Szymon Pałyga, Andrzej J. Osiadacz
DOI: 10.15199/17.2025.10.3, GWiTS 10/2025, październik 2025
Pobierz w PDF (Open Access)
Streszczenie:
W artykule przeprowadzono analizę techniczno-ekonomiczną wybranych metod oczyszczania biogazu do biometanu. Przedstawiono dwa kluczowe etapy oczyszczania: usuwanie siarkowodoru (H2S) oraz separację dwutlenku węgla (CO2). W zakresie odsiarczania biogazu przedstawiono metody biologiczne oraz fizykochemiczne, m.in.: mikroaerację powietrza, absorpcję wodną oraz absorpcję chemiczną w roztworach związków chelatowych żelaza (III). Następnie przedstawiono i porównano metody usuwania dwutlenku węgla (CO2), omówiono: separację membranową, absorpcję wodną, absorpcję chemiczną z wykorzystaniem płuczek aminowych oraz adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA). Stwierdzono, że oczyszczanie biogazu to proces, który wiąże się z nieuniknionym zużyciem energii, wynikającym bezpośrednio z wymagań dotyczących końcowej jakości gazu. Zużycie energii w tych procesach nie jest parametrem swobodnie podlegającym optymalizacji, a ewentualna redukcja kosztów procesu wiąże się przede wszystkim z poszukiwaniem tańszych źródeł jej pozyskiwania.
Słowa kluczowe: biogaz, biometan, oczyszczanie biogazu, odsiarczanie biogazu, usuwanie CO₂ z biogazu, technologie oczyszczania biogazu
Abstract:
The article presents a techno-economic analysis of selected biogas upgrading methods for biomethane production. Two key purification stages are discussed: hydrogen sulfide (H2S) removal and carbon dioxide (CO2) separation. In the context of desulfurization, biological and physicochemical methods are presented, including microaeration, water absorption, and chemical absorption using iron (III) chelate solutions. Subsequently, methods for carbon dioxide (CO2) removal are presented and compared, such as membrane separation, water absorption, chemical absorption using amine scrubbers, and pressure swing adsorption (PSA). It is concluded that biogas upgrading to biomethane quality is inherently associated with energy consumption, directly resulting from the required final gas purity. Energy consumption in these processes cannot be freely optimized, and any cost reduction is primarily achieved through the use of cheaper energy sources.
Keywords: biogas, biomethane, biogas purification, biogas desulfurization, CO2 removal from biogas, biogas purification technologies
Bibliografia
[1] Bailon Allegue Laura, Hinge Jørgen. „Biogas upgrading Evaluation of methods for H2S removal”. Danish Technological Institute. Dostępny w internecie: https://www.teknologisk.dk/_/media/60599_Biogas+upgrading.+Evaluation+of+methods+for+H2S+removal.pdf
[2] Cattaneo Carlos R., Muñoz Raul [i. in.]. 2023. „Biological desulfurization of biogas: A comprehensive review on sulfide microbial metabolism and treatment biotechnologies”. Science of The Total Environment, Volume (893).
[3] Curkowski Andrzej, Mroczkowski Przemysław [i.in.]. 2009. „Biogaz rolniczy – produkcja i wykorzystanie”. Mazowiecka Agencja Energetyczna Sp. z o.o.. Dostępny w Internecie: https://www.mae.com.pl/files/poradnik_biogazowy_mae.pdf
[4] Deublein Dieter, Steinhauser Angelika. 2008. „Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction”. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co.
[5] Díaz I., Ramos I., Fdz-Polanco M.. 2015. „Economic analysis of microaerobic removal of H2S from biogas in full-scale sludge digesters”. Bioresource Technology. Volume (192): 280-286.
[6] Frare L.M., Vieira M.G.A. [i. in.]. 2009. „Hydrogen Sulfide Removal from Biogas Using Fe/EDTA Solution: Gas/Liquid Contacting and Sulfur Formation”. Wiley InterScience. Dostępny w internecie: https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ep.10374
[7] Gantina T. M., Iriani P. [i. in.]. 2020. „Biogas purification using water scrubber with variations of water flow rate and biogas pressure”. Journal of Physics: Conference Series. Dostępny w internecie: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1450/1/012011/pdf
[8] Golmakani Ayub, Nabavi Ali, Wadi Basil, Manovic Vasilije. 2022. „Advances, challenges, and perspectives of biogas cleaning, upgrading, and utilisation”. Fuel, Volume (317).
