Проблемы идентификации биометана

Проблемы идентификации биометана

Биогаз

Биогаз возникает в следствии разложения органической субстанции бактериями. Разные группы бактерий разлагают органические субстраты, состоящие преимущественно из воды, белка, жира, углеводов и минеральных веществ на их первичные составляющие - углекислый газ, минералы и воду. Как продукт обмена веществ при этом образовывается смесь газов, получившая название биогаз. Горючий метан (СН4) составляет от 5 до 85% и является основным компонентом биогаза, а значит и основным энергосодержащим компонентом.

Закон о подаче вырабатываемого тока в сети от 1990г

и нововведения в „Законе о возобновляемых источниках энергии от 2000 г."

Очередная волна развития биогазовых сельскохозяйственных установок началась в 1990 г. благодаря законодательному урегулированию выплат за подачу тока из биогаза в сети общего пользования, целью которого была поддержка использования в экономике возобновляемых ресурсов. Благодаря новому законодательству в 2000 г., согласно которого предусматривалось более высокое и гарантированное вознаграждение производства электроэнергии из биогаза, эта волна оживления в развитии биогазовых установок длится и до сегодняшнего дня.

В 2004 г. ЕС приняло обновленный закон, дающий толчок к развитию

использования биогаза. Вместе с целым рядом поощрений, он надавал для владельцев биогазовых установок за переработку энергетических культур, выращиваемых специально для установки, дополнительное поощрение в размере 6 центов за выработанный кВт электроэнергии.

Законодательная инициатива в России

Власти усовершенствуют особенности торговли мощностью квалифицированных генерирующих объектов на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Предлагается, в частности, изменить несколько действующих нормативных актов. Среди них Правила оптового рынка электрической энергии и мощности, Правила квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии, в части введения обязательного требования по соблюдению степени локализации основного генерирующего и вспомогательного оборудования ВИЭ. Кроме того, проектом постановления предлагается утвердить Правила определения цены на мощность такого рода генерирующих объектов, обеспечивающих возврат капитала, инвестированного в их создание, и необходимый уровень его доходности.

Представленная работа направлена на поиск надежных и доступных методов

и критериев идентификации биометана, полученного из птичьего помета, на основании реализуемых в настоящее время на практике аналитических методов и методик. В качестве основных методов анализа были выбраны: - определение компонентного состава биометана с использованием газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии; - определение соотношения стабильных изотопов углерода с использованием хромато-масс-спектрометрии; - определение относительного содержания радионуклида углерод-14 При проведении исследований была использована штатная аналитическая аппаратура и оборудование, входящие в состав Государственных первичных эталонов ГЭТ 154-2011, ГЭТ 16-2010 и ГЭТ 6-95.

До недавнего времени в России для выявления фальсифика- ции, например

пищевой продукции и сырья, используют в основном методы хроматографии или классиче- ской органической хромато-масс-спектрометрии. Однако они обладают существенным недостат- ком. Принцип идентификации этих методов основан на определении наличия или отсут- ствия в анализируемых образцах характерных компонентов-маркеров. Но многие маркеры легко доступны, их можно добавить в фальсифицируе- мый продукт или искусственно удалить из него.

Сравнительные характеристики образцов газов классическими

хроматографическими методами.

Методы углеродно-изотопной идентификации

Изотопы углерода — разновидности атомов (и ядер) химического элемента углерода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Углерод имеет два стабильных изотопа — 12C и 13C. Содержание этих изотопов в природном углероде соответственно ~ 98,9 % и 1,1%. И нестабильный 14С с периодом полураспада ~5700 лет

Метод анализа стабильных изотопов 12С и 13С. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93 % и 1,07 %

Радиоуглеродное датирование –метод датирования органических материалов путем измерения содержания радиоактивного изотопа углерода 14С.

За рубежом для выявления фальсификатов пищевых продуктов применяют

методы анализа стабильных изотопов легких элементов водорода (2H/1Н), кислорода (18O/16О), азота (15N/14N), углерода (13C/12С), . Эти методы эффективны как для опре- деления географического источника сырья, так и для выяснения его происхождения (натуральное или полученное в результате химического, биотех- нологического или биохимического синтеза)

Подавляющая часть известных экспериментальных данных относится к

углероду 13С, что оправдано ролью, которую играет этот элемент в химии биологических соединений. По сравнению с углеродом неорганических соединений (СО2, НСО3-) углерод организмов обогащен легким изотопом 12С. Изотопный состав углерода обычно характеризуется величиной ?13С, которая рассчитывается по формуле: ?13С = 1000(R1 – R2)/ R2, (‰ – промилле), где R1 – отношение 13С/12С в исследуемом образце, R2 – отношение 13С/12С в стандартном образце. Величина и знак ?13С – относительные и зависят от выбранного стандарта (для него ?13С = 0). Так, знак "-" указывает на то, что исследуемый образец обеднен 13С по сравнению со стандартным образцом. Все публикуемые значения ?13С обычно приведены к международному стандартному образцу Pee Dee Belemnite (PDB), представляющему собой ископаемый ракушечник Belemnitella americana мелового периода, залежи которого находятся в Южной Каролине (США).

Для идентификации биометана изотопным методом, наиболее приемлемым

подходом явилось знание процессов фракционирования изотопов углерода при фотосинтезе, а также фракционирование изотопов углерода при биохимической(микробной) трансформации органического вещества.

Используемые методы

CRDS (внутрирезонаторная спектроскопия) Анализатор Picarro G2131-i Isotopic CO2 Газохроматографический комплекс на базе хроматограф Agilent 7890A с масс-спектрометрическим детектором 5975С

? 13С=1000(R1-R2)/ R2 (0/00 –промилле) где: R1- отношение 13С/12C в

исследуемом образце. R2- отношение 13С/12C в стандартном образце Биогаз ?13С -59,4+/-0,6 Природный газ (образец1) -47,5+/-0,3 Природный газ (образец2) -51,46+/-0,4

Определение изотопного соотношения 13С/12C в пробе регазифицированного сжиженного биометана и в образце реального природного газа

Таким образом намечается тенденция использования явления изменения

соотношения изотопов углерода, в образцах различного происхождения, позволяющая при сборе большего объема статистики, разработать надежные методы идентификации биометана.

Спасибо за внимание