化学吸着法とPSA変圧吸着法の比較
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1 基本原理 化学吸収法：触媒を用いた状態で吸収溶液を使用し、酸・アルカリの中和反応によってバイオガス中の二酸化炭素や硫化水素などの酸性物質を吸収すると同時に、水に溶けやすいアンモニアなどのガスも吸収する。各種不純物を吸収したガスは、溶液自己浄化システムおよびガス再生システムによって各種不純物とガスが除去され、溶液は循環利用される。再生されたガスには二酸化炭素が95％含まれており、さらに精製して製品として販売することができる。この方法では、製造用の蒸気を生成するために、バイオガスの約5％が消費される。PSA変圧吸着法：この方法では、ガスを吸着層を通過させ、吸着剤が異なるガスに対して持つ吸着能力の違いを利用して、混合ガス中のある1種類（または複数種類）のガスの大部分を吸着層に吸着させ、ごく少量だけを流出させる；混合ガス中のもう一つ（または数種類）のガスの大部分を流出させ、ごく少量を層に吸着させる；これにより、出口ガスの濃度を高める目的を達成する。この方法は、分離が必要な対象ガスの各成分が吸着剤によって吸着される能力に大きな差がある場合に適している。これは、分離される対象の各成分の分子量や分子サイズなどの性質の違いの大きさによって決まります。違いが大きいほど分離しやすく、分離コストも低く、収率も高くなります。逆に差が小さいほど分離が困難になり、分離コストも高くなって収率は低下する。
2 選択性の比較 化学吸収法：化学吸収法は二酸化炭素とメタンの分離において高い選択性を持ち、溶液は二酸化炭素などの酸性ガスと速やかに反応するが、メタンとは反応しない。バイオガスの精製と同時に、その他のさまざまな酸性物質も一緒に除去したいと考えられている。したがって、化学吸収法はバイオガスからメタンを精製するプロセスに特に適している。 PSA変圧吸着法：原理を見るとわかるように、吸着剤のガスに対する選択性は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素といったガス分子の特性に依存しており、これらの分離において選択性が非常に高く、収率も良く、消費量も少ない。これこそが、現在PSA変圧吸着法が水素製造、水素ガス、半水素ガス、コークス炉ガスの分離精製分野で広く利用されている理由である。しかし、二酸化炭素とメタンの分離に関しては、吸着剤がこれら2つのガスを吸着する能力が非常に似ているため、実際には変圧吸着業界において経済的に分離が困難な2つの物質とされている。吸着剤がこれら2種類のガスに対する選択性が低いからです
3 収率の比較 化学的吸収法：化学的吸収法は二酸化炭素とメタンの分離において選択性が非常に高く、溶液は二酸化炭素などの酸性ガスと迅速に反応するが、メタンとはほとんど反応しない。これが高収率をもたらす要因となっているのです。メタンはほぼすべて回収される。 PSA変圧吸着法：原理を説明するとわかるように、吸着剤のガスに対する選択性は、ガス分子の特性に依存している。二酸化炭素とメタンの分離においては、これら2つのガスに対する吸着剤の吸着能力が非常に近いため、濃度を高めようとすると、収率を大幅に低下させることが代償として必要になる。現在の技術では、生成ガス中のメタン濃度を95％にするためには、収率は50％未満となる。
4製品濃度比較 化学的吸収法：化学的吸収法とは、溶液表面の蒸気分圧に基づいてガスの出口濃度を決定する方法です。したがって、溶液を再生する際に溶液中の二酸化炭素残留量を適切に調整すれば、吸収時に溶液表面の二酸化炭素蒸気分圧を調整し、二酸化炭素濃度を制御することができる。バイオガス中に窒素や酸素などの不活性ガスがなければ、メタンの濃度を99％以上にすることができる。 PSA変圧吸着法：前述の通り、二酸化炭素とメタンの分離においては、吸着剤がこれら2つのガスを吸着する能力が非常に似ているため、濃度を高めようとすると、収率を大幅に低下させることを代償としなければならない。現在の技術では、生成ガス中のメタン濃度を95％にするためには、収率が50％以下になってしまう。98％以上を達成するには、現在の技術ではほぼ不可能です。
