Uzdatnianie gazu ziemnego: Procesy i zastosowania biometanu
- Szczegóły
W obliczu postępujących zmian klimatycznych i rosnącej potrzeby transformacji energetycznej, coraz większą uwagę zwraca się na odnawialne źródła energii, które mogą zastąpić tradycyjne paliwa kopalne. Jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań w tym obszarze jest biometan - paliwo o wysokiej wartości energetycznej, które powstaje w wyniku zaawansowanych procesów oczyszczania biogazu.
Dzięki uzdatnianiu do biometanu, w sektorze biogazu otwiera się przyszłościowy rynek. Poprzez możliwość wtłaczania do publicznej sieci gazu ziemnego, to ekologiczne i wszechstronne źródło energii doskonale nadaje się do decentralnego zaopatrywania w energię, dzięki czemu może zastępować kopalny gaz ziemny w perspektywie długofalowej, przyspieszając transformację energetyczną.
W Polsce temat biometanu nabiera szczególnego znaczenia, zwłaszcza w kontekście rosnącego potencjału biogazowni rolniczych i przemysłowych oraz nowych ram prawnych wspierających jego rozwój. W niniejszym artykule przybliżamy, czym dokładnie jest biometan, jak wygląda proces jego produkcji oraz jakie korzyści może przynieść dla gospodarki i środowiska.
Czym jest biometan?
Biometan to wysokiej jakości, oczyszczony gaz, który powstaje w wyniku uszlachetnienia biogazu. Składa się w przeważającej większości - nawet do 97-99% - z metanu (CH₄), co sprawia, że pod względem właściwości opałowych i fizykochemicznych praktycznie nie różni się od tradycyjnego gazu ziemnego.
Biogaz natomiast to mieszanina gazów powstająca w wyniku fermentacji beztlenowej materii organicznej, głównie odpadów pochodzenia rolniczego, przemysłowego lub komunalnego. Zawiera on zazwyczaj od 50 do 75% metanu, a poza tym istotne ilości dwutlenku węgla (CO₂), siarkowodoru (H₂S), amoniaku, pary wodnej i innych zanieczyszczeń.
Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd
Proces konwersji biogazu w biometan polega na jego odsiarczaniu, osuszaniu, usuwaniu związków organicznych oraz separacji dwutlenku węgla. Dzięki temu uzyskuje się paliwo o wysokiej wartości opałowej, czyste i bezpieczne, nadające się do magazynowania, dystrybucji i szerokiego wykorzystania.
Ponadto biometan produkowany w instalacji uzdatniania gazu posiada takie same właściwości jak gaz ziemny - wyróżnia go taka sama możliwość elastycznego wykorzystywania, lepiej nadaje się do magazynowania w porównaniu z innymi źródłami energii i jest odnawialny.
Z punktu widzenia inwestorów, którzy rozważają rozwój technologii biogazowej z myślą o wytwarzaniu biometanu, kluczowe stają się odpowiednie decyzje środowiskowe dla biogazowni oraz uzyskanie pozwolenia na budowę biogazowni, które już na etapie planowania powinny uwzględniać możliwość przyszłego uzdatniania biogazu.
Proces produkcji biometanu
Biometan powstaje z biogazu, który jest produktem fermentacji beztlenowej biomasy pochodzenia organicznego. Surowce wykorzystywane w tym procesie są zróżnicowane i zależą od dostępności lokalnej oraz profilu działalności danej biogazowni.
W sektorze rolniczym kluczowe znaczenie mają obornik, gnojowica, kiszonka kukurydziana, wysłodki buraczane czy odpady paszowe. Ich fermentacja nie tylko pozwala uzyskać wartościowy biogaz, ale również przyczynia się do rozwiązania problemu zagospodarowania odpadów organicznych.
Przeczytaj także: Grupa Azoty Puławy - oczyszczanie wody
Równie istotną rolę odgrywają uboczne produkty przemysłu rolno-spożywczego, takie jak serwatka, wywar gorzelniany, tłuszcze odpadowe, osady z oczyszczalni ścieków czy odpady z produkcji spożywczej. Nie bez znaczenia pozostaje również aspekt środowiskowy - biometan może być wytwarzany z odpadów, które w przeciwnym razie przyczyniałyby się do emisji gazów cieplarnianych, zwłaszcza metanu i dwutlenku węgla.
