Produkcja biogazu rolniczego w Europie dynamicznie się rozwija, odpowiadając na rosnące potrzeby energetyczne i cele klimatyczne. Jednak wraz z poszerzaniem bazy substratowej o odpady rolnicze, pozostałości przetwórstwa spożywczego czy resztki pofermentacyjne, jakość wytwarzanego biogazu staje się coraz bardziej zróżnicowana. Obok metanu i dwutlenku węgla, gaz ten zawiera także niepożądane zanieczyszczenia, wśród których siarkowodór (H₂S) należy do najbardziej problematycznych.
Znaczenie usuwania siarkowodoru
Wpływ H₂S na instalację
Proces fermentacji beztlenowej, szczególnie przy wykorzystaniu substratów wysokosiarkowych, naturalnie prowadzi do powstawania siarkowodoru. Ten agresywny gaz nie tylko obniża jakość biogazu, ale też w połączeniu z parą wodną tworzy kwas siarkowy, który może uszkodzić kluczowe elementy systemu kogeneracyjnego, takie jak tłoki, zawory, wymienniki ciepła czy rurociągi. Z tego powodu biogaz musi być odpowiednio przygotowany przed jego wykorzystaniem – niezależnie od tego, czy trafia do silnika CHP, czy do systemu oczyszczania biometanu.
Wymagania technologiczne
Podstawowe parametry biogazu, jakie muszą być spełnione przed podaniem go do kogeneratora, obejmują maksymalną zawartość siarkowodoru poniżej 200 ppm, temperaturę 10–30°C, zawartość metanu między 40 a 70% oraz wilgotność poniżej 80% rH. Ich przekroczenie wiąże się z ryzykiem uszkodzenia urządzeń, skróceniem okresu międzyserwisowego i utratą gwarancji producenta.
Przegląd dostępnych metod odsiarczania
W odpowiedzi na te potrzeby, branża biogazowa opracowała szereg metod odsiarczania, które można sklasyfikować według miejsca działania – wewnątrz fermentora lub na zewnątrz – oraz typu technologii: biologiczne, chemiczne i fizykochemiczne.
Metody odsiarczania biogazu można podzielić według:
- miejsca działania (wewnątrz fermentora lub poza nim),
- typu technologii (biologiczne, chemiczne, fizykochemiczne).
Biologiczne metody odsiarczania
Napowietrzanie fermentora
Jedną z najprostszych metod jest wprowadzenie powietrza do fermentora, co stymuluje wzrost bakterii tlenowych utleniających siarkowodór do siarki elementarnej.
Zalety:
- niski koszt,
- prostota wdrożenia.
Wady:
- brak kontroli procesu,
- ryzyko korozji elementów fermentora.
Zewnętrzne biofiltry i bioreaktory
W tym wariancie oczyszczanie zachodzi poza fermentorem, w kontrolowanym środowisku biofiltra.
Zalety:
- bardzo wysoka skuteczność (do 99%),
- możliwość odzysku siarki jako nawozu,
- brak tlenu w fermentorze.
Wady:
- wyższe koszty inwestycyjne,
- potrzeba konserwacji.
Chemiczne metody odsiarczania
Dozowanie soli żelaza w fermentorze
Polega na dodawaniu związków wiążących siarkę (np. chlorku żelaza), które reagują z H₂S, tworząc siarczki żelaza.
Zalety:
- wysoka skuteczność,
- poprawa właściwości nawozowych pofermentatu.
Wady:
- koszty ciągłego dozowania reagentów.
Zewnętrzne układy z wypełnieniem adsorpcyjnym
Stosowane w większych instalacjach systemy kolumnowe, wypełnione np. rudą darniową lub węglem aktywowanym.
Zalety:
- elastyczność przy różnych przepływach,
- wysoka skuteczność,
- możliwość regeneracji złoża.
Wady:
- kosztowna inwestycja i serwis,
- potrzeba przestrzeni.
Nowoczesne rozwiązania hybrydowe
Hybrydowe systemy łączą metody biologiczne i chemiczne. Przystosowują się do zmian sezonowych, wahań substratów i zmiennego składu biogazu. Przykładem są systemy BUS 250 i BUS 500 firmy UGS Europe, które wykorzystują inteligentne zarządzanie ciśnieniem i odporne membrany.
Jak dobrać odpowiedni system?
Czynniki decydujące
- Rodzaj substratu (zawartość siarki),
- Zmienność przepływu i temperatury,
- Przeznaczenie gazu (CHP czy biometan),
- Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne,
- Dostępność serwisu i części.
Rekomendacje
Dobrą praktyką jest łączenie metod – np. chemicznego dozowania wewnętrznego z zewnętrznym biofiltrem. Umożliwia to redukcję H₂S do <100 ppm, a nawet śladowych poziomów przy produkcji biometanu.
Podsumowanie
Skuteczne odsiarczanie biogazu to fundament bezpieczeństwa instalacji i opłacalności jej eksploatacji. Nowoczesne technologie umożliwiają elastyczne dostosowanie systemów oczyszczania do indywidualnych potrzeb, a ich wdrożenie powinno być zawsze poprzedzone dokładną analizą lokalnych warunków i charakterystyki substratu. W dobie rosnących wymagań środowiskowych i rynkowych warto postawić na technologie sprawdzone, ale i innowacyjne, które wspierają długofalową efektywność instalacji biogazowej.