5 消費量の比較（いずれも20MPa、95％のボトル入り天然ガスとして製造すると仮定）
化学吸着法：化学吸着法における工場内での消費量は、主に圧縮にかかる電力消費、循環ポンプの電力消費、少量の補給水の消費、および蒸気消費である。
PSA変圧吸着法：PSA変圧吸着法における工場内での消費量は、主に圧縮にかかる電力消費、プログラム制御バルブの電力消費、少量の補給水の消費である。
一見すると、PSA変圧吸着法では蒸気を消費しないように思えるが、実際には化学吸着法で必要な蒸気は、バイオガスの収率を5％低下させて蒸気を生成すれば、必要な量を十分に確保できる。このように、メタンの収率は94～95％と見積もれるが、PSA変圧吸着法の収率は45％程度に過ぎない。 ガスの回収率の違いにより、同じ体積の圧縮天然ガスを生産する際の圧縮に要する電力消費量は大きく異なり、PSA変圧吸着法では化学吸着法の生産量に達するために2～3倍も多くのガスを圧縮しなければならず、大量の廃ガスが排出される。 投資の観点から見ると、同規模の投資において、化学吸収法はPSA変圧吸着法の3分の1未満です。 2つの方法の消費量を総合的に比較すると、化学吸収法はPSA変圧吸着法の5分の1から3分の1である。
化学吸着法：化学吸着法における工場内での消費量は、主に圧縮にかかる電力消費、循環ポンプの電力消費、少量の補給水の消費、および蒸気消費である。
PSA変圧吸着法：PSA変圧吸着法における工場内での消費量は、主に圧縮にかかる電力消費、プログラム制御バルブの電力消費、少量の補給水の消費である。
一見すると、PSA変圧吸着法では蒸気を消費しないように思えるが、実際には化学吸着法で必要な蒸気は、バイオガスの収率を5％低下させて蒸気を生成すれば、必要な量を十分に確保できる。このように、メタンの収率は94～95％と見積もれるが、PSA変圧吸着法の収率は45％程度に過ぎない。 ガスの回収率の違いにより、同じ体積の圧縮天然ガスを生産する際の圧縮に要する電力消費量は大きく異なり、PSA変圧吸着法では化学吸着法の生産量に達するために2～3倍も多くのガスを圧縮しなければならず、大量の廃ガスが排出される。 投資の観点から見ると、同規模の投資において、化学吸収法はPSA変圧吸着法の3分の1未満です。 2つの方法の消費量を総合的に比較すると、化学吸収法はPSA変圧吸着法の5分の1から3分の1である。
6 原料の総合的な利用度 化学吸収法：前述の説明からわかるように、化学吸収法は二酸化炭素とメタンの分離において高い選択性を持つため、メタンの回収率が高く、再生ガスにはメタンが含まれず、二酸化炭素の純度も高い。そのためさらなる加工が可能で、純粋な二酸化炭素製品として販売することができる。このように、化学吸収分離法によるバイオガスの精製では、原料ガスをほぼすべて利用することができる。 PSA変圧吸着法：二酸化炭素とメタンの分離において、吸着剤がこれら2つのガスを吸着する能力がほぼ同等であるため、濃度を高めようとすると、収率を大幅に低下させることを代償としなければならない。前述の通り、生成ガス中のメタン濃度を95％にするためには、その収率は既に50％以下となる。98％以上を達成するには、現在の技術ではほぼ不可能です。この場合、メタン含有率95％のボトル入り天然ガスを製造すると、原料ガスの総体積の75％が廃ガスとして排出され、その排出ガスには大量のメタンが含まれるため二酸化炭素の純度も低下し、回収価値はない。したがって、メタンと二酸化炭素の分離においては、PSA変圧吸着法を用いるべきではない。なぜなら、この方法はここでは消費量が多く、収率が低く、品質も悪く、利用率も低いからである。