Efektywna produkcja biometanu wymaga nie tylko odpowiedniego doboru substratów, ale też właściwego przygotowania i zoptymalizowania procesu fermentacji. Kluczowe znaczenie ma monitoring parametrów fermentacji, jakość mieszania, czas retencji oraz temperatura procesowa.
Produkcja biometanu to złożony proces technologiczny, którego punktem wyjścia jest wytworzenie biogazu, a następnie jego oczyszczenie i uszlachetnienie do jakości odpowiadającej parametrom gazu ziemnego.
Pierwszym krokiem jest przygotowanie substratów, czyli odpowiednich materiałów organicznych, które trafią do komory fermentacyjnej. Odpady rolnicze, resztki żywności, obornik, gnojowica czy odpady przemysłu spożywczego są wstępnie przetwarzane - mielone, rozdrabniane lub mieszane - tak, aby uzyskać jednorodną masę łatwą do rozkładu przez mikroorganizmy.
Następnie dochodzi do właściwej fermentacji w biogazowni. Biomasa trafia do zamkniętych reaktorów, w których w warunkach beztlenowych (bez dostępu tlenu) mikroorganizmy rozkładają związki organiczne. W rezultacie powstaje mieszanina gazów, przede wszystkim metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂), znana jako biogaz.
Przeczytaj także: Przewodnik po uzdatnianiu wody szkłem
Kolejnym krokiem jest oczyszczanie biogazu, mające na celu usunięcie niepożądanych składników - przede wszystkim dwutlenku węgla, siarkowodoru, amoniaku, pary wodnej i innych śladowych zanieczyszczeń. Dzięki temu zawartość metanu w gazie rośnie z około 50-60% do poziomu powyżej 96%. Proces ten określa się mianem uszlachetniania biogazu, a wykorzystywane są w nim różne technologie - m.in.
Oczyszczony biometan może być następnie wtłaczany do krajowej sieci gazowej, transportowany jako sprężony gaz (bioCNG), skroplony (bioLNG) lub wykorzystywany lokalnie, np. jako paliwo w transporcie lub surowiec dla procesów przemysłowych.
Wdrożenie instalacji biometanowej wymaga jednak spełnienia szeregu wymogów formalnych i środowiskowych. W tym zakresie pomocne może być kompleksowe wsparcie w zakresie pozwolenia na budowę biogazowni, uzyskania decyzji środowiskowych czy też przeprowadzenia uruchomienia biogazowni.
Cały proces produkcji biometanu rozpoczyna się od produkcji biogazu, który powstaje w procesie fermentacji metanowej, składającej się z 4 faz: hydrolizy, kwasogenezy, octanogenezu i metanogenezy. W ostatniej fazie bakterie metanowe mają za zadanie wytwarzanie metanu - głównego składnika biogazu.
Technologie oczyszczania biogazu do biometanu
Wytwarzany w warunkach fermentacji beztlenowej biogaz składa się głównie z metanu (ok. 55-65 % obj.) i dwutlenku węgla (ok.
W Europie najczęściej stosuje się metody oparte o separację membranową, płuczkę wodną, płuczkę chemiczną (aminową) oraz adsorpcję zmiennociśnieniową. Właśnie separacja membranowa jest najczęściej stosowaną techniką separacji dwutlenku węgla od metanu w Europie.
Separacja odbywa się najczęściej na membranach wykonanych z polimerów i kopolimerów. Proces ten opiera się na różnicy w wielkości cząstek substancji separowanych. W wyniku tego otrzymujemy dwa strumienie: bogaty w dwutlenek węgla przenikający przez membranę, tak zwany permeat. Oraz bogaty w metan, czyli retentat.
Dzięki takiemu rozwiązaniu uzyskuje się wysokie stężenie metanu w biometanie oraz bardzo wysoki stopień odzysku metanu ze strumienia biogazu na poziomie ok.
Uzdatnianie gazu z pomocą membran nie wymaga stosowania chemikaliów ani wody, czy też innych środków pomocniczych.
W technologii membranowej wyposażamy nasze instalacje uzdatniania w moduły SEPURAN® Green firmy Evonik Industries. Wysoce selektywne membrany z włókien bezrdzennych oczyszczają surowy biogaz wytwarzany w biogazowniach z ok. 50 do ponad 97 procent objętościowych w porównaniu z innymi technologiami, pozwalając uzyskać wyjątkowo czysty materiał.
