世界各國都在迫切地尋找化石燃料的替代品,以減少溫室氣體 (GHG) 排放,從而減緩全球變暖。實現(xiàn)該目標(biāo)的方法之一是用沼氣及其精煉產(chǎn)品生物甲烷代替天然氣,但長期以來,化石天然氣的低價格和大量供應(yīng)抑制了沼氣的大規(guī)模生產(chǎn)。只有在兼具環(huán)保效益和可持續(xù)經(jīng)濟效益的情況下,生物甲烷才是可行的解決方案。而該生產(chǎn)中的持續(xù)監(jiān)測及工藝優(yōu)化更顯得尤為重要。
深埋地下的有機物層在高溫高壓下分解,歷經(jīng)數(shù)百萬年時間,最終形成天然氣,它由甲烷和少量其他氣態(tài)碳?xì)浠衔锝M成。因此,天然氣是一種化石燃料,它燃燒釋放的溫室氣體在全球溫室氣體排放中占比很大。例如,根據(jù)美國環(huán)保局(USEPA)的數(shù)據(jù),2020年,天然氣消費導(dǎo)致的二氧化碳排放占美國住宅和商業(yè)部門直接化石燃料CO2排放量的79%。
不斷上升的能源成本、供應(yīng)鏈中斷,以及與天然氣開采、運輸和燃燒相關(guān)的溫室氣體排放意味著人類需要可靠、更經(jīng)濟和更可持續(xù)的天然氣替代品。
在綠色轉(zhuǎn)型期間,化石燃料將被逐步淘汰,因而有必要通過創(chuàng)新尋找替代的清潔能源。因此,隨著我們進(jìn)入綠色能源能夠盈利且可持續(xù)發(fā)展的時代,新技術(shù)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
用生物甲烷替代天然氣
沼氣是新興的能源形式之一,生物甲烷也是。生物甲烷從沼氣中提煉出來可代替天然氣使用。到目前為止,生物甲烷主要在當(dāng)?shù)厣a(chǎn),例如在農(nóng)場、廢物處理設(shè)施和垃圾填埋場。阻礙能源大量生產(chǎn)的關(guān)鍵問題是沼氣廠效率低下、質(zhì)量不一、產(chǎn)量波動和沼氣廠停產(chǎn),這也會導(dǎo)致客戶成本高昂。
作為一種重要的綠色替代能源,只有當(dāng)它具有經(jīng)濟效益并且能夠與可用的其他替代性可再生能源競爭時,它才有用武之地。對生產(chǎn)和提純沼氣以生產(chǎn)生物甲烷的工藝進(jìn)行在線監(jiān)測可以提高生產(chǎn)效率,使生物甲烷成為具有經(jīng)濟效益且環(huán)保的化石燃料替代品。
變革潮流正在席卷整個行業(yè),生物甲烷產(chǎn)量正在上升。維薩拉電力與能源總監(jiān) Pasi Iisakla和產(chǎn)品經(jīng)理Antti Heikkilä表示:“推動這種變化的因素除了天然氣價格飆升之外,還有歐盟的綠色轉(zhuǎn)型及其嚴(yán)格的排放目標(biāo)。如果我們想要實現(xiàn)這些目標(biāo),就必須在這十年結(jié)束時生產(chǎn)十倍以上的生物甲烷以取代化石燃料。”
在歐盟目前生產(chǎn)的沼氣中,約有75%用作當(dāng)?shù)責(zé)嵩春桶l(fā)電,只有近20%的沼氣被轉(zhuǎn)化為生物甲烷。根據(jù)歐盟委員會的RePowerEU計劃,預(yù)計到2030年生物甲烷產(chǎn)量將增加十倍,到2050年將增長更多。如今,生物甲烷的生產(chǎn)成本估計約為80歐元/MWh,但歐洲沼氣協(xié)會希望未來可以下降到55歐元/MWh。只有借助新的工藝控制儀表,才能實現(xiàn)這種產(chǎn)量和效率的雙增長。
從手動控制到優(yōu)化生產(chǎn)
這就是由維薩拉開發(fā)并在多個沼氣廠測試的傳感器技術(shù)的用武之地。該技術(shù)可以使生物甲烷的生產(chǎn)更節(jié)省資源、更清潔,質(zhì)量更穩(wěn)定。自動化和遠(yuǎn)程控制有助于將沼氣廠規(guī)模及其產(chǎn)量擴大到一個新的水平。
