1 / 25

Energikjeder for optimal utnyttelse av biogass

Energikjeder for optimal utnyttelse av biogass. Maria Barrio Gassteknisk Senter NTNU-SINTEF Contributors : Sverre Aam, Petter Nekså, (SINTEF Energi) May-Britt Hägg ( MemfoAct , NTNU) Arne Jakobsen ( Hamworthy ) Biogass2011, Ørland, 8-9.mars 2011.

zayit
Download Presentation

Energikjeder for optimal utnyttelse av biogass

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Energikjeder for optimal utnyttelse av biogass Maria Barrio Gassteknisk Senter NTNU-SINTEF Contributors: Sverre Aam, Petter Nekså, (SINTEF Energi) May-Britt Hägg (MemfoAct, NTNU) Arne Jakobsen (Hamworthy) Biogass2011, Ørland, 8-9.mars 2011

  2. Norsk kompetansesenter for gassteknologi Education Basic & applied R&D Innovation Business development NTNU: 4.700 (2.500 Sci) SINTEF: 2.100 (1.400 Sci) Students: 20.000 (10.000 Eng & Sci) Total externally financed research: 3.300 Mill NOK

  3. Laboratory facilities Liquefied gas technology Combustion of hydrogen and hythane Absorption of CO2, H2S and NOx Catalysts and absorbents Membranes for hydrogen and CO2 separation Fuel cell technology Hydrogen production and storage

  4. 5,5 Pyrolyse olje Biomasse Hva får vi ut av biomasse? Pyrolyse Forbrenning Gassforbrenning Syntesegass H2 + CO Gassifisering Biodiesel Katalyse Biogass BioLNG Biometan CH4 ++ Fermentering Rensing ++

  5. 5,5 Utnyttelse av biogass Varme og/eller elektrisitet • Brenne av • 20% av norsk biogass • Elektrisitetsproduksjon • 30-35% utnyttelsesgrad • Kombinert varme og el. produksjon • 75-85 % utnyttelsesgrad • PROBLEM – begrenset marked for salg av varme Fermentering Biogass CH4 ++

  6. 5,5 Utnyttelse av biogass Varme og/eller elektrisitet Biometan Fermentering Biogass CH4 ++ • Produksjon av biometan – oppgradering av biogass • Føde inn på naturgassnettet eller brukes direkte som drivstoff i transportsektoren • 95 % utnyttelsesgrad • PROBLEM – Fjerne CO2 er dyrt

  7. 5,5 Utnyttelse av biogass Varme og/eller elektrisitet Biometan Fermentering Biogass CH4 ++ BioLNG

  8. 5,5 Utnyttelse av biogass Varme og/eller elektrisitet Biometan Fermentering Biogass CH4 ++ Økende behov for oppgradering BioLNG

  9. ..and depending on the use, the specifications for the upgraded biogas will vary…. Criteria for vehicle fuel • CH4, min 96 vol% • O2, max 1.0 vol% • CO2 + O2 + N2, max 4.0 vol% • H2O, max 32 mg/Nm3 • H2S, max 23 mg/Nm3 • NH3, max 20 mg/Nm3 • Particulate material, max dim.5 m

  10. Biogas quality into the natural gas network The net gas quality varies in different countries Denmark: methane 86 – 90 mol% ethane 5.7 – 7.2 ” propane 1.9 – 3.2 ” CO2 0.7 – 1.3 ” N2 0.3 ” wobbeindex (MJ/Nm3) ~55 The Netherlands: methane 80 – 87 mol% ethane 3.0 – 7.0 ” propane 0.5 – 1.7 ” CO2 1.0 – 2.1 ” N2 4.7 – 14 ” wobbeindex (MJ/Nm3) 35 - 42

  11. Oppgradering av biogass • Type urenheter • Krav • Investeringskostnader • Drift • Størrelse • Miljø • Kritisk del av kjede Biometan Biogass