Zastosowanie biometanu
Wyprodukowany biometan jest wszechstronnym źródłem energii wśród źródeł odnawialnych i może być stosowany wszędzie tam, gdzie wykorzystywany jest również gaz ziemny!
Biometan jest ważnym elementem transformacji energetycznej.
Biometan to paliwo, które może odegrać kluczową rolę w transformacji energetycznej Polski, szczególnie w kontekście uniezależniania się od surowców kopalnych i wypełniania unijnych zobowiązań klimatycznych.
Ze względu na niemal identyczne właściwości fizykochemiczne z gazem ziemnym, biometan może być wtłaczany do istniejącej infrastruktury gazowej bez konieczności jej rozbudowy czy kosztownej modernizacji.
Zastosowanie biometanu jest niezwykle szerokie - może być wykorzystywany nie tylko w energetyce zawodowej, ale również w ciepłownictwie, przemyśle, a nawet jako paliwo do pojazdów w postaci bioCNG lub bioLNG. Dzięki temu jego rozwój może wspierać zarówno dekarbonizację sektora energetycznego, jak i transportowego.
- Energia elektryczna: Dzięki zastosowaniu biometanu udostępniane mogą być istotne usługi systemowe oparte na odnawialnych źródłach energii i w razie potrzeby zmniejszane może być zapotrzebowanie na zasoby energii ze źródeł kopalnych.
- Ciepło: W szczególności tam, gdzie nie istnieje możliwość stosowania technologii odnawialnych lub środków mających na celu zmniejszenie zapotrzebowania na energię ze względów konstrukcyjnych w wymaganym zakresie, wykorzystywanie biometanu wyłącznie w celu produkcji ciepła jest sensowną alternatywą.
- Paliwo: Zalety gazu bio-LNG (liquefied natural gas) i bio-CNG (compressed natural gas) jako paliwa neutralnego pod względem emisji CO2 są oczywiste - w samym tylko sektorze transportu dzięki zastosowaniu biometanu można zaoszczędzić CO2 w ilości na poziomie do 200 procent w porównaniu z paliwami kopalnymi.
Biometan w polskiej sieci gazowej - przykład Cukrowni Strzelin
9 września 2025 r. nastąpił przełomowy moment dla polskiej branży energetycznej - pierwsza w kraju biometanownia została podłączona do sieci gazowej. Instalacja powstała na terenie cukrowni w Strzelinie (woj. dolnośląskie), należącej do koncernu Südzucker.
To pionierskie przedsięwzięcie ma podwójne znaczenie: nie tylko dostarcza zielony gaz do krajowego systemu, ale jest również częścią największej biogazowni w Europie, działającej właśnie w strzelińskiej cukrowni.
Dotychczas biogaz wytwarzany w Polsce wykorzystywano głównie do produkcji prądu i ciepła w kogeneracji na potrzeby własne lub lokalne - teraz po raz pierwszy oczyszczony biogaz (czyli biometan) będzie szerzej dostępny dzięki wtłoczeniu go do publicznej sieci gazowej.
Strzelińska instalacja to przykład gospodarki obiegu zamkniętego i nowatorskiego podejścia do energetyki. Biogazownia w Cukrowni Strzelin funkcjonuje od 2012 roku, kiedy to jej moc wynosiła 4 MW.
W kolejnych latach zakład stopniowo odchodził od węgla na rzecz gazu ziemnego, a teraz - dzięki inwestycji w technologię oczyszczania biogazu - stawia na własny zielony gaz.
W ramach najnowszej rozbudowy zainstalowano nowoczesny moduł biometanowy, który zwiększył potencjał energetyczny biogazowni aż do 45 MW mocy (termicznej) i umożliwił produkcję ponad 9 tys. m³ biogazu na godzinę.
Dzięki temu strzelińska biogazownia stała się największym tego typu obiektem w Europie, a cukrownia może wytwarzać imponujące ilości energii z własnych odpadów poprodukcyjnych.
Substratem do produkcji biogazu są wyłącznie wysłodki buraczane, czyli pozostałości po przerobie buraków cukrowych. To oznacza, że zakład wykorzystuje swój surowiec maksymalnie: w sezonie kampanii cukrowniczej (od października do stycznia) fermentowane są świeże wysłodki, a przez resztę roku - zakiszone, co zapewnia ciągłość pracy instalacji.
