BioCat Projektet. El-til-Gas via Biologisk Katalysator. Hans Knudsen Drift og vedligehold Electrochaea.dk ApS

Transkript

1 BioCat Projektet El-til-Gas via Biologisk Katalysator Hans Knudsen Drift og vedligehold Electrochaea.dk ApS

2 Electrochaea Historie Mission Partnere 2010: grundlagt som et af Universitetet af Chicago spinoffs 2012: grundlæggelse af Electrochaea.dk 2014: flytningen til München (Tyskland) 2015: Etablering af Biocat Avedøre At udvikle biologisk metaniserings proces fra El-til-gas energi lagring og biogas opgradering Universiteter, Spildevandsrensning net operatører, forsyningsværker, gas distributører, technologi udviklere, energi handlere og ingeniør firmaer transportbranchen m.m. 2

3 Problem: forsyning/behov ubalance Elektricitet behov (Rød) og forsyning (Grøn) i det fremtidige Danske Energi System Betydning #1 Perioder med lav eller negative el priser Betydning #2 Reduceret vind elektricitet Betydning #3 Net balancering udfordringer Elektricitet behov (aktuel mønster) Fremtidig elektricitet forsyning (vind-solar-biomasse) Kilder: Energinet.dk, Energi 2050 Vindsporet, Januar

4 Løsning: Elektricitet-til-Gas Energi opbevaring Elektricitet nettet vind Elektricitet Solar Elektricitet Gas kræftværker Gas nettet Anvendelse: Industri Varme Transport Elektricitet Andre Gas opbevaring Elektrolyse Hydrogen Metan (CH 4 ) Forsyning Biogas/CO2 kuldioxid Methanation Elektricitet-til-Gas System 4

5 Technologi: System Design System Design Proces Elektricitet vand CO 2 /Biogas Electrolyse (Lager vare) Bioreaktor (ejerskab) Hydrogen Varme Oxygen CH 4 Varme Kemisk Reaktion 1) Elektrolyse 4H 2 O 4H 2 + 2O 2 + Varme 2) Methanation CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O + Varme Net Reaktion CO 2 + 2H 2 O CH 4 + 2O 2 + Varme Inputs vand Elektricitet CO 2 fra biogas, fermentation, eller andre kilder Biologisk katalysator Outputs Metan Oxygen Varme 5

6 Our biocatalyst: methanogenic Archaea Methanogenic Archaea: 3.5 Miliarder år singel-celled organisme Opdaget for kun 30 år siden af pioneers Prof Carl Woese (Illinois) og Prof Karl Stetter (Regensburg) Specialiceret tiny chemical plants pre-engineered af naturen Archaeal diæt : CO 2 og H 2 (ingen anden kulstof kilde nødvendig!), 65 o C Electrochaea biocatalyst: proprietary, selectively evolved, highly efficient, optimised Archaea 6

7 Electrochaea s Biocatalysator (1) Metanogenic archaea Encellet mikroorganisme (prokaryote) Anerob (wildtype) Indsat som en ren avl Selektivt udviklet, ikke genetisk modificeret Overlevelse af de bedste under selektive pres Oxygen tolerance, svovl behov 7

8 Electrochaeas Biocatalyst Effektivitet Productive Responsive Selektiv Robust Simple 98.6% af kulstof bliver til gas VVD* of 850, H 2 mass-transfer begrænsning Hurtigt retur til aktivitet efter dvale 100% metan, ingen mellemstoffer Tolerant over for oxygen, H 2 S, partikel( moderate mængder) Moderate temperature (60-65 C) *VVD = volumes of gas per volume of reactor per day (24-hr) 8

9 Foulum Project: Culture lagring 9

10 Foulum Project: Reactor 10

11 Foulum Project: Reactor opblanding 11

12 BioCat Technology Demonstration Project Scale-Up to Commercial Size 1 MW elektricitet input Alkaline electrolyse og biologisk metanation CO 2 fra biogas Injection ind i 4-bar distribution naturgas net Varmen bruges I bygninger hos Biofos Frequenc regulation provision Location: Avedøre Renseanlæg, København Strictly Confidential 12