  12. Carbon membrane process for biogas upgrading Smith & Bjørn (2005)

  13. Fundamentet– teknologi utviklet ved NTNU • Membranteknologi med utspring fra NTNU • Fra forskningsgruppen Memfo (= Membran forskning) ved Institutt for kjemisk Prosessteknologi • Memfo er en forskningsgruppe med ca. 16 personer (forskere, post docs, PhD-studenter) I tillegg 5-6 MSc-studenter hvert år • Memfo utvikler membranmaterialer for mange formål, vesentlig for gass-separasjon, men har også et mindre prosjekt på saltkraft-membraner. Materialene er i hovedsak polymere (nano)kompositter, dette er også startmaterialet for å lage karbonmembraner • Styrken I forskningen er kombinasjonen av grunnleggende materialforskning, kompetanse om membranprosesser, ingeniørkunnskap og simuleringer • Memfo er anerkjent og i verdenstoppen – spesielt innenfor karbonmembraner og polymere membraner for CO2-fangst

  14. Samarbeid mellom Memfo/NTNU og MemfoACT • Kritisk for videre utvikling av selskapet • Har inngått en samarbeidsavtale • Avgjørende for utvikling av nye applikasjonsområder, f.eks. • Hydrogenseparasjon • Oksygen og Nitrogen-separasjon • Tilfang av nye medarbeidere – begge veier? • Prosjekt og masteroppgaver • Trondheim – et viktig membransentrum i Europa? • Sammen - ytterligere styrke membranmiljøet i Trondheim sin internasjonale posisjon?

  15. How does a membrane work? Retentate The membrane will separate on basis of: • Molecular size and structure of gas components • Physical properties of gases (ideal / non-ideal) • Membrane material properties • Different transport mechanisms (dense or (micro)porous membrane; organic - inorganic) • Process conditions (temperature, pressure, concentrations) Feed gas Permeate

  16. Karbonmembraner på 1-2-3 Membran separasjon er en modulær prosess - modulene kan kombineres på flere måter

  17. ..nå bygger vi fabrikk på Heimdal - Trondheim! Delprosessene i fremstillingen 1 (spinning av hule polymer fibre) 2 (karbonisering, dette er ”hjertet i prosessen” der hvor membranporene skreddersys i en så liten skala at de kan skille gass molekyler) 3 (montering av karbon hulfibre i modul) …. et nytt norsk teknologieventyr?

  18. Konkurransefortrinn Konkurransefortrinn Energieffektiv Miljøvennlig Ingen kjemikalier Intet prosessavfall Kompakt teknologi Modulær Høy renhet i ett trinn Kostnadsreduksjon i forhold til konkurrerende membraner og teknologier Kost og “footprint” reduksjon

  19. MemfoACT – småskala biogassoppgradering • Mellom 20-25 % bedre enn eksisterende teknologi for 200 Nm3/h. • Øker med minkende anleggsstørrelser – store småskalafordeler • MemfoACT hovedmarked – Norge, Sverige og Tyskland References:Benchmark biogas upgrading technologies, Petter Bjørkmann, Rambøll

  20. What Are The Needs? Customer’s gas source - the pre-treatment challenge

  21. The Pretreatment Challenge • Requirements to gas entering liquefier • CO2 50 ppm • H2O 1 ppm • H2S 4 ppm • Pretreatment dependent on gas source: • Batch processes, e.g. active carbon • Amine systems (CO2 and H2S) • Mol sieve (CO2, H2O, N2, O2,..) • CO2 Wash (CO2, siloxanes, HFC’s …) • Membrane technology (CO2 and N2) • High H2S content => potentially cost driving • Energy consumption • Dependent of level of contaminants • To a large extent covered by heat

  22. Antagelser for tall illustrasjon • Elektrisitets pris: 0,2 – 0,5 kr/kWhel • Gasspris: 1-3 kr/m3 • LNG pris: 0,2 – 0,5 kr/kWth • Gassmotor virkningsgrad: 33% (44% for ren naturgass) • Renseteknologi til biometan, virkningsgrad: 95% • Renseteknologi med PSA, virkningsgrad: 95% • Energibehov for miniLNG produksjon: 0,7 kWhel/kg LNG • 1000 m3/time biogass • Tap med distribusjonssystem ikke inkludert

  23. Tall illustrasjon, 1000 m3 biogass/time

  24. Konklusjon • Kunnskapsmiljø ved SINTEF og NTNU kan hjelpe med å redusere kostnader og øke effektivitet • Demonstrasjon av ny teknologi er nødvendig • Oppgradering øker investeringskostnader men øker også sluttverdi av produktet

More Related