Cały system obejmuje cztery ogromne fermentory (każdy ok. 10 000 m³) oraz dwa zbiorniki pofermentacyjne z gazoszczelnymi pokrywami. Zastosowanie hermetycznych komór pozwala odzyskać dodatkowo biogaz uwalniający się z przechowywanego pofermentu (nawet +20% produkcji) oraz eliminuje uciążliwe zapachy i straty nawozowe.
Wytworzony biogaz zasila agregaty kogeneracyjne (silniki spalinowe) o łącznej mocy elektrycznej ~2 MW, które produkują prąd i ciepło na potrzeby fabryki.
Już podczas nadchodzącej kampanii buraczanej około 80% zapotrzebowania energetycznego cukrowni pokryje własny biogaz - znacząco zmniejszając zużycie paliw kopalnych.
Co jednak najważniejsze z punktu widzenia innowacyjności tego projektu - nadwyżki biogazu będą teraz oczyszczane do postaci biometanu i kierowane do sieci dystrybucyjnej gazu.
W tym celu wybudowano we współpracy z Polską Spółką Gazownictwa (PSG) specjalny gazociąg o długości 9 km, łączący zakład z najbliższą siecią gazową.
Powstała stacja uzdatniania biogazu usuwa z niego dwutlenek węgla oraz zanieczyszczenia, podnosząc zawartość metanu do ponad 95%, tak aby spełniał standard jakościowy gazu wysokometanowego (HN) tłoczonego do sieci.
Oczyszczony gaz trafia następnie do gazociągu PSG jako pełnowartościowy biometan, nieodróżnialny w użytkowaniu od gazu ziemnego. Dzięki temu mieszkańcy okolic Strzelina oraz okoliczne przedsiębiorstwa mogą korzystać z lokalnie wyprodukowanego, odnawialnego paliwa - zielonego gazu powstałego z buraków cukrowych.
Korzyści z produkcji i wykorzystania biometanu
Biometan to w praktyce ten sam związek chemiczny co gaz ziemny (metan), z tą różnicą, że pochodzi ze źródeł odnawialnych. Powstaje w wyniku oczyszczenia biogazu - gazu otrzymywanego w procesie fermentacji beztlenowej biomasy (np. odpadów rolniczych, resztek roślinnych, gnojowicy, odpadów komunalnych czy osadów ściekowych).
Surowy biogaz zawiera zwykle 50-60% metanu, resztę stanowi głównie CO₂ oraz śladowe domieszki. W instalacji takiej jak w Strzelinie biogaz zostaje uszlachetniony - usuwa się z niego dwutlenek węgla i inne gazy, zwiększając koncentrację metanu do ponad 95%.
0,6 m³ biometanu odpowiada energetycznie 1 m³ surowego biogazu, ale dopiero po uzdatnieniu gaz z biomasy staje się funkcjonalnym odpowiednikiem gazu ziemnego. Dzięki temu biometan może być wykorzystywany równie wszechstronnie, co gaz kopalny - dystrybuowany istniejącą siecią gazową, spalany w piecach i kotłach, wykorzystywany w przemyśle, a także sprężany (bio-CNG) lub skraplany (bio-LNG) do napędzania pojazdów.
Jest to paliwo o bardzo szerokim zastosowaniu, a zarazem odnawialne i neutralne pod względem emisji CO₂ (dwutlenek węgla uwalniany przy jego spalaniu pochodzi z biomasy, a nie ze źródeł kopalnych).
Co więcej, rozwój biogazu i biometanu przynosi korzyści ekologiczne i społeczne wykraczające poza samą produkcję energii. Utylizacja odpadów organicznych w biogazowniach zmniejsza negatywne oddziaływanie odpadów rolniczych i komunalnych na środowisko (redukcja metanu trafiającego do atmosfery np. z gnojowisk czy wysypisk) oraz pozwala wytwarzać wartościowe nawozy z pofermentu, domykając cykl składników odżywczych w rolnictwie.
Biogazownie stanowią też cenne uzupełnienie dla odnawialnych źródeł energii zależnych od pogody, takich jak wiatraki czy fotowoltaika. Produkcja energii elektrycznej jest stabilna i przewidywalna, ponieważ proces fermentacji przebiega stale, produkcja biometanu jest niezależna od pory roku i warunków atmosferycznych.
tags: #uzdatnianie #gazu #ziemnego #procesy
