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Biogas kann auf natürliche Weise entstehen oder durch menschlichen Einfallsreichtum gefördert werden. Grundsätzlich wirken Bakterien immer dann auf organische Materie ein, wenn diese sauerstoffarm ist, indem sie deren Zusammensetzung zersetzen. Am Ende dieser Reaktionskette werden Methan (CH₄), CO₂ und einige andere gasförmige Verbindungen freigesetzt. Diese bilden das, was wir Biogas nennen. Das operative Gas für Energiezwecke ist Methan. Wenn die anderen Gase überproportional vorhanden sind, hemmen sie die optimale Leistung des CH₄. Einige stellen sogar eine ernste Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Der Prozess der Gewinnung von Methan aus organischer Materie – z.B. Mist, totes Laub, Grasschnitt, Tierkadaver, Essensreste, Schlamm und Abwasser – wird anaerober Abbau genannt. Eine entsprechend konstruierte Biogasanlage kann die Bedingungen so manipulieren, dass die Biogasproduktion beschleunigt und das Biogas für den praktischen Gebrauch nutzbar gemacht wird.
Wie erwähnt, besteht Biogas hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid. Hinzu kommen Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Diese sekundären Elemente und Verbindungen machen normalerweise nicht mehr als 10 Prozent des Biogasgehalts aus. Doch sie müssen nicht hochkonzentriert sein, um Probleme zu verursachen oder Schaden anzurichten. Viele reduzieren den Heizwert des Biogases, während Sauerstoff Explosionen verursachen kann. Schwefelwasserstoff (H₂S) ist sowohl giftig für die menschliche Gesundheit als auch zerstörerisch für Pipelines und Speichertanks. Daher ist die Biogasaufbereitung unerlässlich, bevor diese Energie an die Öffentlichkeit geliefert wird.
Die Biogasreinigung kann verschiedene Formen annehmen. CO₂ und H₂S sind in Wasser besser löslich als CH₄. Vor dem Kontakt wird das Biogas unter Druck komprimiert. Methan, oder zumindest der Löwenanteil davon, steigt an die Oberfläche der Lösung, wo es dann gesammelt wird (Wasserwäsche). Die unerwünschten Gase werden bei der Druckwechseladsorption (PSA) in einem Behälter unter hohem Druck adsorbiert – diese Biogasreinigungstechnologie sammelt CH₄ an der Oberfläche, wonach der Druck gesenkt wird, wodurch CO₂, N₂ und O₂ freigesetzt werden – denken Sie an ein Fliegenpapier, das auf Befehl klebt und sich wieder löst. Bei Aminsolventen wird Biogas durch eine Kolonne geleitet, die Amine enthält, d.h. Ammoniakderivate, die als Lösungsmittel das CO₂ einfangen und absorbieren. Nachdem das gereinigte CH₄ abgetrennt wurde, werden die CO₂-gesättigten Lösungsmittel bei hoher Temperatur mit Dampf gespült, um wiederverwendet zu werden. Die Membranpermeation nutzt die geringe Durchlässigkeit von Methan aus: Unter spezifischen Druckbedingungen passieren die weniger wünschenswerten Gase die Membran, während das Methan zurückgehalten und am Ende einer zylindrischen Kolonne gesammelt wird.
Gasversorger und öffentliche Regulierungsbehörden haben unterschiedliche Spezifikationen, wenn es um die Reinheit des Biogases geht, das sie in ihre Pipelines lassen. Als Reaktion auf diese Disparitäten veröffentlicht der American Biogas Council (ABC) Richtlinien mit dem Ziel einheitlicherer Standards. Zum Beispiel sollte der Heizwert des Pipeline-Biogases in einem Bereich zwischen 960 und 1.100 BTUs pro Kubikfuß liegen. Der CO₂-Gehalt sollte niemals über zwei Molprozent steigen; Sauerstoff, 0,4 Molprozent; Siloxane, ein Teil pro Million; und Schwefelwasserstoff, nicht mehr als 0,25 Gramm pro 100 Kubikfuß. Das ABC gibt auch Richtlinien für Biogas in Fahrzeugen heraus. Bis und falls Qualitätsmessungen standardisiert sind, sollten Betreiber von Biogasaufbereitungsanlagen die vom Käufer festgelegten Kriterien kennen.
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