Biometan jako možnost ozelenění zemního plynu

Biometan přináší velké očekávání. Měl by do roku 2030 výrazně promluvit do snížení emisí v dopravě a současně splnit kvótu využití pokročilého biopaliva. Biometan bude také součástí akumulace energie a jeho výroba bude spojena s využitím přebytků elektřiny v síti. Biometan bude do potrubí proudit společně se syngasem, který bude využívat bioplyn jako zdroj CO₂. 

Zastánci klasické a obzvláště uhelné energetiky tvrdí, že vodík coby akumulátor energie přijde na řadu až po roce 2030 spíše 2040. Ne náhodou se jedná právě o stejné období, kdy mají být odstaveny poslední uhelné elektrárny. Je to logický postoj, protože uhelné zdroje a v nich roztočené (nebo čekající na roztočení) generátory jsou nyní důležité pro stabilitu sítě. Jestliže tato funkce bude omezena, výrazně se omezí i smysluplnost udržování těchto zdrojů až do druhé poloviny další dekády. 

Systémy Power to Gas (P2G) jsou však již nyní běžně v provozu a již v příštím roce ohlásili provozovatelé přenosové soustavy v Německu uvedení do provozu řádově větších zařízení, než tomu bylo doposud. Plánované výkony P2G systémů dosahují desítek MW příkonu elektrické energie s tím, že vládní plány počítají s celkovou kapacitou těchto systémů v rozmezí 2 až 3 tisíce MW. Hnací silou je hlavně ekonomická stránka regulace sítě a akumulace elektřiny, která je díky zvyšujícímu se výkonu OZE k dispozici v době přebytku s nulovou cenou. Evropská bioplynová asociace (European biogas association - EBA) uvádí, že pro metanizaci veškerého volného CO₂ v bioplynu je zapotřebí takové množství vodíku, které by spotřebovalo 127 TWh elektřiny (téměř dvojnásobek roční spotřeby ČR). Teoretický potenciál oboru je tedy ohromný a rozhodně jeho využití nebude čekat dalších 20 let. 

Projekty jsou připraveny

S rostoucím zájmem o systémy P2G roste i technická úroveň samotných systémů. Stále více do popředí se dostává biologická metanizace využívající bioplyn bez toho, aby byl předtím upravován na kvalitu zemního plynu. Pilotní jednotku tohoto typu připravuje i Net4Gas v ČR. Zeptali jsme se na jejich záměry: „Projekt P2G jsme začali připravovat v roce 2018 s cílem ověřit možnost takzvaného ozelenění plynárenské infrastruktury. Projekt je založen na využití dvou technologií, první je technologie na výrobu čistého vodíku pomocí elektrolýzy vody a druhou je bio-metanizace – výroba biometanu, kde zdrojem CO₂ je bioplyn dodávaný z existující bioplynové stanice. Elektrolyzér má plánovanou instalovanou kapacitu 0,5 MWe a schopnost vyrábět asi 100 m³ vodíku za hodinu, čistota takto vyrobeného vodíku se předpokládá, že je 99,9 %. V druhé fázi našeho projektu jde o využití vodíku jako suroviny pro výrobu biometanu. Tu má zajišťovat technologie biologické metanizace, která je založena na schopnosti speciálních mikroorganismů (bakterie Archaea) přeměňovat oxid uhličitý a vodík na metan a vodu. Jedná se o metabolický proces, který probíhá v reaktorovém systému za přísně anaerobních podmínek v kapalném roztoku obsahujícím mikroorganismy jako biologický katalyzátor,“ uvádí Michal Slabý, ředitel strategie společnosti Net4Gas. 

Důležitá je budoucí ekonomika takových zařízení, i když u pilotního projektu je asi zřejmě nutné přivřít oči. Jak je na tom připravovaný projekt, odpovídá Michal Slabý: „Technologie Power to Gas je v České republice stále ještě na svém začátku a z důvodu vysokých pořizovacích nákladů má do ekonomicky soběstačného provozu ještě daleko. Pomineme-li ekonomiku, realizace uvedeného projektu také naráží na stávající podmínky legislativně-právního rámce, který realizaci velmi komplikuje. Zkušenosti ze zahraniční, ale i z přípravy tohoto projektu však již dnes potvrzují, že tato technologie za využití existující plynárenské infrastruktury bude vhodným doplňkem akumulace.“ Určitě je tedy na co se v tomto segmentu těšit”.

Jak ale bylo naznačeno, problém je zatím i legislativa, která v českém provedení zatím na synteticky vyráběný metan není připravena. Jde o klíčové téma, protože kvůli plánované podpoře biometanu z biomasy bude nutné oddělit zdroje metanu. Z tohoto důvodu jsou prozatím v ČR plánována zařízení na úpravu bioplynu na kvalitu zemního plynu. 

Drtivá většina plánovaných projektů zvažuje využití membránové separace, a tím pádem budou oddělovat CH₄ od CO₂. S touto technologií již běží v ČR jeden projekt v běžném provozním režimu s dodávkou biometanu do sítě zemního plynu. Vlastně i díky němu bylo v roce 2020 poprvé možné koupit na plnících stanicích v ČR i BioCNG. 

