Biometano que fornece gás limpo à rede com a ajuda de um gerador de oxigénio da Atlas Copco
Um gerador de oxigénio da Atlas Copco está a ajudar a Nat-Ur-Gas Solschen a produzir metano limpo na sua unidade de biogás na Alemanha. A dessulfuração do biogás utilizando oxigénio resulta numa fonte de energia sustentável para a rede. Uma vantagem adicional é a redução dos custos operacionais em até 50% através de uma maior eficiência energética.
A utilização de um compressor de velocidade variável da Atlas Copco também permite obter um controlo rigoroso do teor de oxigénio que se encontra abaixo do limite inferior de explosividade, garantindo assim a segurança da unidade.
O ar comprimido do compressor atinge um reservatório de armazenamento a uma pressão de 10 bar através de um filtro de carbono ativado, um separador de óleo e um coletor de resíduos (à esquerda na imagem). O gerador de oxigénio é alimentado a partir deste reservatório.
Heinrich Schaper e Michael Klawitter da Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & Co. KG contrataram a Bioconstruct GmbH, sediada em Melle, para conceber e construir a sua unidade de biogás em 2016. A unidade produz atualmente 1500 m3 de biogás por hora com um teor médio de metano de 53%. Este biogás é continuamente concentrado para um teor de metano de 94% numa estação de tratamento através de membranas. "Por hora, alimentamos o sistema de fornecimento de gás com 700 metros cúbicos de biometano", afirma Klawitter. O biogás é vendido ao fornecedor de energia BayWa, de Munique, através de um acordo de compra a longo prazo.
O elemento central do processo de biogás da Bioconstruct são os fermentadores nos quais as bactérias se alimentam de matéria orgânica para produzir biogás. Cada um dos seus dois fermentadores necessita de 3,5 toneladas de biomassa ou substrato frescos por hora. A sustentabilidade é uma caraterística fundamental do seu modelo de negócio, uma vez que o substrato é obtido junto dos agricultores locais e os resíduos da fermentação são fornecidos como fertilizante.
"O maior problema na produção de biogás é o sulfureto de hidrogénio resultante.Em primeiro lugar, este faz com que os filtros da estação de tratamento adiram entre si; em segundo lugar, o mesmo é convertido em dióxido de enxofre durante a combustão do biogás, provocando a corrosão de acessórios e motores. Assim, é necessário tentar eliminar o máximo de sulfureto de hidrogénio possível do gás."
O método de dessulfuração biológica
A unidade de biogás de Solschen, na Baixa Saxónia, produz biogás com um teor médio de metano de 53%.
A empresa sediada em Solschen optou pelo método de dessulfuração biológica. Neste processo, o sulfureto de hidrogénio é convertido em enxofre elementar e água através de bactérias especiais presentes no fermentador, com a adição de ar ou oxigénio. O enxofre permanece nos resíduos da fermentação e aumenta o seu valor fertilizante, enquanto o gás purificado pode passar por outras fases de processamento.
"Tomámos a decisão consciente de escolher a dessulfuração com oxigénio", explica Klawitter. "Porque, ao contrário da dessulfuração com ar ambiente, podemos controlar com precisão o nosso gerador de O2. Isto proporciona-nos um controlo total sobre vários fatores, como a proteção contra explosões. Sabemos que dispomos de um teor de O2 de 94% e podemos dosear a adição de oxigénio de forma a garantir que estamos sempre abaixo do limite inferior de explosividade de 2,3%." O oxigénio é insuflado para os fermentadores a partir de cima. Juntamente com o biogás, este é distribuído sob as cúpulas das áreas hemisféricas de armazenamento de resíduos da fermentação.
O parceiro comercial da Atlas Copco, a D & N Drucklufttechnik GmbH & Co. KG, também sediada em Melle, concebeu e implementou o sistema de fornecimento de oxigénio. Este é composto por um compressor de parafuso GA 11 VSD+ injetado a óleo e com regulação por velocidade, um gerador de O2 do tipo OGP 8 e um reservatório de armazenamento para ar comprimido e oxigénio, assim como pelas fases de filtragem necessárias para o processamento de ar comprimido e O2. O ar comprimido passa através de um filtro de carbono ativado, um separador de óleo e um coletor de resíduos para um reservatório de armazenamento a uma pressão de 10 bar. A partir daí, o gerador de O2 é alimentado, enriquecendo o ar para um teor de oxigénio de 94%. O oxigénio atinge finalmente os fermentadores através de outro reservatório tampão e dois medidores de fluxo eletrónicos.
"Atualmente, insuflamos uma média de nove metros cúbicos de oxigénio por hora para os fermentadores", diz Klawitter. A taxa de caudal instantânea varia entre 6 e 11 m3, consoante a quantidade de biogás produzido, para que o teor de oxigénio nunca exceda o limite inferior de explosividade. O fornecimento de ar comprimido deve, como tal, ser flexível – uma das razões pelas quais a máquina com regulação por velocidade da Atlas Copco foi escolhida.
A segunda grande vantagem da regulação de velocidade é o baixo consumo de energia, que permite reduzir os custos operacionais. Os compressores GA-VSD+ da Atlas Copco dispõem da mais recente geração de regulação de velocidade e estão equipados com motores de íman permanente especialmente eficientes em termos energéticos. O sistema reduz os custos de energia em 50%, em comparação com um sistema de controlo de plena carga/vazio.
A dessulfuração do biogás também protege os filtros de carbono ativado a montante da estação de tratamento. Sem a dessulfuração, o teor de enxofre do gás bruto reduziria radicalmente a vida útil do filtro, aumentando assim os custos operacionais. Uma vantagem adicional é o facto de os 0,4 a 0,5% de oxigénio presentes no fluxo de gás contribuírem efetivamente para o desempenho do carbono ativado, garantindo a sua plena eficácia. O fornecimento de oxigénio à unidade de Solschen é tão essencial que a Nat-Ur-Gas Solschen já está a trabalhar no sentido de implementar uma solução redundante.
Michael Klawitter também destaca positivamente o serviço de assistência da Atlas Copco.
Os técnicos de assistência restabeleceram o funcionamento do gerador de forma rápida e eficiente após uma avaria autoinfligida. Estes também disponibilizaram instruções completas sobre a engenharia do sistema durante o ciclo de manutenção sem que estas fossem solicitadas.