此外,由于生產(chǎn)控制的改善和規(guī)模的擴大,生物甲烷的生產(chǎn)價格預(yù)計將降至當(dāng)前天然氣價格的一半,實現(xiàn)盈利目標(biāo)。
當(dāng)僅為熱電聯(lián)產(chǎn)廠(CHP)生產(chǎn)沼氣時,即使沒有實時氣體質(zhì)量測量,也可以有效地控制生產(chǎn)工藝,因為氣體的甲烷含量相對較低,并且可以在一定范圍內(nèi)波動。
維薩拉產(chǎn)品經(jīng)理Antti Heikkilä表示:“當(dāng)對沼氣進(jìn)行提煉,若想將作為燃料的生物甲烷含量達(dá)到95%時,就需要一種更精確和智能的測量技術(shù)。這會提高生物甲烷生產(chǎn)效率,并盡量減少有害的甲烷泄漏。”
當(dāng)生產(chǎn)工藝盡可能實現(xiàn)自動化和優(yōu)化時,我們能夠捕獲和利用更大比例的原材料,這也將減少材料浪費。生產(chǎn)工藝中的甲烷浪費量也可以盡量降低。從沼氣中分離出的二氧化碳可以被捕獲、凈化和出售。
在理想情況下,該工藝會成為一個封閉系統(tǒng),所有流出物都以某種形式被捕獲和利用。
Antti Heikkilä指出:“這些沼氣廠并不缺乏原材料。據(jù)世界沼氣協(xié)會估計,目前高達(dá)98%可分解為沼氣的廢棄物未得到充分利用。”
維薩拉的可靠技術(shù)和專業(yè)知識
作為氣象、環(huán)境和工業(yè)測量方面的設(shè)備生產(chǎn)廠商,維薩拉已經(jīng)擁有沼氣測量所需的技術(shù),這種技術(shù)之前用于監(jiān)測大容量變壓器的狀況等領(lǐng)域。
維薩拉新的技術(shù)MGP261和MGP262都可以連續(xù)測量甲烷、二氧化碳和濕度。主要區(qū)別在于MGP261可測量甲烷含量為0-100%的氣體,因此應(yīng)用范圍包括厭氧發(fā)酵工藝中的各個點、填埋氣體監(jiān)測、沼氣處理工藝中的活性碳過濾器以及熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)動機進(jìn)料氣體監(jiān)測。而MGP262可測量甲烷含量為0-5%的氣體,因此主要用于原地測量沼氣提純工藝(將沼氣中的甲烷濃縮至天然氣標(biāo)準(zhǔn))中的逸出氣體,此類應(yīng)用需要在二氧化碳濃度高的情況下可靠且高度準(zhǔn)確地測量低濃度甲烷。
維薩拉電力與能源總監(jiān)Pasi Iisakla表示:“沼氣廠的另一個挑戰(zhàn)是處理腐蝕性雜質(zhì),例如硫酸。”
維薩拉與客戶合作開發(fā)的“沼氣版本”已成功通過測試。例如,在芬蘭埃斯波的Ämmässuo廢棄物處理中心進(jìn)行了測試,該中心是歐洲最大的此類廢棄物處理中心之一。其他試點地點包括丹麥哥本哈根的一家專門從事碳捕獲和儲存技術(shù)的垃圾焚燒廠,以及日本三浦的一家可生產(chǎn)沼氣、熱能和電力的大型垃圾處理廠。
Pasi Iisakkala表示:“我們現(xiàn)在正在擴大這些解決方案的規(guī)模,并將已經(jīng)在加工工業(yè)中測試過的技術(shù)引入到新領(lǐng)域。這是維薩拉25年環(huán)境測量歷程中的新篇章。”
據(jù)Pasi Iisakkala和Antti Heikkilä稱,沼氣和生物甲烷是能源轉(zhuǎn)型解決方案的重要組成部分。得益于維薩拉的可靠技術(shù),它們的生產(chǎn)已兼具環(huán)保效益和可持續(xù)經(jīng)濟效益
原標(biāo)題:維薩拉傳感器技術(shù)助力能源綠色轉(zhuǎn)型