使用生物燃料从垃圾中提取现金

由废物制成的生物燃料正在世界范围内兴起,这也不足为奇:它们提供了一种减少化石燃料使用并同时获利的方法。

日期 2022-01-27 作者 David Wiles

“哪里有淤泥,哪里就有黄铜”,所以他们在英格兰北部这样说(“黄铜”是金钱的俚语)。哪里有肮脏的工作要做,哪里就有赚钱的机会,这一点从未像今天这样真实,当时工业和生活垃圾可以转化为可持续的低碳燃料。曾经是工业和社会的成本,现在正在产生收入。这也许是最终的双赢局面:将废弃的产品作为环境和经济责任,并将其转化为燃料,以供日益耗能但具有生态意识的世界使用。

从瑞典海关官员查获的屠宰场废物和酒精制成的沼气,到美国餐馆用过的食用油制成的生物柴油,再到中国的农业废物制成的生物乙醇,废物燃料行业正在成为一种帮助削减对化石燃料的依赖。

“所有生物质废物都可用于能源用途,”瑞典能源署署长、前生物能源行业高管兼瑞典隆德大学领先环境研究所教授 Tomas Kåberger 说。 “来自林业和农业以及其他来源的残留物的全球总潜力占商业能源使用总量的四分之一到一半,但有时利用成本太高。然而,随着油价上涨,经济潜力显着增加——而且速度比人们意识到的要快。”

据估计,人类每年产生 4 万亿吨废物,因此它是一种有吸引力的能源。它具有减少化石燃料使用和随后的温室气体排放的明显优势。就沼气和第二代乙醇而言,还有另一个好处:有机废物分解时会产生甲烷,其作为温室气体的威力是二氧化碳的 20 倍。如果你用它来制造第二代乙醇,那甲烷永远不会释放,如果你制造沼气,它就会被捕获。 “减少甲烷排放可能与在发动机中替代化石燃料一样重要,”Kåberger 说。

但对于今天的大多数企业来说,经济方面的考虑仍然占上风,在这里从废物中提取生物燃料仍然有意义。 “您可以避免传统的废物管理成本,而是生产有价值的产品,”Kåberger 说。 “有些机会在今天非常有利可图,但在五年或十年前评估这些资源时却没有赢利,当时油价较低。还有一些市场机会有待发现。”

今天,在生物燃料开发和使用方面的世界领先者是巴西、美国、法国、瑞典和德国,尽管由于中国清洁能源等公司正在增加由回收食用油制成的生物柴油的产量,中国正在成为主要参与者和其他废食用油每年减少 100,000 吨。美国军方在废物燃料工业中发挥着主导作用,正在进行用木浆和农业废物制造喷气燃料的项目。

大公司(包括壳牌、BP 和雪佛龙等石油巨头)也参与其中,这一事实可以看出从废物中提取生物燃料的商业潜力。英国航空公司正在投资建设一家工厂,该工厂每年可将 500,000 吨有机废物转化为 7300 万升喷气燃料,而生物燃料生产商设备的领先供应商阿法拉伐则收购了备受关注的 Ageratec,一个生物柴油处理器制造商。

“一些小型初创企业在技术方面实力强大,但在营销和扩大生产方面却很薄弱,他们从加入大型成熟公司中受益,”Kåberger 说。阿法拉伐生物燃料营销经理 Gert Ternström 表示,技术发展有助于创造一种局面,在这种情况下,由废物制成的生物燃料可以在越来越平等的条件下与化石燃料竞争。

“如果你看看用动物脂肪制造柴油,它比用粗植物油制造柴油更困难,但生产成本已经显着降低,”他说。 “我们现在处于生物燃料业务更成熟的阶段,基础设施已经建立。因此,从今天的角度来看,利用废物制造燃料是轻而易举的事情,尽管就在几年前,您还没有动力经营这项业务。”

Kåberger 预计垃圾燃料市场将在短期内快速增长。 “由于他们(垃圾燃料业务)的规模很小,他们不会在短期内获得主要的市场份额,因为化石燃料市场是巨大的,”他说。 “但从长远来看,由于石油资源有限,它们将成为汽车燃料市场的重要组成部分

更广泛地实施废物生物燃料所需的主要技术突破已经取得。 “有很多机会可以边际提高产量和边际降低成本,但我认为我们无法确定一种关键解决方案,使其更具竞争力,”Kåberger 说。更广泛地实施由废物制成的生物燃料的政治限制很小。例如,欧盟的生物燃料指令要求成员国到 2020 年在交通燃料中使用 10% 的生物燃料。

“我认为最重要的限制是了解技术和经济机会的人太少,”Kåberger 说。 “废物一直都是废物,很少有人能想象到它可以以相当低的成本在工业上转化为汽车燃料。通过这样做,您可以降低处理它的经济和环境成本,同时创造新的收入来源。”

人民的力量——来自泥浆

Lemvig Biogas 建于 1992 年,是丹麦最大的沼气厂,每年可生产约 850 万立方米的沼气,用于发电和供热。沼气由来自约 75 个当地农场的泥浆以及工业生产的废物和残余产品制成,包括屠宰场和啤酒厂废物、受污染的食物和制药行业的废物。

