Grøn el kan lagres i gassystemet som grøn metan

Webartikel
DGC har undersøgt restindholdet af brint i forskellige metaniseringsprocesser.
webartikel
- Johannes Stoedter-Rosien - jsr@dgc.dk - Dansk Gasteknisk Center

Overskuds-CO2 fra biogasproduktion tilsat brint fra vind og sol giver grøn gas (metan) til gassystemet. DGC har set på en af udfordringerne, nemlig at metaniseringen giver et højere indhold af brint i gassen.

Produktion af metan kan ske ved metanisering, hvor CO2 omdannes til CH4 (metan) via tilsætning af H2 (brint). Anvendes CO2 fra biogas (biogen CO2) og brint produceret via elektrolyse af grøn el fra vind og sol, så kan den grønne el lagres i gassystemet i form af grøn metan. 

Metaniserings-processen kan udføres ved hjælp af forskellige metoder, men uanset metode så kan man via metanisering lagre el produceret fra vedvarende energi, som grøn gas i gassystemet, når udgangspunktet er biogen CO2. Lagringspotentialet er betydeligt, da biogas består af ca. 40 % CO2. 

En af udfordringerne er, at de forskellige metaniseringsmetoder giver et restindhold af brint i den producerede metan. Brint har indflydelse på gassens egenskaber, og af hensyn til gasanvendelsen er det vigtigt, at den metangas, der leveres til forbrugeren, kan anvendes problemfrit i de eksisterende gasapparater.

Dansk Gasteknisk Center (DGC) har undersøgt restindholdet af brint i forskellige metaniseringsprocesser og resultatet er, at såfremt metaniseringen udføres i en separat reaktor udenfor biogasreaktoren, kan der opnås et acceptabelt restindhold af brint i den producerede metan.
 

Potentiale

Produktionen af el baseret på vedvarende energi udgjorde i 2020 
68 % af den indenlandske elforsyning og andelen af vedvarende elproduktion vokser i de kommende år. Det er nødvendigt, hvis de politiske klimamålsætninger skal nås, men det giver samtidig udfordringer i form af situationer med el-overskud. Fx bestilte Tyskland i 2021 3,4 TWh nedregulering i Danmark og betalte derved for, at danske aktører afstod fra at eksportere el svarende til ca. 10 % af det danske elforbrug. 

Som et alternativ til nedregulering kan den overskydende el lagres i gasnettet, som via to underjordiske gaslagre har en stor lagerkapacitet, svarende til ca. halvdelen af det danske gasforbrug i 2021. For at lagre el i gassystemet, så skal el via elektrolyse omdannes til brint, som igen via metanisering omdannes til metan.

P.t. ventes et EU-krav om, at gasnettet skal kunne operere med op til 5 % (vol.) brint iblandet gassen, dvs. en beskeden energimængde, idet brints brændværdi per m3 er ca. 1/3 i forhold til metans brændværdi. Skal der lagres store elmængder i det eksisterende gassystem, skal det derfor ske i form af metan, som ikke kræver ændringer i gassystemet eller hos slut-
brugeren. 
 

Grønt kulstof fra biogas

Den producerede metan kan således anvendes til indirekte grøn elektrificering i fx i industri- og transportsektoren, hvilket selvfølgelig kræver, at den producerede metan er grøn. Og det er den, når den el, der anvendes til elektrolysen stammer fra vind eller sol, og det anvendte kulstof (C) er biogent (grønt).

Grønt kulstof kan fx hentes fra rå biogas, hvoraf ca. 40 % består af CO2, som alligevel skal fjernes, inden biogassen kan afsættes til gasnettet. I Danmark producerede 51 biogasanlæg i 2021 omkring 0,5 milliard Nm3 CO2, som kan anvendes i metaniserings-processen. Det er nok til at metanisere 600 MWh brint i timen, og at produktionen af CO2 øges i de kommende år, i takt med at antallet af biogasanlæg i Danmark stiger.
 

Metanisering

Metaniseringsprocesserne kan opdeles i henholdsvis in-situ-metanisering og ex-situ-metanisering. Ved in-situ-metanisering tilføres brint til selve biogasreaktoren, og omdannelsen af brint til metan finder sted i denne. Metaniseringsprocessen i ex-situ-processer finder omvendt sted efter selve biogasproduktionen, hvor enten bortsepareret CO2 fra en opgraderingsproces eller selve biogasstrømmen blandes med brint, hvorefter CO2-indholdet omdannes til metan.

Selvom in-situ-metanisering investeringsmæssigt er attraktiv, fordi brinten kan injiceres direkte i biogasreaktortanken uden ekstra installationer, så vurderes metoden ikke at være brugbar, fordi ca. 20 % af den injicerede brint ikke bliver omdannet til metan.
Ex-situ-metanisering, der gennemføres udenfor biogasreaktoren i en særlig reaktor, viser sig at være det attraktive valg, da omdannelsesandelen af brint til metan er meget højere. DGC undersøgte katalytisk og biologisk metanisering og brintslippet ved disse to metaniseringsteknologier vurderes at kunne være op til 3 % brint i produktgassen, mens det gennemsnitlige brintindhold vil være lavere.
 

Håndtering af brintslip

Langt størstedelen af gasforbrugere i Danmark i dag anvender gassen i et gasfyr til opvarmning. Det vurderes, at disse gaskunder kan håndtere op til 10 % brint i ledningsgassen, evt. med mindre justeringer på gasinstallationen. Derimod forventes der udfordringer blandt de industrikunder, der har høje krav til gassens Wobbeindeks og konstant gaskvalitet. Hos industrikunderne er en individuel vurdering af konsekvenserne nødvendig. 

15 % af gassen i Danmark bliver anvendt på kraftvarmeværker i gasmotorer og -turbiner. For gasmotorer vurderes det, at op til 3 % brint i gassen kan håndteres uden væsentlige problemer. For eksisterende gasturbiner skal der foretages en individuel vurdering af konsekvenserne.

Samlet set kan det konkluderes, at forventede brintslip fra metaniseringsanlæg kan håndteres af de fleste gasforbrugere.



Referencer
[1] Energinet, ”ÅRET DER GIK I 2021”, 26. januar 2022.
[Online]. Available: https://energinet.dk/Om-nyheder/Nyheder/2022/01/26/Aaret-der-gik

[2] Energistyrelsen, ”Energistatistik for 2020”, 22. april 2021.
[Online]. Available: https://ens.dk/service/statistik-data-noegletal-og-kort/maanedlig-og-aarlig-energistatistik
[Senest hentet eller vist den 1. februar 2022].

[3] Gas Infrastructure Europe, ”GIE Storage Map”, juli 2021.
[Online]. Available: https://www.gie.eu/publications/maps/gie-storage-map/
[Senest hentet eller vist den 28. februar 2022].
 

Hent artiklen som PDF