Почему производство биометана невозможно без поддержки государства, а производство биоводорода - возможно | AccordПочему производство биометана невозможно без поддержки государства, а производство биоводорода - возможно
Почему производство биометана невозможно без поддержки государства, а производство биоводорода - возможно
Оба упомянутых в заголовке публикации возобновляемых газа имеют один и тот же источник происхождения - биомассу.
Основной способ производства биометана - анаэробная деструкция биомассы при помощи бактерий с выделением биогаза и последующее обогащение последнего до необходимого химического состава, полностью соответствующему составу природного газа.
Основной способ промышленного производства биоводорода - паровой риформинг биометана - полностью идентичен давно известному и широко используемому паровому риформингу природного газа, которым в мире сегодня производится от 80% до 95% серого водорода. Существующие другие многочисленные технологии производства биоводорода в настоящее время не имеют отчётливой перспективы их промышленного использования и пребывают на стадии научно - технических разработок и мелко - масштабных пилотных проектов.
Производство биометана
Полный аналог природного газа по своему химическому составу - биометан производится при помощи очистки биогазов различного происхождения от присутствующих в них примесей. Основной примесью обычно является двуокись углерода, содержание которой в биогазе может варьироваться в диапазоне 30% -40%. Содержание метана в получаемом биометане обычно лежит в диапазоне 95-98 % и, зачастую, превышает таковое у привычного природного газа. Исходный биогаз может извлекаться в процессах анаэробной ферментации различных продуктов и отходов органического происхождения, органической части осадка сточных вод, извлекаться из тела полигонов твёрдых бытовых отходов.
Завод по производству биометана включает в себя целый ряд отдельных участков, таких как участок заготовки и хранения сырья, участок подготовки сырья к процессам ферментации, участок ферментации, участок очистки биогаза от паров воды и серы, участок обогащения полученного биогаза до состояния биометана, участок хранения и/или обработки образующегося дигестата и т. д. В комплект оборудования должен входить один (а желательно - два) когенератора, которые позволят обеспечить необходимыми видами зелёной энергии все используемые технологические процессы. При этом один из когенераторов будет выполнять роль резерва и обеспечит практически непрерывную круглогодичную работу всего комплекса.
Средняя стоимость под ключ проекта по производству биометана, включая стоимость всего необходимого оборудования и работ (консалтинг, согласования, проектные и предпроектные работы, строительные и монтажные работы, запуск и обучение персонала, подключение к газовым сетям) составит, в среднем, при заданной производительности 300 куб. м биометана в час, ~ 5 млн. евро
Чистый выход биометана составит ~ 1 900 000 куб. м в год
( ~ 27% биогаза пойдёт на обеспечение комплекса необходимыми электрической и тепловой энергией)
Максимальная выручка от реализации этого объёма биометана по цене ~ 500 евро за 1000 куб. м составит ~ 950 000 евро
Типичный биогазовый комплекс в Украине использует не более 30% отходов животноводство и около 70% специально выращиваемой силосной кукурузы.
С учётом нормы порчи в процессе длительного хранения, при этом потребуется не менее 20 000 тонн силосной кукурузы в год, средняя цена которой на отечественном рынке составляет не менее 30 евро за тонну. При этом стоимость годового объёма сырья составит ~ 600 000 евро.
Операционные расходы (не включая сырьё и стоимость кредитных ресурсов) составляют, в среднем, около 3% от капитальных затрат - 150 000 евро в год
Стоимость кредитных ресурсов (70% капитальных затрат при ставке 7%) составит , в среднем, ~ 123 000 евро в год.
Всего расходы в год составят ~ 873 000 евро.
Чистая прибыль биометанового комплекса стоимостью 5 млн. евро составит ~ 77 000 евро в год, а срок окупаемости > 70 лет.
Разумеется, приведенные расчёты не претендуют на абсолютную точность, однако наглядно демонстрируют типичную ситуацию на рынке и показывают абсолютную невозможность построения в Украине рынка биометана без значительной поддержки со стороны государства.
Разумеется, возможны ситуации с кардинально отличной экономикой осуществляемых проектов. К ним относятся проекты с использованием свалочного газа, собственные проекты очень больших животноводческих комплексов и некоторые другие. В отдельных случаях сроки окупаемости таких проектов могут быть довольно приемлемыми для их собственников и составлять менее 8 - 10 лет.
Но, в целом, упомянутые исключения скорее подтверждают общую закономерность, избежать которой не поможет даже экспорт биометана в страны ЕС.