产生的沼气每年可产生超过 2100 万千瓦时的电力,并出售给当地电网。燃气发动机冷却系统的余热每年超过 1830 万千瓦时,分配给 Lemvig 集中供热厂的用户(约 1,000 户)。

沼气是在没有氧气的情况下通过有机物的生物分解产生的。 Lemvig 工厂采用一种称为“嗜热发酵”的方法,该方法使用的细菌必须保持在尽可能接近 52.5°C 的温度。

产生这种热量通常需要大约 9,000 MWh 的能量,相当于设施总输出功率的 16%。通过使用四个阿法拉伐螺旋换热器,Lemvig 工厂只需要 6,000 MWh 的能量来维持温度。其余的通过使用消化污泥作为热介质的传热回收。换热器从消化后的粪便流中吸取热量,从 52°C 冷却到 29°C,将进入的未消化有机废物从 15°C 预热到 44°C。

该解决方案提高了工厂及其所有者的收入。 “如果我们不得不使用我们产生的热量来维持所需的工作温度,那么我们的销售量就会少得多,”Lemvig 董事总经理 Lars Kristensen 解释道。 “阿法拉伐的换热器确保了我们的最高效率。”

终极绿色燃料是本地生产的

芬兰能源公司 St1 正在生产用于运输的生物乙醇。燃料(主要是酒精)是用公司的 Etanolix 方法从废物和工业侧流中制成的。 Etanolix 的碳足迹极低:它使用废物作为原料;它在生产中使用可再生能源;它应用了新的节能工艺和技术。它还具有最小的运输需求,因为它是在靠近原料来源的小型生产单元中制造的。此外,化肥、动物饲料和固体生物燃料等过程中的副产品在当地得到利用。

St1 目前拥有 6 个废物乙醇转化装置,每年可从约 45,000 吨废物中生产 5,000 立方米燃料。 Etanolix 工艺专门设计用于将食品工业废物和侧流转化为乙醇。它使用来自食品加工厂的生物废物以及含有糖、淀粉或低浓度乙醇的食品工业副产品。这包括马铃薯加工废料、烘焙废料和侧流、乳制品工业废料和侧流以及啤酒厂废料。

生产过程涉及原料中糖类的微生物发酵。从生产单元中,85% 的生物乙醇被转移到一个单独的脱水单元进行脱水,之后 99.8% 的生物乙醇准备与汽油混合并分配到服务站。 St1 在其乙醇精馏过程中使用阿法拉伐紧凑型板式换热器。换热器用于热回收、沸腾和冷凝。

St1 还使用一些原材料,例如食品工业废料,这些原材料需要螺旋式换热器,这种换热器可以比其他技术更好地加热污泥或纤维介质。 St1 正在开发新方法,以利用更广泛的废物和工业副流选择。目前正在开发的下一代工厂将使用商业包装和稻草等材料。

脂肪燃料可提高发动机性能

自 2001 年以来,在德国北部的马尔钦镇,Saria 集团的子公司 ecoMotion 一直在利用动物副产品生产第二代生物柴油。该工厂的原材料包括来自附近提炼厂的动物脂肪以及用过的食用油。

Malchin 工厂是 Saria Group 拥有和运营的三个工厂之一,总产能为每年 212,000 吨生物柴油。他们的产出有可能每年减少近 400,000 吨二氧化碳——相当于 170,000 户家庭或大约相同数量的汽车的排放量。在此过程中,原材料和甲醇催化剂混合物被泵送到一个装置,在那里它们经历称为酯交换的过程。生物柴油是通过脂肪或脂肪酸与甲醇之间的碱催化反应产生的。

该设施每年生产 12,000 吨高质量生物柴油,使用阿法拉伐分离工艺从屠宰场副产品中纯化脂肪,直到它们的杂质含量不超过 0.15%(重量)。用卧螺离心机和碟片离心机清洗后,该产品可用于生产蒸汽或生物柴油。燃料本身纯度为 97%,硫含量低。该过程的副产品包括固体肥料和甘油,它们又可以分解成游离脂肪酸、粗甘油和固体。游离脂肪酸被重新利用并转化为更多的生物柴油,而粗甘油和固体则被出售以供进一步加工。

除了环境效益外,最近的研究表明,由 100% 动物脂肪(也称为动物脂肪甲酯或 AFME)生产的生物柴油有助于提高发动机的整体性能。与传统的化石柴油相比,这种类型的生物柴油提高了发动机效率,减少了废气排放并降低了发动机噪音水平。

对于由动物脂肪制成的第二代生物柴油,颗粒物和二氧化碳浓度甚至低于菜籽油甲酯(RME,或由菜籽油制成的第一代生物柴油)。 AFME 还具有比 RME 更好的润滑性能。自 2001 年开始生产以来,Malchin 工厂的燃料已用于 1,000 多辆卡车。测试证明了排放方面的好处,而技术故障没有增加。

客户的声音

经济潜力显着增加,而且比人们意识到的要快。

Tomas Kaberger,瑞典能源署