ale wymaga ona ciągłej dostawy środków chemicznych, co podnosi koszty eksploatacji.

Odsiarczanie fizyczne

Polega na przepuszczaniu biogazu przez specjalne płuczki wodne lub chemiczne, które absorbują siarkowodór. Może być realizowane poprzez:

• Płukanie wodne – biogaz przepuszczany jest przez wodę w kolumnach absorpcyjnych.
• Płuczki chemiczne – biogaz przechodzi przez ciecz zawierającą związki chemiczne, które reagują z H₂S.

Metoda ta jest skuteczna, ale wymaga utrzymania odpowiednich warunków absorpcji, co może wiązać się z dodatkowymi kosztami.

Która metoda odsiarczania biogazu jest najlepsza?

Wybór odpowiedniej metody zależy od wielkości instalacji, stężenia H₂S w biogazie oraz kosztów operacyjnych.

• Małe biogazownie rolnicze – często stosują biologiczne odsiarczanie w fermentorze, które jest tanie i proste w obsłudze.
• Średnie instalacje – wykorzystują filtry chemiczne z węglem aktywowanym oraz stosują tlenki/wodorotlenki żelaza, co zapewnia lepszą skuteczność.
• Duże biogazownie i oczyszczalnie ścieków – preferują odsiarczanie biologiczne w reaktorach zewnętrznych, które są bardziej efektywne i pozwalają na odzysk siarki w formie nawozu.

Warto również pamiętać, że skuteczność odsiarczania zależy od optymalizacji całego procesu fermentacji. Właściwy dobór substratów oraz monitorowanie parametrów biogazu pozwala ograniczyć ilość powstającego siarkowodoru i zmniejszyć koszty oczyszczania.

Podsumowanie

Odsiarczanie biogazu to kluczowy proces, który ma bezpośredni wpływ na efektywność energetyczną, żywotność instalacji oraz koszty eksploatacyjne biogazowni. Obecność siarkowodoru (H₂S) w biogazie prowadzi do korozji elementów instalacji, przyspieszonego zużycia silników kogeneracyjnych oraz wzrostu kosztów serwisowych. Dlatego odpowiedni wybór i wdrożenie skutecznej metody usuwania H₂S jest niezbędne dla stabilnej i bezpiecznej pracy biogazowni.

W zależności od specyfiki instalacji i składu biogazu można zastosować biologiczne, chemiczne lub fizyczne metody odsiarczania, zarówno wewnętrzne (w fermentorze), jak i zewnętrzne. Każda z nich ma swoje zalety i ograniczenia, dlatego kluczowe jest dopasowanie technologii do warunków pracy instalacji oraz poziomu siarkowodoru w gazie.

Odpowiednie przygotowanie biogazu do spalania minimalizuje ryzyko awarii, przedłuża żywotność układu kogeneracyjnego oraz zwiększa opłacalność inwestycji. Właściwie dobrana metoda oczyszczania pozwala również na spełnienie norm środowiskowych oraz uniknięcie problemów związanych z emisją zanieczyszczeń.

Dla inwestorów i operatorów biogazowni kluczowe jest regularne monitorowanie składu biogazu i szybka reakcja na wszelkie wahania poziomu H₂S. Profesjonalna analiza składu biogazu oraz dobór optymalnej technologii odsiarczania to fundament bezpiecznej i wydajnej eksploatacji instalacji biogazowej.