Производство биоводорода
Помимо упомянутой в начале публикации технологии парового риформинга биометана, для производства биоводорода можно использовать также газификацию древесной биомассы или органической части ТБО. Данная технология предполагает первоначальное выделение из этих видов сырья синтез-газа, основными составляющими которого являются окись углерода и водород, и последующее удаление из синтез-газа примесей, вплоть до получения зелёного биоводорода заданной степени чистоты. При всей привлекательности такой технологии ( возможность получения до 500 куб. м водорода из 1 тонны сырья), в информационном пространстве не удаётся найти ни одного крупно-масштабного действующего проекта, в котором в качестве конечного продукта выступал бы именно водород. Хотя подобные проекты регулярно анонсируются и предлагаются к осуществлению целым рядом международных инжиниринговых компаний (в том числе в Украине).
По этой причине мы рассмотрим только хорошо изученную и повсеместно крупно-масштабно используемую при производстве обычного серого водорода технологию парового риформинга биометана.
Дизайн комплекса по производству биоводорода при помощи этой технологии практически полностью воспроизводит комплекс по производству биометана, а единственным отличием является наличие дополнительного участка парового риформинга, укомплектованного необходимым оборудованием, в зависимости от способа последующего использования биоводорода (компрессия для заправки транспортных средств, промежуточное хранение и др.)
Удорожание стоимости проекта по сравнению с комплексом по производству биометана мощностью 300 куб. м биометана в час составит ~ 1,5 млн. евро, а общая стоимость проекта ~ 6,5 млн. евро
Годовой объём производства биоводорода при этом составит нетто ~ 4 300 000 куб. м, что соответствует ~ 386 600 кг.
При цене 4 евро за кг, доход от реализации водорода составит ~ 1 546 400 евро.
Общие расходы за год составят ~ 955 000 евро.
Чистая прибыль составит ~ 591 000 евро.
Срок окупаемости проекта ~ 11 лет.
При реализации биоводорода в качестве транспортного топлива на внутреннем рынке по цене $8 за 1 кг будет достигнут ценовой паритет с действующими ценами на дизельное топливо и бензин (~ 30 грн/литр), поскольку средний расход для легкового автотранспорта на водороде требует ~ 1 кг водорода на 100 км пробега . Использование топливных ячеек позволяет полностью избежать образования окислов азота, характерных при использовании двигателей внутреннего сгорания.
И, главное, это не требует субсидий со стороны государства и выгодно всем - инвесторам, операторам заправочных станций, муниципалитетам, государству.
Двум первым - получение прибыли, репутация, независимость от колебания внешних цен на сырьё и топливо. Муниципалитетам и государству - экология, декарбонизация транспортной отрасли, международное признание.
Производство синтетического биометана
Хотя изначально и не предполагал, не смог удержаться, чтобы не привести несколько цифр, дабы развеять витающие в информационном пространстве иллюзии по поводу возможности и привлекательности дополнительного производства синтетического биометана в процессе производства биометана классического. Речь идёт об использовании двуокиси углерода, выделяемой в процессе обогащения биогаза, для получения дополнительных объёмов биометана. Используемые при этом технологические процессы могут иметь различный характер - термохимический синтез и биохимические реакции, могут иметь свои особенности и энергетические затраты, но общим остаётся необходимость использования значительных объёмов произведенного независимо зелёного водорода. Такой водород производят электролизом воды с использованием дорогой возобновляемой электрической энергии.
Выработка дополнительных объёмов синтетического метана при этом производится в специальных метанизаторах (термо-химический метод), либо непосредственно в анаэробных ферментаторах (биохимический метод) в соответствии с реакцией Сабатье: 4Н2 + СО2 = СН4 + 2Н2О
Из стехиометрического соотношения реакции Сабатье следует, что для получения 1 кубического метра синтетического метана требуется 4 кубических метра водорода. Именно этот факт делает полностью лишённым целесообразности производство синтетического метана, несмотря на доступность полностью бесплатного побочного продукта производства биометана - двуокиси углерода.
При анонсированной в международных источниках стоимости зелёного водорода, произведенного электролизом воды, в диапазоне $4 - $6 за кг, стоимость 4000 куб. м (~ 359 кг ) зелёного водорода составит $1446 - $2154. И, соответственно, такой же будет себестоимость 1000 куб. м полученного синтетического биометана. Который будет добавляться к основному продукту обогащения биогаза - биометану и приведёт к существенному его дополнительному удорожанию.