Біоенергетичний комплекс України — один із найбільш перспективних секторів економіки, що має показник приросту в 11% за рік. Цьому є кілька причин. По-перше, це всебічна орієнтація Європи на розвиток відновлюваної енергетики. По-друге, це масові руйнування в секторі традиційної енерго- та теплогенерації внаслідок воєнних дій протягом 2022-2024 рр.
Суть біоенергетики полягає в переробці біомаси. Біомаса може бути використана у твердому вигляді шляхом безпосереднього спалювання (дрова, тріска, тюки соломи, гранули та брикети з біомаси), чи перетворена і використана в рідкому (біодизель, біоетанол) або газоподібному (біогаз, біометан) стані. Біомасу також використовують для виробництва газового палива.
Біогаз — це газ, отриманий з біомаси. Можливі джерела біогазу: відходи тваринних ферм, стічні води чи органіка на сміттєвих полігонах. Біогаз є сумішшю метану (60-70%), СО2 та невеликих кількостей інших газів. Біогаз можна використовувати для отримання електроенергії та для задоволення потреб в опаленні чи приготуванні їжі.
Біометан – це майже на 100% метан, що утворюється або шляхом збагачення біогазу, або шляхом газифікації твердої біомаси Збагачений біометан не відрізняється від природного газу, тому його можна транспортувати та використовувати в такий самий спосіб. Біометан має переваги природного газу, залишаючись при цьому вуглецево нейтральним.
Для України біоенергетика є одним із стратегічних напрямів розвитку сектору відновлюваних джерел енергії, з огляду на високу залежність країни від імпортних енергоносіїв, насамперед природного газу, а також великий потенціал біомаси, доступної для виробництва енергії.
Роль біоенергетики в секторі виробництва теплової енергії є особливо важливою, оскільки біомаса та біопаливо можуть заміщувати традиційні палива й енергоносії у виробництві теплової та електричної енергії, а також на транспорті.
Станом на 1 січня 2024 року в Україні вже функціонували на правах «зеленого тарифу» 92 обʼєкти біоенергетичного сектору, що працюють як на біомасі, так і на біогазі, які разом продукують 313 МВт електроенергії.
Виробництво біогазу в Україні наразі є стратегічно важливим, оскільки має потенціал щодо 100% заміщення імпортованого раніше російського газу.
Чому біометан?
● Біометан абсолютно готовий для закачування в газову мережу вже сьогодні, на відміну від водню. Не потрібні інвестиції у модернізацію газових мереж (ГТС і ГРС) та газового обладнання (газові пальники, двигуни, турбіни тощо).
● На сьогодні це найдешевший із можливих відновлюваних газів.
● Біометанові заводи, окрім біометану, генерують дигестат, який може стати основним органічним добривом, необхідним для відродження українських ґрунтів.
Чому в Україні?
● Україна має найбільшу в Європі площу сільськогосподарських угідь і, відповідно, один із найкращих у світі потенціалів аграрної сировини для виробництва біометану.
● Україна може запропонувати найдешевшу сировину для виробництва біометану і реально конкурувати з будь-якими країнами на ринку біометану.
● Україна має розвинену систему газових мереж (ГТС і ГРС).
● Структура сільськогосподарських підприємств є сприятливою для виробництва біометану (велика частка великих і середніх підприємств).
● Є можливість експорту біометану на преміальний ринок ЄС, де ухвалили амбітні плани з виробництва біометану (REPowerEU): 35 млрд м3/рік у 2030 р. Україна потенційно може забезпечити до 20% цієї потреби.
Потенціал України у виробництві біогазу становить 21,8 млрд м3/рік
Станом на початок 2024 року в Україні функціонувало понад 80 біогазових комплексів, ще 5 мають добудувати цього року і щонайменше ще 5 — наступного. Із відкриттям європейського ринку біоетанолу для українських виробників очікується стрімке зростання цього сектору економіки.
Нині в Україні функціонує багато компаній, які тією чи іншою мірою можуть взяти участь у будівництві біогазових комплексів, однак «під ключ», тобто від проєкту до введення в експлуатацію, працюють 5 основних.
Це високотехнологічне будівництво, що має свою специфіку.
Біогазовий комплекс складається з трьох дільниць: блок завантаження, блок гідролізу і ферментатори — резервуари, де утворюється метан. Отриманий газ очищують від сірководню, осушують та транспортують на когенераційну установку для спалювання.
Зазвичай усі резервуари біогазового комплексу зводять із бетону як найбільш надійного та довговічного матеріалу. Проте до таких резервуарів є певні вимоги — абсолютна водонепроникність, теплоізоляція та підвищена хімічна стійкість, адже верхня частина реакторів, так звана «газова зона», перебуває під постійним впливом низки дуже агресивних речовин, зокрема сірководню.
У процесі роботи CSTRа всередині утворюється велика кількість тіонових бактерій. Продуктами їх життєдіяльності є сірководень, який у поєднанні з конденсатом у газовій частині резервуару утворює надзвичайно агресивну сірчану кислоту. Як результат — сильна мікробіологічна корозія бетону з подальшим руйнуванням.
Схильність бетону до мікробіологічної корозії зумовлена його хімічним складом, структурою і механічними властивостями. Бетон, який тривалий час контактував із тіоновими бактеріями, є не міцним монолітом, а пухкою сірою масою, що не має міцності, із зруйнованим цементним каменем і слідами іржі від арматури. Зрозуміло, що внаслідок цих процесів термін служби бетонної конструкції зменшується в рази. Відновити таку конструкцію вкрай складно, оскільки руйнування бетонного каменю відбувається на всій глибині, аж до арматурного каркасу, з подальшою корозією металу, що призводить до втрати несучої здатності конструкції загалом. Крім того, навіть якщо мікробіологічну корозію виявлено на початкових етапах, ремонтні роботи потребують повної зупинки виробничого процесу.
