Khi nói đến khí đốt và môi trường, thì cái tên khí Biogas hay còn gọi là khí sinh học không còn là cái tên xa lạ. Bởi đây là loại khí được tạo ra từ nguồn chất thải nhưng vẫn cung cấp năng lượng hiệu quả và thân thiện với môi trường. Khí Biogas – một nguồn năng lượng tái tạo có thể mang lại nhiều lợi ích to lớn. Nhưng bạn có biết thành phần chính của khí Biogas gồm những gì? Và làm thế nào để gia tăng hàm lượng khí CH4 trong hỗn hợp khí Biogas đầu ra?
Thành phần chính của khí Biogas
Khí Biogas là nhiên liệu tái tạo được sản xuất từ quá trình phân hủy kỵ khí các nguyên liệu hữu cơ bao gồm phân, nước thải, chất thải đô thị, chất thải nông nghiệp, chất thải thực phẩm,…
Khí Biogas thông thường bao gồm khí Metan (50–80%), Carbon Dioxide (15–50%), và các loại khí khác như Hydro (H2), Hydro Sunfua (H2S), hơi nước (H2O), Nitơ (N2), oxy (O2), Amoniac (NH3),…. Tỷ lệ phần trăm chính xác phụ thuộc vào một loạt các yếu tố, chẳng hạn như nguyên liệu, thời gian lưu và nhiệt độ hoạt động. Tuy nhiên, ước tính sơ bộ là:
| Tên hợp chất | Công thức | Phần trăm theo khối lượng |
| Mêtan | CH4 | 50–80 |
| Khí cacbonic | CO2 | 15–50 |
| Nitơ | N2 | 0–10 |
| Hydro | H2 | 0–1 |
| Hydro Sunfua | H2S | 0–0,5 |
| Oxy | O2 | 0–2,5 |
| Nguồn: www.kolumbus.fi, 2007 | ||
Thành phần của khí Biogas thay đổi tùy thuộc vào thành phần chất nền, cũng như các điều kiện bên trong bể phản ứng kỵ khí (nhiệt độ, pH và nồng độ chất nền).
Khí Biogas đã mở rộng ứng dụng của nó theo thời gian và có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau như một nguồn năng lượng, tuy nhiên cách phổ biến nhất là trực tiếp để tạo nhiệt hoặc phát điện.
Việc sử dụng khí Biogas cũng phụ thuộc vào quy mô của hầm. Khí Biogas từ các bể phân hủy quy mô nhỏ thường được đốt trực tiếp. Đốt cháy trực tiếp thường liên quan đến ứng dụng nấu ăn hoặc sấy. Bếp Biogas được thiết kế để sử dụng khí Biogas làm nhiên liệu có hiệu suất khoảng 55% và mức tiêu thụ khí khoảng 19 MJ/h.
Tính khả thi về kinh tế của khí Biogas để phát điện đã được nghiên cứu và giá điện được đánh giá là 0,07 € / kWh. Hiệu suất năng lượng của các tuyến sử dụng khí Biogas khác nhau đã được đánh giá và báo cáo là 8%–54% đối với phát điện, 4%–18% đối với giao thông vận tải và 16%–3% đối với nhiệt.
Các nghiên cứu đánh giá vòng đời đã chỉ ra rằng việc triển khai các công nghệ khí Biogas có thể giảm phát thải khí nhà kính (GHG) một cách hiệu quả và do đó, giảm tác động khí hậu của việc tiêu thụ năng lượng. Các hoạt động sản xuất và sử dụng khí Biogas cũng giúp đa dạng hóa các hệ thống năng lượng đồng thời thúc đẩy các hoạt động quản lý chất thải bền vững.
Làm thế nào để gia tăng hàm lượng khí CH4 trong hỗn hợp khí Biogas đầu ra?
Khí Biogas được hình thành bởi vi khuẩn trong quá trình phân hủy kỵ khí của vật liệu hữu cơ. Sự phân hủy là một quá trình rất phức tạp và đòi hỏi một số điều kiện môi trường cũng như quần thể vi khuẩn khác nhau.