Statistika za rok 2020 dokonce vykazuje podíl biosložky na celkové spotřebě CNG ve výši 1,29 % a ve vztahu k celkové spotřebě zemního plynu v dopravě zahrnující i LNG činil tento podíl 1,24 %. Na první rok zavedení biosložky v CNG to není rozhodně špatný výsledek. Úsměvně pak vypadá návrh zákona upravující povinnost dodavatelů paliv zajistit minimální podíl obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě zemního plynu ve výši 0,2 % v roce 2025. 

Biometan z různých zdrojů

Nástup biometanu bude daleko výraznější, než se nyní na vládní úrovni očekává. Jen letos by měly být spuštěny další tři projekty obdobné velikosti již zmiňované BPS Rapotín. Všechny projekty zvažují vysoký podíl produkce biometanu v kvalitě pokročilého paliva, tzn. biometanu, který byl vyroben ze vstupních substrátů uvedených v příloze IX směrnice EU 2018/2001 o podpoře využívání energie z obnovitelných zdrojů. Právě tato vlastnost dělá z biometanu klíčového partnera pro splnění úspory emisí v dopravě a zajištění podílu pokročilých paliv na úrovni 3,5 % z celkové spotřebované energie v dopravě do roku 2030. 

Biometan ze statkových hnojiv zařazený mezi pokročilá paliva může dosahovat i záporných úspor emisí. Zní to až nereálně, ale je to tak. Jde o to, že volným skladováním statkových hnojiv dochází k emisím čpavku, a především metanu do ovzduší. Při jejich zpracování v technologii bioplynových stanic jsou tyto emise minimalizovány. Do úspory emisí je tedy kromě úspor z nahrazených fosilních paliv započítána i úspora z ušetřených emisí metanu. Díky tomu může vůz jedoucí na BioCNG dosahovat nižších emisí než elektromobil nabitý elektřinou pocházející čistě z OZE. 

Biometan z běžných komodit však také není k zahození a může dosahovat úspor emisí oproti fosilním palivům i 80 %. Navíc tyto hodnoty jsou validovány mezinárodním systémem udržitelnosti biopaliv, a proto jsou naprosto liché diskuze o tom, jak traktor spaluje naftu při orbě pole pro kukuřici. Nad to je také klidně možné, že tento traktor bude za nějaký čas také poháněn biometanem. Pohon BioCNG, nebo pro těžká nákladní auta spíše do budoucna BioLNG, rozhodně není slepou cestou v čisté mobilitě. Právě těžká doprava obzvlášť zažívá přerod na tento druh paliva, protože odbourává největší problém CNG, kterým je dojezd. Nákladní auta na LNG disponují dojezdem srovnatelným s klasickou dieselovou verzí. 

Zkapalňování biometanu je zatím výsadou jen velkých biometanových stanic, protože technologicky a energeticky jde zatím o zařízení nacházející smysl jen od jisté kapacity, uvádí se asi 2 MW elektrického ekvivalentu, i když jsou testovány v provozu i zkapalňovací jednotky na BPS o výkonu 0,5 MWel. Celý obor LNG nebývale roste. Nedá se to úplně tvrdit i o ČR, ale přesto již disponujeme dvěma čerpacími stanicemi na LNG a v provozu ke konci roku 2020 bylo 36 vozů s tímto pohonem. Kvete i obchod se zkapalněným plynem, který je v mobilních cisternách dovážen z terminálů a z nich přímo vtláčen do sítě zemního plynu (viz foto). 

V ČR nás zatím čeká srovnat krok v produkci biometanu. Právě projednávaný zákon o podporovaných zdrojích hodlá zavést provozní podporu. Tento krok nastartuje zájem jak nových projektů, tak hlavně i těch stávajících. Návrh zákona počítá s možnou přestavbou bioplynových stanic na biometanové a lze říci, že bude dokonce vyvolán tlak na přestavbu u bioplynek bez využití tepla. Český plynárenský svaz (ČPS) aktivně připravuje podmínky připojitelnosti stávajících bioplynek do distribuční sítě zemního plynu. 

Provozovatelé distribučních sítí se učí přijímat a zpracovávat žádosti o připojení a na již připojené BPS Rapotín si názorně předvádějí, jak připravit všechny legislativní procesy pro uvádění zařízení do provozu. Lze očekávat, že výhledově bude transformováno až 50 % dnes produkovaného bioplynu do podoby biometanu. Také většina připravovaných projektů počítá s produkcí biometanu a osazení kogeneračních jednotek spíše jen pro vlastní spotřebu energií. 

Biometan je další kousek puzzle v moderní energetice zajišťující větší efektivitu, flexibilitu, palivovou nezávislost na dovozu a úsporu emisí v dopravě, teplárenství, domácnostech i průmyslu. Kombinace bioplynové stanice poskytující flexibilní výkon s konverzí bioplynu, u kterého není využití tepla do biometanu, případně doplněné systémem P2G, je splněným snem energetika, zemědělce a vlastně nás všech. Sektor bioplynu má ze všech OZE největší ekonomicko-sociální přínos pro své okolí a obzvlášť pro venkovský prostor.   

Článek byl publikován v časopisu Energie 21 Bioplynové stanice 2/2021.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky