ニュースカイ･エナジー社がバイオガスのゲームを変える

再生可能エネルギーを目指す創造科学

一見すると、ごみ処理場、酪農場、パルプ･製紙工場にはほとんど共通点がないように見えます。しかし、これらの異なる産業、そして廃水処理施設は、大量の有機廃棄物の管理という、コストのかかる環境問題を共有しているのです。

これらの産業では、嫌気性微生物を使って廃棄物を分解･消化することが多くなっています。バイオガスは、主にメタン、二酸化炭素(CO²)、硫化水素(H₂S)の混合物で、その過程で発生する副産物です。バイオガスは、再生可能な天然ガス(RNG)の貴重な供給源となる可能性があります。しかし、クリーンで安全な燃料として利用するためには、まずCO²とH₂Sを除去するための処理が必要です。

ニュースカイ･エナジー社のCEOであるディーン･リトル氏は次のように述べています。「政府の補助金のおかげで、より多くの企業がバイオガスの改良を行なっています。そして、ガスの流れからH₂Sを除去することが、このプロセスの重要な第一歩となります。」

コロラド州ボルダーに拠点を置くニュースカイ･エナジー社は、農業および工業企業が排出ガスを処理し、貴重な化学物質を回収し、生のバイオガスを再生可能なエネルギー源に変換するための革新的な化学ソリューションを開発しています。

2018年、同社はまさにゲームを変えるような発見をし、変革的なH₂S回収システムであるSulfurSolve^®プロセスにつながったのです。

SulfurSolveの特長

硫化水素は悪臭を放ち、可燃性で有毒であり、高度に規制されています。バイオガスの流れから硫化水素を除去するために、生産者は通常、単回使用の硫化水素化学スカベンジャーまたは再生硫化水素制御技術のいずれかに依存しています。

リトル氏は次のように述べています。「常に薬品を補充しなければならないため、使い捨てのスカベンジャー方式は運用コストが非常に高くなります。そして、最終的には有害な硫化物の廃棄物が残ります。」

再生制御技術は、生物学的手法と化学的手法の2つに分類されます。生物学的方法は、H₂Sを資源として再生するバクテリアに基づくものです。

「しかし、生物学的方法は一般的にあまり信頼性が高くありません。また、これらの生物学的システムには、化学プロセスで使用するよりも多くの化学物質を添加しなければならないことがよくあります」と、リトル氏は語ります。

化学的再生制御技術は通常、鉄塩の水溶液にH₂Sを吸収させるものです。この溶液は、酸化プロセスで空気に触れることで再生されます。しかし、従来の化学システムでは、鉄の溶解度を高めるために高価な有機キレート剤を使用していました。

リトル氏は次のように説明します。「SulfurSolveはそこに特長があります。私たちの混合金属第二鉄錯体は、もともとアルカリ溶液に溶ける性質を持っています。鉄を可溶化するためのキレート剤を必要としません。」

パイロット版から商用スケールへ

リトル氏によると、イオウ液ができるまでの化学反応は予想外だったといいます。

リトル氏は次のように説明します。「それは、「ペニシリンの瞬間」のようなものでした。配合の実験をしていたのですが、最初は溶液を作るときに何か間違いがあったのではと思いました。鉄は高いpHでは溶けないはずなのです。」

その後、研究室で何カ月もベンチスケールテストを行ない、結果を検証しました。次に、同社は1年間かけて、廃水処理場、パルプ･製紙工場、埋立地でパイロットスキッドをテストしました。

試験運転が成功すると、ニュースカイ･エナジー社は製造パートナであるムーア･コントロール･システムズ社に連絡を取り、システムを商業規模に移行させることを決定しました。EPC (設計･調達･建設)会社であるムーア･コントロール･システムズ社は、石油&ガスなどの産業界で40年以上の経験を有しています。同社はテキサス州ケーティーに本社を構えています。
 

仕組み

ムーア･コントロール･システムズ社は、Allen‑Bradley^®のCompactLogix™コントローラ、PowerFlex^® ACドライブ、およびFactoryTalk^® View HMIを備えたロックウェル･オートメーションの制御プラットフォームをベースに、スキッド式SulfurSolveプラントを設計しました。プラントは、EtherNet/IP™ネットワーク上で動作します。

SulfurSolveプラントに流入した生バイオガスは、液滴や固形物を取り除くために処理され、低圧の共流または向流接触カラムでSulfurSolveにさらされます。アルカリ性のSulfurSolve溶液は、直ちにH₂Sを捕捉し、部分的に酸化します。H₂Sを捕捉した溶液は再生塔に送られ、空気との接触により捕捉した硫化物を元素状硫黄に変換し、SulfurSolve溶液を再生させることができます。浮遊硫黄は加圧ろ過により回収される。SulfurSolve溶液は何百回も再生･再利用され、H₂S処理コストを大幅に削減することができます。

ムーア･コントロール･システムズ社のセールス&マーケティング･マネージャであるジェシカ･キャロロ氏は次のように述べています。「私たちは、バイオガスのアップグレードプロセスの最初のステップとして、お客様がSulfurSolveスキッドを統合するお手伝いをしています。また、CO²除去やガス圧縮など、再生可能な天然ガスへの変換を完了するための追加ステップの専門知識を提供することができます。」
 

低い運用コスト。廃棄物の削減。

SulfurSolveシステムは、多くの商業的な導入に成功し、素晴らしい結果を示しています。入口ガスのH₂Sを99.9%以上捕捉･除去し、SulfurSolve溶液をほぼ100%回収・再利用しています。

ニュースカイ･エナジー社は、このシステムが従来の化学スカベンジャーを使用したシステムと比較して、H₂S制御プロジェクトにおける化学薬品の購入および廃棄物処理費用を最大90%削減できると見積もっています。用途にもよりますが、一般的な投資収益率(ROI)は12～24カ月です。

さらに、副生成物の元素状硫黄は、肥料として販売したり、他の用途に使用することができます」と、リトル氏は述べています。

SulfurSolveは、バイオガス産業におけるH₂S対策として、よりサステナブル(持続可能)なアプローチを可能にし、他の天然ガスアプリケーションでも有効な選択肢であることが証明されています。

キャロロ氏は次のように述べています。「最近、我々は天然ガス処理におけるアミンテールガス処理のためにSulfurSolveシステムを試験的に導入しました。このシステムは素晴らしい仕事をし、SulfurSolveがこのような大流量のアプリケーションに適用できることを実証しました。」

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SulfurSolveは、New Sky Energyの商標です。