Biyogaz Tesislerindeki Metan Veriminin Arttırılması Çalışması
CO2‘in katalitik metanasyonu için reaktör, 50 kW nominal çıkış. Kaynak: Fraunhofer-GesellschaftBiyogaz tesisleri, %40’tan fazla CO2 ile birlikte metan üretir ki geleneksel biyogaz tesislerinde bu karbondioksit, atmosfere salınmaktadır. Fraunhofer Mikromühendislik ve Mikrosistemler Enstitüsü IMM’den araştırmacılar, bu atık ürünü ek metana dönüştürmenin ve böylece biyogaz tesislerinden metan verimini büyük ölçüde artırmanın bir yolunu buldular. Süreç devam etmektedir ve araştırma ekibi şu sıralar gösterim tesisini saatte 5m3 metan gazı üretim kapasitesine arttırmaktadır.
Almanya, iklim nötrlüğü yolundadır ve 2030 yılına kadar karbon dioksit emisyonunu 1990 seviyelerine kıyasla %65 kadar azaltmayı amaçlamaktadır. Biyogaz tesisleri, fosilsizleştirmede büyük rol oynamaktadır: Bu tesislerde bakteri, oksijen yokluğunda biyokütleyi -ortalama olarak- %60 metan ve %40’tan fazla CO2 içeren biyogaz formuna parçalamaktadır. Biyogaz, ısı ve güç birimlerinde elektrik ve ısı üretmek için kullanılırken veya doğalgaz kalitesine yükseltilip doğalgaz şebekesine beslenebilirken, CO2 bugüne kadar kullanılmamıştır.
Biyogazın Tam Kullanımını Sağlama
Fraunhofer IMM’den araştırmacılar, şu sıralar CO2’ten yararlanma üzerine çalışmaktadır. “Yeşil hidrojen kullanarak CO2’i metana dönüştürüyoruz,” demiştir Fraunhofer IMM’deki bilim insanlarından Dr. Christian Bidart. Bu da üretilen biyogazın geçmişte olduğu gibi %60 oranında değil de tam olarak kullanılabileceği anlamına gelmektedir. Temeldeki kimyasal reaksiyon, yüz yıldan fazla bir süre önce keşfedilmiştir, ancak bugüne kadar biyogazın doğrudan iyileştirilmesi için kullanılmamıştır. Bununla birlikte, enerji geçiş süreci kapsamında, CO2‘in kullanımına yönelik yollara odaklanılmaktadır.
ICOCAD-I projesinde araştırma ekibi, işlem için hidrojen üretmek için gereken 10 kilowatt’lık elektrolizöre eşdeğer bir termal güçle saatte 1m3 biyogazı 1m3 metana dönüştüren bir gösteri tesisi geliştirmişlerdir. Takip eden proje ICOCAD-II’de, araştırmacılar şimdi bu göstericiyi beş kat artırarak 50 kilowatt’lık bir termal çıktıya çıkarma sürecindedirler. Bu projedeki zorluklardan biri, sürecin oldukça dinamik doğasıdır. Rüzgar ve fotovoltaik sistemler tarafından üretilen elektrik miktarı önemli ölçüde değişiklik göstermektedir – bu, elektrolizörlerde elektrik kullanılarak sudan elde edilen yeşil hidrojen miktarının da önemli dalgalanmalara tabi olduğu anlamına gelmektedir. Bu nedenle, gösterim tesisinin değişen miktarlarda hidrojene hızlı bir şekilde yanıt verebilmesi gerekmektedir. Hidrojenin depolanması teknik olarak mümkün olabilir, ancak karmaşık ve pahalı olacaktır. Bidart, “Bu nedenle, hidrojen depolamasını mümkün olan en büyük ölçüde önlemek için tüm sistemi esnek hale getirmek için çalışıyoruz” demiştir. CO2 depolama tankları bu planın bir parçasıdır, çünkü biyogaz tesislerinde üretilen CO2 miktarı sabit kalmaktadır.
Fotoğraf 1: CO2 metanasyonu için 10 kW’lık mini tesis.
Verimli Katalizörler Geliştirmek
Reaksiyon için verimli katalizörler geliştirmek süreç sırasında karşılaşılan bir başka zorluktu. Fraunhofer IMM araştırmacılarının bulduğu çözüm, değerli metallerden yapılmış bir mikro kaplama kullanmaktı. Bunun arkasındaki ilke, hidrojen ve karbon dioksitin, duvarları katalizörle kaplanmış çok sayıda mikro geçmesi ve burada birbirleriyle reaksiyona girmesidir. Bidart, “Bu şekilde gazlar ve katalizör malzemesi arasındaki temas yüzeyini artırabilir ve gerekli katalizör miktarını azaltabiliriz” demiştir. Bu türden çok sayıda mikro yapı, reaktörde üst üste istiflenmektedir.
Daha Fazla Yükseltme İçin Planlar
Araştırmacılar şu anda daha büyük göstericiyi uygulamak ve dinamik işlemi gerçekleştirmek için çalışmaktadırlar. Bir biyogaz tesisinde gerçek koşullar altında test edebilmeleri için bu tesisi 2023’te işletmeye almayı planlamaktadır. Araştırmacıların 2025 yılına kadar 500 kilowatt’a ve 2026 yılına kadar tekrar bir ila iki megawatt’a kadar ölçeklendirme planları bulunmaktadır.
Kaynak: techxplore.com
