Gassifisering

Gassifisering innebærer å varme opp et brensel uten å tilføre tilstrekkelig oksygen for fullstendig forbrenning, og man vil få en energirik gass (syntesegass) som senere kan benyttes til energiformål. Gassifisering er en teknologi som fikk et kraftig oppsving under oljekrisa på 70-tallet. Den store pådriveren for dette var å benytte kullreserver til dieselproduksjon. Den energirike gassen fra gassifisering, kan omdannes til syntetisk diesel gjennom en såkalt Fischer-Tropsch-prosess. Syntetisk diesel er et likeverdig alternativ til vanlig petroleumsdiesel.

Virkemåte
Når biomasse varmes opp frigis flyktige bestanddeler, og man får dannet kull og en syntesegass. Delvis forbrenning vil så forekomme når oksygen reagerer med karbonet og danner CO2 og CO. Dette gir også varme til senere gassifiseringsprosesser. Gassifiseringen foregår i temperaturområdet 800–1100 °C og gassen som dannes er hovedsakelig CO, CO2, H2O, H2, CH4 og andre hydrokarboner, avhengig av brenselsammensetning og oksidant. En rekke ulike reaksjoner forekommer i gassifiseringsprosessen, hvor de viktigste fra gassifisering av biomasse er;

Reaksjon (ΔH, kJ/mol)

C + H2O → CO + H2 (+131)

C + CO2 → 2CO (+172)

C + 2H2 → CH4 (-75)

Det er aktuelt å tilføre fire oksidanter i prosessen; luft, damp, CO2 og oksygen, hvor alle gir ulikt resultat med tanke på gassammensetning, brennverdi etc. Ved å benytte oksygen som oksidant får man en gass med nedre brennverdi 10-18 MJ/Nm3, men ren oksygen er kostbart og vil som regel være et uaktuelt alternativ. Ettersom vanndamp inneholder en del hydrogenatomer, vil dette som oksidant føre til en større metanandel. Hvis syntesegassen skal omdannes til syntetisk biodiesel gjennom en såkalt Fischer- Tropsch reaktor, er det ønskelig med en lav metanandel ettersom det er hydrogen og CO som er de ønskede bestanddelene i syntesegassen.

Gassifisering av avfall
Gassifisering av avfall anses som en interessant teknologi som har en rekke fordeler. Utslippene reduseres og man kan unngå høytemperaturkorrosjon fordi mange alkaliske metaller og tungmetaller, svovel og klor forblir i asken. Dette øker anvendelsesområdene og ved rensing av syntesegassen kan denne for eksempel benyttes i en integrert, kombinert syklus (IGCC) med gass- og dampturbin. Dette vil øke elektrisitetsvirkningsgraden og er spesielt fordelaktig i sørlige land med lavt varmebehov.

Gassifisering av avfall er en teknologi som til nå har hatt størst utbredelse i Japan. Disse anleggene er riktignok små, og gassifisering er ofte bare en liten del av en større energigjenvinningsprosess. Den store utbredelsen av slike anlegg i Japan har sin årsak i begrenset plass til deponering, og et ønske om å redusere dioksinutslipp.

Den ekstreme graden av heterogen sammensetning for avfall kompliserer gassifiseringsteknologien. Gassifisering er følsom ovenfor endringer i avfallsammensetningen, som igjen vil føre til endrede betingelser for syntesegassen. Gassifiseringsanlegg som kun tar i mot et mer homogent avfall som bildekk eller papir er dermed vanlig. For gassifisering av husholdningsavfall er forbehandling av avfallet nødvendig. Graden av forbehandling avhenger av hvilken teknologi som benyttes, hvor gassifisering i fluidisert sjikt anlegg stiller de største kravene. For andre anlegg er kverning av de største bestanddelene i avfallet tilstrekkelig.

Det finnes om lag 50 gassifiseringsanlegg for avfall med en rekke ulike utnyttelser av syntesegassen. Det er mulig å omdanne syntesegassen til kjemiske produkter eller syntetisk diesel, lage elektrisitet gjennom en gassturbin eller gassmotor. Av disse teknologiene er den siste mest aktuell, da alle de andre metodene forutsetter grundig rensing av syntesegassen. Gassmotorer er forholdsvis billige og verdien av produktet (strøm) er høyt. Det forskes mye på brenselceller for strømproduksjon fra energirike gasser som metan, syntesegass etc. Brenselceller kan produsere strøm med en effektivitet på 40–50 prosent, men det er fortsatt langt frem til dette blir aktuelt, spesielt i
sammenheng med gassifisering av avfall.

Tross i mangfoldige muligheter innenfor syntesegassutnyttelse, forekommer gassifisering av avfall oftest i en stegvis energigjenvinningsprosess, med pyrolyse, gassifisering og forbrenning. Dette optimaliserer prosessen, senker utslippene og det er mulig å lage mindre anlegg fordi det ikke er behov for et like omfattende rensesystem som ved vanlig forbrenning.

Et anlegg i Chiba, Japan, for gassifisering av avfall. Anlegget ble konstruert i 1999 og dimensjonert for å motta 300 tonn pr. dag med FAB fra husholdninger. Avfallet gjennomgår først en tørking og pyrolyseprosess for så å bli overført til en høytemperaturreaktor på 1200 °C hvor gassen oksideres av rent oksygen til en syntesegass. For å redusere innholdet av dioksiner blir gassen raskt nedkjølt til 70 °C. Mye energi går tapt i denne nedkjølingsprosessen, men til nå er dette eneste renseteknologien som er kommersielt tilgjengelig. Syntesegassen blir så renset for svovel før den benyttes i en gassmotor.

Referanser

Kjemi