13 Kort over Avedøre Spildevands rensningsanlæg (1) Avedøre WWTP 13

14 Aerial View of SVC Avedøre (2) gas motor BioCat sedimentation tank flare opbevarings tank biogas føde ledning flood plain Anaerobic digesters 14

15 Project Integration Biogas Production Gasnet Injection Biogas 65% CH 4 /35% CO 2 Biogas Upgradering Bio methan >98% CH 4 Modtage station Blande tank Ny gasledning M/R Station Anaerobic Digesters CO 2 Biomethane >90% CH 4 Biomethane <98% CH 4 Varme Electrolyzer H 2 Methanation System Gas tørrer Fakkel Strøm Oxygen To aeration tanks Power-to-Gas 15

16 The largest biomethanation plant Strictly Confidential 16

17 BioCat Plant Layout (3D) Strictly Confidential 17

18 BioCat opstart og forsat drift Drift efter opstart Gas type % CH O pch 4 (%) ph 2 (%) pch 4 p H 2 CO H N H 2 S 25.4 ppm Product Gas Analysis Op start fasen Gas type % CH 4 O (biogas mixture) Høj metan indhold i gassen kort efter opstart (>96%) CO 2 H 2 55 N 2 0 H 2 S 25 ppm 18

19 Technology: Microbe Contaminant Tolerance Robuste præstationer i Industrien Electrochaea microbes er tolerante over for mange normal forekomene fourenings kilder Unlike abiotic methanation catalysts, microbes do not require pre-treatment of input streams Contaminant Tolerant Rimelig Tolerant Intolerant Hydrogen Sulfide (H 2 S) Sulfate (SO 2-4 ) Sulfite (SO 3- ) Nitrogen Oxides (NO x ) Ammonia (NH 3 ) Oxygen (O 2 ) Carbon Monoxide (CO) Ethanol (C 2 H 6 O) Particulates (<20% by vol) Strictly Confidential 19

20 Electrochaea vs. Sabatier Parameter Sabatier Electrochaea Electrochaea Fordele Operation temperature C C Simpel reaktor Opstartstid (0 90%) ~1 Time Sek/Min Intermittenede drift mulig Tolerant over for fourening (H 2 S, O 2, KOH) Produkt gas lav høj Rå biogas kann bruges som CO 2 kilde CH 4 + bi produkt (Eks. CO) CH 4 Ingen opgradering nødvendig Produkt renhed (%CH 4 ) ~92% 98-99% Ingen produkt rensning nødvendig Energi efiktivitet ~50% 58% Lavere omkostninger System complexitet Høj Lav Skalerbar lav høj Lavere kapital omkostninger, højere flexibilitet baseret på moduler Kann opbygges som små enheder / Også mulighed for store enheder Biologisk metanation er mere rubuste og koster mindre Strictly Confidential 20

21 System performance og skalering Dette system er mulig at skalere op til 50 MWe Flow rates refere til et system inklusiv electrolyse Electrical power input 50MW, corresponding to Nm³/h of Hydrogen Electrical power input 1MW, corresponding to 200 Nm³/h of Hydrogen CH₄ 50Nm³/h 500 kw CO₂ 2 500Nm³/h CH₄ Nm³/h 25 MW CO₂ 50Nm³/h Heat ~ 300 kw Heat ~15 MW 1 MWe plant 50 MWe plant A 50 MWe biomethanation system is capable of Storing 400 GWh/a of electrical energy * More than Households consumption per year Achieving a CO 2 sequestration of tons/a * Emissions of ~ cars per year *Assumptions: Heat and electricity for one year kwh in a household with 4 person in Germany (2013) 132,6 gr/km emission per car and Strictly Confidential km driving average km per year in Germany (2014) h/a of operation, electrolysis included

22 I love it Stram hud og løse håndled Strictly Confidential 22

23 For Mere Information: 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 40

41 41

42 42

43 43