เครื่องกำเนิดก๊าซชีวภาพ

ก๊าซชีวภาพเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนและเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาด ก๊าซที่เกิดจากการย่อยทางชีวภาพคือก๊าซชีวภาพเป็นพลังงานทดแทนและเป็นแหล่งพลังงานที่สะอาด ก๊าซที่เกิดจากการย่อยทางชีวภาพไม่ก่อให้เกิดมลพิษ ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้จริง (เช่น ลดภาวะเรือนกระจก) ไม่มีการเผาไหม้เกิดขึ้นในกระบวนการ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกสู่ชั้นบรรยากาศ ดังนั้นการใช้ก๊าซจากของเสียเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งจึงเป็นวิธีที่ดีในการต่อสู้กับภาวะโลกร้อน

ไม่น่าแปลกใจเลยที่ความห่วงใยต่อสิ่งแวดล้อมเป็นเหตุผลสำคัญที่ทำให้การใช้ก๊าซชีวภาพแพร่หลายมากขึ้น โรงงานก๊าซชีวภาพสามารถลดผลกระทบจากภาวะเรือนกระจกได้อย่างมาก โดยพืชจะลดการปล่อยก๊าซมีเทนโดยการดักจับก๊าซที่เป็นอันตรายนี้และใช้เป็นเชื้อเพลิง การผลิตก๊าซชีวภาพช่วยลดการพึ่งพาการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น้ำมันและถ่านหิน

ข้อได้เปรียบของก๊าซชีวภาพอีกประการหนึ่งก็คือ กระบวนการสร้างก๊าซเป็นไปตามธรรมชาติซึ่งไม่เหมือนกับพลังงานทดแทนประเภทอื่นๆ ตรงที่กระบวนการสร้างก๊าซไม่ต้องใช้พลังงานในกระบวนการผลิต นอกจากนี้ วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตก๊าซชีวภาพยังสามารถหมุนเวียนได้ เนื่องจากต้นไม้และพืชผลจะยังคงเติบโตต่อไป ปุ๋ยคอก เศษอาหาร และเศษพืชผลเป็นวัตถุดิบที่จะมีอยู่เสมอ ซึ่งทำให้เป็นทางเลือกที่มีความยั่งยืนสูง

การฝังกลบที่ล้นไม่เพียงแต่ทำให้เกิดกลิ่นเหม็นเท่านั้น แต่ยังทำให้ของเหลวที่เป็นพิษระบายลงสู่แหล่งน้ำใต้ดินอีกด้วย

ต่อมาข้อดีอีกประการหนึ่งของก๊าซชีวภาพก็คือการผลิตก๊าซชีวภาพอาจช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำได้ นอกจากนี้การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนยังช่วยยับยั้งเชื้อโรคและปรสิต จึงค่อนข้างมีประสิทธิภาพในการลดอุบัติการณ์ของโรคทางน้ำอีกด้วย ในทำนองเดียวกัน การรวบรวมและการจัดการขยะได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในพื้นที่ที่มีโรงงานก๊าซชีวภาพ ซึ่งจะนำไปสู่การปรับปรุงสภาพแวดล้อม สุขอนามัย และสุขอนามัย

ผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพคือการย่อยสลายอินทรีย์ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นอาหารเสริมที่สมบูรณ์แบบหรือทดแทนปุ๋ยเคมี ปุ๋ยที่ปล่อยออกมาจากเครื่องย่อยสามารถเร่งการเจริญเติบโตของพืชและความยืดหยุ่นต่อโรคได้ ในขณะที่ปุ๋ยเชิงพาณิชย์มีสารเคมีที่เป็นพิษและอาจทำให้เกิดอาหารเป็นพิษได้ เหนือสิ่งอื่นใด

เทคโนโลยีที่ใช้ผลิตก๊าซชีวภาพมีราคาค่อนข้างถูก ติดตั้งง่ายและต้องการการลงทุนเพียงเล็กน้อยเมื่อใช้กับขนาดเล็ก เครื่องย่อยสลายทางชีวภาพขนาดเล็กสามารถนำมาใช้ที่บ้านได้ โดยใช้ขยะในครัวและมูลสัตว์ ระบบครัวเรือนจะจ่ายเองหลังจากนั้นไม่นานและวัสดุที่ใช้ในการผลิตนั้นฟรีอย่างแน่นอน ก๊าซที่ผลิตสามารถนำไปใช้ปรุงอาหารและผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง นี่คือสิ่งที่ทำให้ต้นทุนการผลิตก๊าซชีวภาพค่อนข้างต่ำ

ฟาร์มสามารถใช้พืชก๊าซชีวภาพและของเสียที่ผลิตโดยปศุสัตว์ได้ทุกวัน ของเสียจากวัวตัวหนึ่งสามารถให้พลังงานเพียงพอที่จะจ่ายไฟให้หลอดไฟได้ตลอดทั้งวัน