Quá trình phân hủy kỵ khí cũng mất nhiều thời gian. Thời gian cho phép quá trình diễn ra càng nhiều thì quá trình tạo ra càng hoàn thiện và càng tạo ra nhiều khí Biogas.
Quá trình kỵ khí cũng phụ thuộc một phần vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao, quá trình tiêu hóa và tạo khí Biogas càng nhanh. Dưới 10°C quá trình sản xuất khí Biogas xảy ra rất chậm nếu có, và trên 65°C rất ít chủng vi khuẩn có thể sống sót.
Có hai phạm vi nhiệt độ tối ưu cho Methanogens (vi khuẩn sản xuất Metan), một ở 30–40°C và một ở 50–60°C. Chúng được gọi là phạm vi Mesophilic và ưa nhiệt tương ứng.
Để hoạt động ở phạm vi nhiệt độ cao hơn, hệ thống sưởi ấm phải được sử dụng. Điều này làm cho hệ thống trở nên phức tạp và đắt tiền hơn. Tốc độ tạo ra khí mê-tan xấp xỉ gấp đôi cho mỗi lần tăng 10°C. Biến động nhiệt độ nên được giảm thiểu vì chúng ức chế nghiêm trọng quá trình sinh khí Metan. Các chất độc hại trong thức ăn có thể ức chế nghiêm trọng tốc độ tiêu hóa.
Kích thước của hầm Biogas cũng rất quan trọng. Nếu nó có thể tích quá nhỏ liên quan đến tải trọng hàng ngày thì sẽ có nguy cơ bị rửa trôi vật liệu khó tiêu khỏi hệ thống. Trong những trường hợp như vậy, sự phát triển của vi khuẩn trong hệ thống chậm lại để duy trì sự phân hủy cân bằng.
Vật liệu khác nhau sẽ cho năng suất khí khác nhau. Nếu thêm nhiều nguyên liệu, sản lượng khí Biogas từ bể phân hủy sẽ tăng lên. Đồng thời, năng suất khí trên một đơn vị nguyên liệu sẽ giảm khi thời gian lưu được rút ngắn. Một hỗn hợp các nguyên liệu khác nhau thường sẽ cho năng suất cao hơn thể tích khí sinh ra từ mỗi nguyên liệu trong quá trình phân hủy riêng biệt.
Một thông số thường được sử dụng là tỷ lệ C/N Cacbon/Nitơ) trong nguyên liệu gốc nhiên liệu. Người ta đã phát hiện ra rằng tỷ lệ tối ưu là từ 20/1 – 30/1 và tỷ lệ quá cao sẽ hạn chế quá trình chuyển hóa vi sinh vật do thiếu Nitơ để hình thành tế bào trong khi tỷ lệ quá thấp làm tăng sự chuyển sang độc tính của Amoniac. Nhưng dường như có nhiều tỷ lệ C/N phù hợp tùy thuộc vào vật liệu được tiêu hóa.
Hệ thống trộn có thể hỗ trợ sản xuất bằng cách duy trì tính đồng nhất, ngăn chặn sự hình thành cặn bã và ngăn chặn sự lắng đọng chất rắn. Khả năng phân hủy sinh học có thể được tăng lên bằng cách xử lý trước vật liệu bằng vi sinh, xử lý nhiệt hoặc phương tiện vật lý (ví dụ: băm nhỏ).
Việc bổ sung các hệ thống sưởi ấm và giữ nhiệt vào bể phân hủy làm tăng đáng kể chi phí của thiết bị phân hủy, do đó, ở hầu hết các nước đang phát triển, các thiết bị phân hủy không được gia nhiệt. Với các hệ thống như vậy, người ta thấy rằng việc bổ sung thêm vi sinh Microbe-Lift giúp tăng hiệu suất đáng kể.
Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào liên quan đến khí Biogas cũng như cách để gia tăng hàm lượng khí CH4 trong hỗn hợp khí Biogas đầu ra, hãy gọi cho Biogency với số điện thoại 0909 538 514 ngay hôm nay để được giải đáp nhanh nhất!
>>> Xem thêm: Hướng dẫn cách phá váng hầm Biogas hiệu quả nhất!
