Integrering av vätgas och syntesgas med befintliga biogasanläggningar – möjligheter till ökad biogasproduktion och minskade uppgraderingskostnader

I rapporten studeras möjligheterna att producera metan av vätgas och koldioxid. De koldioxid- och vätgasflöden som studeras i rapporten är 100-600 respektive 400-2400 Nm3/h. Koldioxiden kan komma från en uppgraderingsanläggning för biogas men även rå biogas kan användas som koldioxidkälla. Om elen som används till elektrolysen har förnybart ursprung blir även metanen förnybar. Metanisering av koldioxid och vätgas genom katalytisk och biologisk metanisering utreds.

För elektrolysen finns två kommersiella tekniker för vätgasframställning: alkalisk elektrolys och Proton Exchange Membrane (PEM) elektrolys. Skillnaden mellan olika elektrolystekniker är främst valet av elektrolyten som är det medium som överför laddningen mellan elektroderna där gasbildningen sker. Vid alkalisk elektrolys används ofta kaliumhydroxid i en vattenlösning och vid PEM används en fast elektrolyt bestående av en polymer.

Verkningsgraden för de två teknikerna ligger i nuläget kring 65 %. En lovande teknik för elektrolys är Solide Oxide Electrolysis (SOEC) som använder sig av en keramisk elektrolyt. SOEC förväntas kunna ge verkningsgrader från el till vätgas på över 95 % då den sker vid temperaturer kring 800°C. Den höga temperaturen underlättar sönderdelningen av vatten till vätgas och syrgas. Sunfire och Haldor Topsøe förväntar sig kunna leverera en SOEC elektrolys inom 4-5 år. Investeringskostnaden för ett vätgasflöde på 400 Nm3/h ligger mellan 11-26 Mkr med alkalisk eller PEM elektrolys. Produktionskostnaden för ett vätgasflöde på 400 Nm3/h är cirka 0,8-0,9 kr/kWh.

För metaniseringen bestäms verkningsgraden av Sabatier-reaktionen som har en verkningsgrad  på cirka 80 %. Med en verkningsgrad i elektrolysen på 65 % blir totalverkningsgraden från el till metan cirka 52 %. Den katalytiska metaniseringen ger en spillvärme på 350-700°C beroende på vilken typ av katalysreaktor som används. Kylvattnet i den biologiska processen är lägre än reaktorns temperatur på 65°C.

ETOGAS och Sunfire är de två leverantörer som studerats för katalytisk metanisering. Produktionskostnaden för metan beror på elpris, verkningsgrad i elektrolysen och avsättningspriset på värme samt om tekniken används som uppgraderingsteknik. Generellt ligger produktionskostnaden för metan för katalytisk metanisering på 1,40-1,70 kr/kWh utan kreditering av värme och uppgradering och på 1,10-1,30 kr/kWh om dessa intäkter inkluderas.
De två leverantörer som gett prisuppgifter på biologisk metaniseringsprocess är MicrobEnergy och Krajete. För den biologiska processen blir produktionskostnaden 1,30 kr/kWh utan värme- och uppgraderingstjänst. Om  försäljningen av värme och uppgraderingstjänst inkluderas minskar produktionskostnaden till 1,00 kr/kWh.
El utgör den största kostnaden baserat på 2012 års genomsnittspris. Om nätavgiften kan undvikas minskar produktionskostnaden med cirka 0,20 kr/kWh.
Investeringskostnaden för en anläggning på cirka 300 Nm3/h metan ligger för en biologisk process kring 80-110 Mkr och för en katalytisk mellan 100-150 Mkr. De höga investeringskostnaderna medför att optimal drifttid är 8600 h per år.


Skriv ut:

Datum