ในโรงงานขนาดใหญ่ ก๊าซชีวภาพสามารถถูกบีบอัดเพื่อให้ได้คุณภาพก๊าซธรรมชาติและนำไปใช้เป็นพลังงานให้กับรถยนต์ การสร้างโรงงานดังกล่าวต้องใช้เงินลงทุนค่อนข้างต่ำและสร้างงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น ในอินเดีย มีการสร้างงาน 10 ล้านตำแหน่ง ส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ชนบท ในโรงงาน และในการรวบรวมขยะอินทรีย์

เครื่องผลิตก๊าซชีวภาพช่วยปกป้องผู้หญิงและเด็กจากงานสะสมฟืนอันหนักหน่วง ส่งผลให้มีเวลาเหลือในการปรุงอาหารและทำความสะอาดมากขึ้น ที่สำคัญกว่านั้นคือการปรุงอาหารบนเตาแก๊สแทนการใช้ไฟแบบเปิด จะช่วยป้องกันครอบครัวจากการสัมผัสกับควันในครัว ซึ่งจะช่วยป้องกันโรคทางเดินหายใจร้ายแรง น่าเศร้าที่ผู้คน 4.3 ล้านคนต่อปีเสียชีวิตก่อนกำหนดจากการเจ็บป่วยอันเนื่องมาจากมลพิษทางอากาศในครัวเรือนที่เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงแข็งในการปรุงอาหารอย่างไม่มีประสิทธิภาพ

การใช้ก๊าซชีวภาพเพื่อการผลิตไฟฟ้าถือเป็นการใช้กันทั่วไปมากที่สุด ก๊าซชีวภาพที่ทำจากวัสดุจากพืชนำเสนอวิธีการหมุนเวียนในการผลิตไฟฟ้า ต่างจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีเฉพาะในระหว่างวันหรือพลังงานลมที่ผลิตเป็นระยะๆ ก๊าซชีวภาพใช้พืชไร่ที่เชื่อถือได้ซึ่งปลูกและเก็บเกี่ยวโดยเกษตรกร

ก๊าซชีวภาพครอบครองพลังงานเคมี ดังนั้นไฟฟ้าจากก๊าซชีวภาพจึงเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานเคมีนี้เป็นพลังงานกลและสุดท้ายเป็นไฟฟ้า ซึ่งทำได้โดยการใช้ทรานสดิวเซอร์ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหันที่แปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง ไฟฟ้านี้สามารถใช้ได้ทั้งในประเทศและเชิงพาณิชย์เนื่องจากสามารถทำได้ทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่

เชื่อมต่อแหล่งก๊าซชีวภาพเข้ากับทางเข้าของเครื่องยนต์แก๊ส แหล่งก๊าซชีวภาพอาจเป็นถังบรรจุก๊าซแรงดันหรือมาจากบ่อหมักโดยตรง ซึ่งเป็นวิธีการย่อยสลายสารอินทรีย์ เครื่องยนต์แก๊สได้รับการออกแบบให้ทำงานในลักษณะเดียวกันกับรถยนต์ เนื่องจากประกอบด้วยลูกสูบที่ก๊าซถูกเผาและใช้ในการหมุนเพลา เพื่อแปลงพลังงานเคมีในก๊าซชีวภาพเป็นพลังงานกลผ่านการเคลื่อนที่

เชื่อมต่อเครื่องยนต์แก๊สเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับในลักษณะที่เพลาหมุนจ่ายไฟให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ การเคลื่อนไหวที่ถ่ายโอนไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านแม่เหล็ก

การใช้ก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตความร้อนและพลังงานรวมควรเหมือนกับการผลิตไฟฟ้า แต่โรงงาน CHP เพิ่มเติมต้องมีการลงทุนเพิ่มเติม ดังนั้นจึงอาจไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมที่จำเป็นในการใช้ความร้อนเหลือทิ้ง ทุกครั้งที่เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ควรถือเป็นการพลาดโอกาส มีการใช้ความร้อนจากการผลิตไฟฟ้าเกือบทุกครั้ง พลังงานที่อาจต้องสูญเสียไปกับอากาศรอบๆ พัดลมระบายความร้อน

ส่วนประกอบที่มีคุณค่าของก๊าซชีวภาพคือมีเทน (CH4) ซึ่งโดยทั่วไปมีมากถึง 60% โดยมีความสมดุลคือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และก๊าซอื่นๆ ในเปอร์เซ็นต์เล็กน้อย สัดส่วนของมีเธนขึ้นอยู่กับวัตถุดิบตั้งต้นและประสิทธิภาพของกระบวนการ โดยมีช่วงของปริมาณมีเทนอยู่ที่ 40% ถึง 70% ก๊าซชีวภาพอิ่มตัวและมี H2S และการใช้งานที่ง่ายที่สุดคือในหม้อไอน้ำเพื่อผลิตน้ำร้อนหรือไอน้ำ

การใช้งานที่พบบ่อยที่สุดคือเมื่อก๊าซชีวภาพเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในในหน่วยความร้อนและพลังงานรวม (CHP) เพื่อผลิตไฟฟ้าและความร้อน ในสวีเดน ก๊าซอัดถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ และมีสถานีเติมก๊าซชีวภาพสำหรับรถยนต์และรถโดยสารจำนวนหนึ่ง ก๊าซยังสามารถอัพเกรดและใช้ในเครือข่ายการจ่ายก๊าซได้ การใช้ก๊าซชีวภาพในเซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ก็อยู่ระหว่างการวิจัยเช่นกัน

