A techno-economic comparison of biogas upgrading technologies in Europe

Abstract

Biokaasua voidaan hyödyntää lämmön- ja energiantuotannon polttoaineena tai puhdistaa ja jalostaa käytettäväksi esimerkiksi ajoneuvojen polttoaineena . Prosessissa vapautuvaa hiilidioksidia voidaan hyödyntää teollisuudessa. Euroopassa käytettävät pääasialliset biokaasun jalostustekniikat ovat PSA (Pressure Swing Adsorption) sekä vesipesu (Water Scrubbing). Tämän työn ensimmäinen tavoite on vertailla pienten, keskisuurten sekä suurten biokaasun jalostuslaitosten taloudellisuutta Euroopassa. Toinen tavoite on arvioida pienten biokaasulaitosten teknisiä mahdollisuuksia Euroopassa. Tutkimusmenetelmänä on käytetty kyselylomaketta, joka on lähetetty biokaasulaitosten omistajille/operoijille. Kyselyn tarkoituksena on selvittää biokaasulaitosten teknisiä kysymyksiä, prosesseja, energian käyttöä sekä taloudellisuutta. Aiheeseen syvennytään myös kirjallisuuden kautta. Taloudellisin kokoluokka biokaasulaitokselle on välillä 500 ja 1400 Nm3 raakaa biokaasua tunnissa tuottava laitos. Pienien biokaasulaitosten (alle 150 Nm3/h) ei kannata siirtää biokaasua kaasuverkkoon tai kaupallisille polttoaineasemille. Toisaalta pieniä biokaasulaitoksia voidaan hyödyntää paikallisesti pienissä yhteisöissä tuottamaan lämpöä ja sähköä sekä käyttövoimaksi maatalouskoneille. Mukaan pienillä biokaasulaitoksilla on suuremmat yksikkökustannukset kuin suuremmilla laitoksilla. Suurempia biokaasulaitoksia käyttämällä päästäänkin korkeampaan kannattavuuteen.

Biogas can be cleaned and upgraded to be used as a vehicle fuel, injection into the gas grid, heat and power generation. The carbon dioxide removed from the process can be used be utilized by industry. The main biogas upgrading technologies in Europe are Pressure Swing Adsorption and Water Scrubbing. The first objective is to compare the economics of small, medium and large scale biogas upgrading plants in Europe. The second objective is to evaluate the technical feasibility of small scale biogas upgrading in Europe. This study used a self-designed questionnaire which is sent to biogas plant owners/operators. The questionnaire aims to assess the technical issues, process conditions, biogas production, the upgrading system, energy use and economics. It also included an in-depth literature review. It was evaluated that the economies of scale favour larger biogas plants where the desired scale should be between 500 and 1,400 Nm3/hour of raw biogas. It is also not economically feasible for biogas plant smaller than 150 Nm3/hour to injection into the grid or for commercial fuel stations. However, small scale biogas upgrading can be used to locally within small communities to heat, electric and vehicle farm which could be for example used on farm scale locations. The economics for smaller plants had much higher specific costs that the larger biogas upgrading plants. The economies of scale therefore, show that the larger plants are favoured for producing higher quality gas, lower methane loses, higher plant efficiency and higher profitability. The profit per Nm3 of upgraded biogas should be around 0.35-0.45 € to achiever the payback time of 5 years with small scale plants. This means that the cost price for biogas upgrading for small scale plants should be less than 0.20-0.30 €/ Nm3.