[9] Grosser Anna, Jasińska Anna [i. in.]. 2022. „Rozdział 5 – Technologie uszlachetniania biogazu do biometanu” przegląd literaturowy. Politechnika Częstochowska, Wydział Infrastruktury i Środowiska. Inżynieria środowiska i biotechnologia: wyzwania i nowe technologie: monografia / pod redakcją Agaty Rosińskiej, Beaty Karwowskiej, Magdaleny Madeły.
[10] Instytut Energetyki Odnawialnej. 2005. Tłumaczenie „Poradnika otrzymywania i wykorzystywania biogazu” opublikowanego przez Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.V.. Dostępny w internecie: https://ieo.pl/dokumenty/obszary_badan/Biogaz%20-%20Produkcja%20Wykorzystywanie.pdf
[11] Jason P. Oliver, Curt Gooch. 2016. „HYDROGEN SULFIDE REMOVAL FROM BIOGAS Part 3: Biotrickling filters for H2S – Overview of configuration and design”. Cornell University. dostępny w internecie: https://projects.sare.org/media/pdf/F/a/c/Fact-Sheets-H2S-Removal-2B.-Biotrickling-filters-Overview-of-configuration-and-design.pdf
[12] Jeníček P., Horejš J. Pokorná-Krayzelová L., Bindzar J., Bartáček J.. 2017. „Simple biogas desulfurization by microaeration – Full scale experience”. Anaerobe, Volume (46): 41-45.
[13] Kacprzak Anna, Michalska Karina [i.in.]. 2012. „Mikrotechnologie biogazowe jako innowacyjne narzędzie stymulowania rozwoju lokalnego”. Oddział Polskiej Akademii Nauk w Łodzi.
[14] Kapoor Rimika, Ghosh Pooja [i. in.]. 2019. „Evaluation of biogas upgrading technologies and future perspectives: a review, Environmental Science and Pollution Research”. 26:11631–11661, dostępny w internecie: https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-019-04767-1
[15] Kennes C., Veiga M.C.. 2001. „Bioreactors for Waste Gas Treatment”. University of La Coruna. SPRINGER-SCIENCE+BUSINESS MEDIA, B.V.
[16] Koziołek Sebastian, Białowiec Andrzej [i. in.]. 2017. „Rozproszone systemu dystrybucji biogazu, Badania, projektowanie i rozwój”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
[17] Kwaśny Justyna, Banach Marcin [i. in.]. 2023. „Przegląd technologii produkcji biogazu różnego pochodzenia”. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej. Czasopismo Techniczne, Chemia Zeszyt 2-Ch (17): 83-102.
[18] Moo-Young Murray. 2019. „Comprehensive Biotechnology”. University of Waterloo. Elsevier B.V.
[19] Mwacharo Fiona, Bhandari Suraj [i. in.]. 2020. „BIOGAS DRYING AND PURIFICATION METHODS”. Centria University of Applied Sciences.
[20] Ramirez Martin. 2020. „Advances in Biogas Desulfurization”. University of Cadiz.
[21] Rejman-Burzyńska Alina, Maksymiak-Lach Halina [i.in.]. 2013. „Potencjał energetyczny biogazu – ocena zasobów surowcowych do produkcji biogazu w Polsce”. CHEMIK 67 (5): 446–453.
[22] Wawryniuk Katarzyna, Biernat Krzysztof. 2015. „Techniki membranowe w procesach otrzymywania biometanu z biogazu”. Studia Ecologiae et Bioethicae. 13(2015)4: 197-219, dostępny w internecie: https://cejsh.icm.edu.pl/cejsh/element/bwmeta1.element.desklight-9a9415e5-9a5e-442a-a6ac-53f88e886133
[23] Wiącek Dariusz, Tys Jerzy. 2015. „Biogaz – wytwarzanie i możliwości jego wykorzystania”. Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego PAN w Lublinie.
[24] Żarczyński Andrzej, Rosiak Karolina. 2015. „Praktyczne metody usuwania siarkowodoru z biogazu. Zastosowanie roztworów sorpcyjnych i metod biologicznych”. Politechnika Łódzka, Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej. ACTA INNOVATIONS (nr 15): 57-71.