ก๊าซชีวภาพสามารถเผาไหม้โดยตรงเพื่อผลิตความร้อน ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องขัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ในก๊าซชีวภาพ โดยปกติกระบวนการนี้จะใช้หัวเผาเชื้อเพลิงคู่และประสิทธิภาพการแปลงอยู่ที่ 80 ถึง 90% ส่วนประกอบหลักของระบบ ได้แก่ เครื่องย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน ที่วางก๊าซชีวภาพ สวิตช์ความดัน พัดลมเพิ่มแรงดัน โซลินอยด์วาล์ว หัวเผาเชื้อเพลิงคู่ และเครื่องเป่าลมแบบเผาไหม้

ตามทฤษฎีแล้ว ก๊าซชีวภาพสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงโดยใช้เซลล์เชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ต้องใช้ก๊าซที่สะอาดมากและเซลล์เชื้อเพลิงราคาแพง ดังนั้นทางเลือกนี้จึงยังคงเป็นเรื่องสำหรับการวิจัยและไม่ใช่ทางเลือกในทางปฏิบัติในปัจจุบัน การแปลงก๊าซชีวภาพเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นมีประโยชน์มากกว่ามาก

เพื่อให้เข้าใจถึงการประยุกต์ใช้ก๊าซชีวภาพเป็นเชื้อเพลิงที่เติมเข้าไปในท่อส่งก๊าซธรรมชาติของเชื้อเพลิงฟอสซิล จำเป็นต้องอธิบาย

เมื่อทำให้บริสุทธิ์ในระดับที่เหมาะสมเพื่อฉีดเข้าไปในท่อส่งก๊าซธรรมชาติ ก๊าซบริสุทธิ์มักเรียกว่า "ไบโอมีเทน" การฉีดไบโอมีเทนในลักษณะนี้เป็นที่ต้องการในหลายประเทศซึ่งประชากรมีความกระตือรือร้นที่จะปฏิบัติตามวิธีการลดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อุตสาหกรรมก๊าซเรียกไบโอมีเทนที่ถูกอัดว่า "ก๊าซธรรมชาติหมุนเวียน" หรือ RNG

ตามตัวเลขจากแนวร่วมเพื่อก๊าซธรรมชาติหมุนเวียน ของพื้นที่ฝังกลบมากกว่า 1,000 แห่งที่อาจเป็นตัวเลือกสำหรับการผลิตก๊าซชีวภาพ มีเพียงโครงการฝังกลบก๊าซเป็นพลังงานสูง BTU เพียง 42 โครงการเท่านั้นที่ผลิต RNG ไบโอมีเทน อัปเกรด หรือ ก๊าซชีวภาพคุณภาพทางท่อ

บริษัทจำหน่ายและท่อส่งก๊าซในท้องถิ่นได้รับการติดต่อมากขึ้นในการซื้อและ/หรือรับส่งก๊าซธรรมชาติหมุนเวียน (RNG) เข้าสู่สายการผลิตที่มีอยู่เพื่อการจำหน่ายทั่วไป RNG มาจากการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนของวัสดุอินทรีย์หลากหลายชนิด รวมถึงผลิตภัณฑ์นมและของเสียทางการเกษตร น้ำเสีย และแหล่งฝังกลบ

ภายในอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติ คำว่า 'ก๊าซชีวภาพ' หมายถึงก๊าซที่ผลิตโดยตรงจากเครื่องย่อยหรือหลุมฝังกลบ มันมักจะถูกเผาในหรือนอกสถานที่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นไฟฟ้าหรือเพียงแค่เผาไฟ ก๊าซชีวภาพหรือไบโอมีเทนที่สะอาด หรือที่เรียกกันทั่วไปในปัจจุบันว่า RNG เป็นผลิตภัณฑ์เป้าหมายสำหรับการรวมไว้ในโครงข่ายท่อส่งก๊าซธรรมชาติ

หากมีความเข้มข้นและการบีบอัดและการประยุกต์ใช้ก๊าซชีวภาพในอุดมคติในการขนส่งยานพาหนะ ก๊าซชีวภาพให้พลังงานแก่รถยนต์ ในช่วงต้นปี 2007 รถยนต์ประมาณ 12,000 คันได้รับการเติมเชื้อเพลิงด้วยก๊าซชีวภาพที่ได้รับการอัปเกรดทั่วโลก ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในยุโรป ข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการใช้งานในการขนส่งคือรถบรรทุกสามารถเติมเชื้อเพลิงด้วยก๊าซชีวภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก หากยานพาหนะถูกเติมเชื้อเพลิงในตำแหน่งเดียวกันกับโรงงานผลิตก๊าซชีวภาพ หากเป็นเช่นนั้นจะไม่มีค่าใช้จ่ายในการขนส่งก๊าซชีวภาพไปยังจุดใช้งาน