bioLNG: co to jest i kiedy ma sens skraplanie biometanu

bioLNG (skroplony biometan) to biometan schłodzony do temperatury około −162°C pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego, w której przechodzi w stan ciekły. Po skropleniu zajmuje około 600 razy mniejszą objętość niż w stanie gazowym, dzięki czemu można go przewozić cysternami na duże odległości i tankować do ciężkich pojazdów lub statków. Chemicznie jest tym samym związkiem co skroplony gaz ziemny (LNG), więc korzysta z istniejącej infrastruktury i silników; różni się pochodzeniem, a więc śladem węglowym.

Właściwości

Dla porównania bioCNG pod ciśnieniem 200–250 bar ma gęstość energii kilkakrotnie niższą niż ciecz kriogeniczna; to zasadnicza przewaga bioLNG w zastosowaniach, w których liczy się zasięg i ładowność.

Po co skraplać

1. Transport ciężki. Ciężarówki zasilane LNG mają większy zasięg niż CNG, a bioLNG może pozwalać na redukcję emisji paliwa przy użyciu tej samej floty.
2. Żegluga i przemysł morski. Statki zasilane LNG mogą wykorzystać bioLNG, co jest atrakcyjne dla armatorów dążących do ograniczania emisji.
3. Odbiorcy poza siecią. Przemysł i rolnictwo, które nie mają dostępu do gazociągu, mogą otrzymywać skroplony gaz w cysternach.
4. Logistyka na duże odległości. Skroplenie zmniejsza koszt transportu jednostkowego energii.

Co jest potrzebne, aby skraplać

• Dokładne oczyszczenie gazu. CO₂ w ciekłym metanie zamarza, więc jego stężenie przed skraplaniem musi spaść do poziomu rzędu kilkudziesięciu ppm; podobnie woda (poniżej 1 ppm), H₂S i inne zanieczyszczenia. Z tego powodu skraplanie bywa łączone z kriogeniczną separacją CO₂ lub z dodatkowymi adsorberami.
• Instalacja skraplania (mikroskraplarnia) – układ sprężarek i wymienników chłodzony czynnikiem (np. azotem lub mieszaniną węglowodorów).
• Zbiorniki kriogeniczne izolowane próżniowo.
• Systemy bezpieczeństwa – ESD, detekcja gazu, ochrona przed rozprężeniem, strefy zagrożenia wybuchem.
• Logistyka – cysterny kriogeniczne, ramię załadowcze, stacje tankowania.

Energia na skraplanie

Skraplanie wymaga znacznej ilości energii, która w małej skali liczona jest orientacyjnie w dziesiątych częściach kWh na m³ gazu lub w okolicach 0,4–0,8 kWh na kg bioLNG (w zależności od technologii, skali i warunków). Dla biometanu o energii ok. 10 kWh/m³ oznacza to kilka–kilkanaście procent energii gazu. Przy założeniu 0,6 kWh/kg: z 1 kg LNG (13,9 kWh) zużywamy 4,3% energii, w prądzie. Do tego dochodzą straty odparowania (boil-off) przy magazynowaniu i przeładunku.

Przykład obliczeniowy

Założenia: skraplarnia przerabia 500 m³/h biometanu (≈ 0,72 kg/m³ → 360 kg/h), zużycie energii 0,6 kWh/kg, 8000 h/rok. Produkcja: 2880 t bioLNG rocznie; zużycie prądu: 360 × 0,6 × 8000 = 1728 MWh/rok. Przy założonej cenie prądu 600 zł/MWh to ok. 1,04 mln zł, czyli ok. 360 zł na tonę bioLNG (ok. 26 zł/MWh energii paliwa). Wartość jest tylko ilustracją: realne koszty obejmują jeszcze amortyzację skraplarni, oczyszczanie gazu, logistykę i straty.

Kiedy skraplanie się opłaca

Najczęściej wtedy, gdy łańcuch wartości obejmuje odbiorcę, który płaci premię za paliwo odnawialne w transporcie (przy regulacjach zobowiązujących do redukcji emisji) i gdy wolumen jest stabilny. Bez tych elementów biometan wtłaczany do sieci jest zwykle prostszy i tańszy. Skraplanie bywa zasadne także w sytuacji, gdy przyłączenie do sieci jest niemożliwe lub opóźnione, a w pobliżu istnieje stacja LNG lub przemysłowy odbiorca.

Ryzyka

• zależność od jednego odbiorcy lub regulacji,
• koszt energii elektrycznej i stabilność pracy skraplarni,
• bezpieczeństwo i szkolenia personelu,
• dostępność flot LNG i stacji,
• zmienność cen konkurencyjnych paliw.

Bezpieczeństwo i przepisy

BioLNG jest cieczą kriogeniczną, więc obsługa wymaga ochrony przed odmrożeniami, kontroli szczelności i przeszkolonego personelu. Zbiorniki projektuje się z zaworami bezpieczeństwa, a odparowany gaz (boil-off) musi mieć dokąd trafić: do ponownego skroplenia, sprężenia lub sieci. Instalacje podlegają przepisom o urządzeniach ciśnieniowych, ochronie przeciwpożarowej i strefach zagrożenia wybuchem (ATEX), a transport cystern kriogenicznych – przepisom o przewozie towarów niebezpiecznych (ADR).

Podsumowanie

bioLNG to sposób na dostarczenie zielonego gazu tam, gdzie gazociąg nie sięga, i na dekarbonizację transportu ciężkiego i morskiego. Wymaga wyższych nakładów i staranności w oczyszczaniu gazu, ale daje dostęp do rynków, na których biometan z sieci nie jest wystarczającym rozwiązaniem.