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Die Forschung und Entwicklung alternativer Energiequellen schreitet unvermindert voran, und die Ergebnisse sind oft vielversprechend. Während Energieunternehmen und Regierungen zusammenarbeiten, um die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu minimieren und so die schädlichen Auswirkungen des Klimawandels zu mildern, umfasst ihre Mission nicht nur die Machbarkeit alternativer Quellen, sondern auch die Optimierung dieser Ersatzstoffe, damit sie effizient und kostengünstig sind sowie für Transport und Speicherung geeignet sind. Da Biogas — lange Zeit eine Quelle für Heiz- und Kochbrennstoffe — eine größere Rolle als grünes Energiemedium übernimmt, werden Techniken und Methoden verfeinert, um es für eine breitere und einfachere Anwendung zu verarbeiten.
Das Verständnis der Biogasentstehung ist entscheidend, um zu begreifen, warum die Biogasaufbereitung praktisch und notwendig ist. Die meisten Menschen hatten bereits Erfahrungen mit Biogas, sei es nur über den Geruchssinn. Wenn organisches Material zersetzt wird, zerfallen seine Bestandteile entweder mit oder ohne Sauerstoffzufuhr, z.B. auf einer Deponie oder unter einem großen Haufen Grasschnitt oder Kuhmist. Im letzteren Fall zerlegen spezielle Bakterien die Substanzen über mehrere Zersetzungsstufen in eine Reihe chemischer Verbindungen. Dominante Endprodukte sind Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂). Diese verbinden sich mit anderen Verbindungen zu Biogas. Zusätzlich zu CO₂ und CH₄ bleiben Gase in geringeren Mengen vorhanden. Obwohl ihr Anteil bescheiden ist, haben diese Spurenverbindungen eine schädliche Wirkung, da sie das Biogas unbrauchbar und sogar gefährlich machen können. Flüchtige organische Verbindungen wie Terpene und Siloxane können das Biogas ebenso verunreinigen wie Wasserdampf und Schwefelverbindungen. Insbesondere Schwefelwasserstoff (H₂S) ist nicht nur gefährlich für die menschliche Gesundheit, sondern schädigt auch Rohrleitungen und Speicherbehälter. Abgesehen von diesen Problemen mindert CO₂ selbst die Kraftstoffeffizienz von Biogas erheblich. Das Ideal ist daher, das Methan in einer möglichst reinen Form zu produzieren.
Der Zweck der Biogasaufbereitung ist die Erzeugung eines erneuerbaren Erdgases (RNG), das für den Pipelinetransport geeignet ist und überall dort eingesetzt werden kann, wo konventionelles Erdgas verwendet wird. Der Hauptunterschied besteht darin, dass RNG — oder Biomethan — im Vergleich zu Erdgas aus geologischen Lagerstätten leicht erneuerbar ist. Biomethan kann für die Betankung von Fahrzeugen verflüssigt oder komprimiert werden. Darüber hinaus entspricht es den Anforderungen der federal Renewable Fuel Standard der Environmental Protection Agency (EPA). Kurz gesagt, die Nutzung von RNG reduziert die Treibhausgasemissionen erheblich.
Wasserdampf kann Biogas, das aus einem anaeroben Fermenter gesammelt wird, sättigen und bis zu 12 Prozent des Gasgewichts ausmachen, obwohl es weniger als ein Prozent des Inhalts ist. Dieser Dampf könnte während des Transports durch Rohrleitungen kondensieren und diese korrodieren. Wichtig ist daher, das H₂O vor dem Transport zu entfernen. Dampf kondensiert nur am Taupunkt zu flüssigem H₂O. Dies kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Zum einen kann das Gas auf die dem Taupunkt entsprechende Temperatur gekühlt werden. Dies geschieht oft, indem die Gasleitung unter der Erde verlegt und eine Falle für kondensiertes Wasser installiert wird. Ein anderes Szenario beinhaltet die Verwendung von Kieselgel im Biogasaufbereitungssystem, um den Dampf einzufangen und das Biogas zur weiteren Veredelung passieren zu lassen.
Schon ein wenig Schwefelwasserstoff (H₂S) kann viel Ärger verursachen. Neben der Bedrohung der Atemwegsgesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen ist diese Verbindung — manchmal auch als Faulgas bezeichnet — dafür bekannt, Lagerbehälter und Rohrleitungen schwerwiegend zu korrodieren. Obwohl ihre Präsenz in den meisten Biogasen kaum messbar ist, ist sie dennoch ausreichend vorhanden, um schlimme Folgen zu haben, wenn sie nicht eliminiert wird. Eine Möglichkeit, ihre Präsenz im Biogas zu mindern, besteht darin, dem anaeroben Fermenter vor Zugabe des Substrats, d.h. des organischen Materials, Eisenverbindungen zuzusetzen. Schwefelverbindungen verbleiben dann mit dem Gärrest, nachdem das Biogas extrahiert wurde. Oft reicht jedoch eine vorbeugende Maßnahme allein nicht aus. Aktivkohle kann mit H₂S reagieren, es oxidieren und die Moleküle an die Oberfläche des Kohlenstofffeststoffs binden. Ein weiteres Entfernungsverfahren ist das Leiten des Gases durch eine Natriumhydroxidlösung oder durch mit Eisenoxid behandelte Feststoffe.
Neben Methan ist Kohlendioxid die häufigste Verbindung im Biogas. Leider raubt CO₂ dem Biogas seinen Energiewert und seine Kraftstoffeffizienz. Eine der gängigsten Methoden zur Reduzierung des CO₂-Gehalts ist die Injektion von unter Druck stehendem Biogas, das in einem großen zylindrischen Tank mit Wasser für 20 bis 40 Tage absorbiert wird. Die Verunreinigungen werden dann abgebaut und das gereinigte Gas abgepumpt. Andere Techniken umfassen Membranen, die das Methan einschließen, aber das Kohlendioxid durchlassen, sowie die Adsorption durch chemisch reaktive Medien.
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