З огляду на інвестиційну вартість таких проєктів, вкрай нерозумним буде легковажне ставлення до питання захисту конструкції. Саме тому ще на етапі проєктування біогазового комплексу варто ретельно проаналізувати ринок матеріалів для захисту від мікробіологічної корозії, щоб обрати найбільш ефективний.
З-поміж основних серед них варто назвати:
- Полімерні покриття, в тому числі на основі епоксидних смол.
- Матеріали на основі алюмоцементів.
- Матеріали на основі мінералів, у тому числі кислотоактивовані.
Кожен із зазначених типів матеріалів має свої «слабкі місця»:
1. Полімерні покриття надто чутливі до рівня вологості основи для нанесення та гладкості поверхні. Тому їх можна використовувати винятково під час нового будівництва за умов високоякісного бетонування з подальшим шліфуванням. Це потребує високого рівня культури ведення монолітних робіт, що збільшує вартість проєкту. Проте і за цих умов із часом, у звʼязку з різними коефіцієнтами температурних деформацій бетону та полімерів, відбувається їх взаємне відшаровування.
2. Матеріали на основі цементів, у тому числі алюмоцементів, не вимогливі до рівня вологості основи нанесення та до її гладкості. Але, як і будь-які цементні основи, не можуть довго слугувати в умовах низького pH.
3. Матеріали на основі мінералів, у тому числі шлаків та/або кремнеземів, найкраще можуть впоратися з викликами, зумовленими як бактеріями, так і загальними умовами експлуатації конструкції. По-перше, їх наносять на вологу основу. По-друге, вони не вимогливі до рівня гладкості поверхні, а повторюють її рельєф. По-третє, ідеально функціонують в умовах підвищеної кислотності, оскільки використовують кислоту для своєї полімеризації.
Проте жоден із матеріалів не може надати абсолютного захисту, якщо не підходити до питання захисту конструкції комплексно, а саме: виконавши гідроізоляцію, знизивши рівень тіонових бактерій і, власне, подбавши про мікробіологічний захист.
Найкращим чином такий комплексний захист представлено компанією Penetron International. Технічні спеціалісти компанії розробили комплекс із трьох продуктів.
1. PENETRON ADMIX — гідроізоляційна кальматуюча домішка, що забезпечує повну водонепроникність бетону, навіть за умов високого гідростатичного тиску. Матеріал забезпечує стале ущільнення бетонної матриці за рахунок створення водонерозчинних кристалогідратів. Це, у свою чергу, робить бетон водонепроникним в усій своїй товщі на фізичному рівні, без створення якихось поверхневих шарів, що можуть бути зруйновані з часом. Така гідроізоляція не має терміну служби і є найбільш надійною та довговічною. Крім того, кристалічна гідроізоляція наділяє бетон здатністю до самовідновлення: самозарощуючи всі новоутворені мікротріщини з шириною розкриття до 0,5 мм протягом усього терміну експлуатації конструкції. Бетон, крім того, набуває стійкості до дії сульфатів і хлоридів. Є надійно захищеним у діапазоні pH 2-12 (епізодичний контакт) та pH 3-11 (постійний контакт). У разі проведення ремонтних робіт на вже діючому біогазовому комплексі може бути використаний матеріал поверхневого нанесення PENETRON, що має такі самі показники ефективності, як і домішка. Усі зазначені показники ефективності багаторазово підтверджені як на базі світових лабораторій, так і в Україні: НДІБК та ДержДорНДІ (НІРІ).
2. BioMic — унікальна протимікробна домішка до бетону, що діє на електрофізичному рівні. Використовується як при новому будівництві, так і в процесі ремонту.
Використання саме під час ремонту конструкції є найбільш важливим етапом, оскільки це дає змогу знищити продуцентів сірководню в глибині бетону, чого не робить жоден інший матеріал. BioMic — мікробіостатичний матеріал, що розриває стінки мікробів при контакті. Таким чином, бетон, що має у своєму складі BioMic, наділяється властивістю до знищення тіонових бактерій на електрофізичному рівні, тим самим зменшуючи кількість продукованого сірководню.
3. Penetron ARC — двокомпонентний кислотоактивований матеріал на основі шлаків та кремнезему, що надійно захищає конструкцію в діапазоні pH 0,6-13. PENETRON ARC застосовують на бетонних поверхнях, де існують анаеробні умови й утворюються сильні кислоти в зоні підвищеного газоутворення. Сильні кислоти, зокрема сірчана, вступають у хімічну реакцію з PENETRON ARC, перетворюючи покриття на щільну кислотостійку оболонку, яка захищає і продовжує термін служби бетонної поверхні. Матеріал легкий у використанні, може бути застосований як під час нового будівництва, так і у процесі ремонту біогазових комплексів.
Саме комплексний підхід до питання захисту може суттєво продовжити термін служби бетонних конструкцій, нівелювати потребу в періодичних ремонтних роботах та значно знизити як вартість реалізації проєкту, так і експлуатаційні витрати.
З огляду на темпи розвитку біоенергетичного сектору України та експортного потенціалу на цьому ринку, варто відповідально ставитися до реалізації таких проєктів. Адже це наш шанс досягти енергетичної незалежності, з одного боку, та інвестиційної привабливості — з іншого.