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Es ist offensichtlich, dass ein Derivat aus Biomasse und organischem Material, nämlich Biogas, zu einem festen Bestandteil der Bewegung für erneuerbare Energieformen wird. Das Methan, das aus so unterschiedlichen Materialien wie Klärschlamm und Kompost, Abwasser und Kuhmist gewonnen wird, wird heute zur Stromerzeugung und als Kraftstoff für Fahrzeuge genutzt. Biogas ist eine weitaus umweltfreundlichere Energiequelle als Erdöl, Kohle oder sogar Erdgas und begegnet zwei großen Umweltproblemen: der Reinheit der Atmosphäre und dem unaufhörlichen Problem der Entsorgung fester Abfälle. Es bietet auch einen weiteren Vorteil – es lässt sich leicht in komprimiertes Erdgas (CNG) umwandeln.
Gülle ist nur ein Beispiel für viele Substrate – d.h. organische Materialien –, die im Prozess der anaeroben Vergärung verwendet werden. Dies ist eine Abfolge von Ereignissen, die seit jeher auf natürliche Weise stattfindet. Immer wenn Gülle (oder Hirschkot etc.) unter anderen Elementen, z.B. abgestorbenem Laub, Futter und Erde, vergraben wird, wird ihr Sauerstoff entzogen. Unter diesen Bedingungen bilden sich Bakterien, die die feste Materie zersetzen und Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) freisetzen. Anaerobe Fermenter sind menschliche Konstruktionen, die diese Reaktionen nachbilden und beschleunigen, um nutzbares Methan zu produzieren. Aus diesem Substrat gewonnenes Biogas kann Turbinen antreiben, die ihrerseits Strom erzeugen. Ein Milchviehbetrieb kann nicht nur seinen eigenen Strom liefern, sondern in vielen Fällen auch überschüssigen Strom an das örtliche Energieversorgungsunternehmen verkaufen. Darüber hinaus ist Biogas überall dort praktisch, wo Erdgas verwendet werden kann: Kochen, Heizen und sogar die Herstellung von Methanol.
Der Name sagt alles: Compressed Natural Gas (komprimiertes Erdgas) entsteht, wenn Erdgas bei ca. 3.000 Pfund pro Quadratzoll (psi) oder mehr auf ein Prozent seines Volumens bei Standardatmosphärendruck verdichtet wird. CNG ist für Mensch und Natur weniger gefährlich als Benzin und leistet alles, was Erdgas leistet. Im Gegensatz zu Erdgas, das für Transport und Lagerung verflüssigt (LNG) werden muss, bleibt komprimiertes Erdgas in beiden Phasen gasförmig. CNG ist nach wie vor in erster Linie ein Kraftstoff für kleinere Anwendungen: z.B. Autos oder einzelne Haushalte. LNG hingegen bleibt das primäre Erdgas für Industrie, Verkehrssysteme und öffentliche Versorgungsunternehmen.
Wie geologisch gewonnenes Erdgas ist auch Rohbiogas oft durch problematische chemische Verbindungen verunreinigt. Daher besteht der erste Schritt darin, die Verunreinigungen zu entfernen, die toxisch sind oder die Effizienz beeinträchtigen. Zu diesen Verunreinigungen gehören Stickstoff (N₂), Wasser (H₂O), Schwefelwasserstoff (H₂S), Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂). Dies wird durch physikalische und chemische Wäsche in einer Biogas-CNG-Anlage erreicht. Nach der Entfernung der Verunreinigungen wird das Biogas – zu diesem Zeitpunkt zu über 97 Prozent aus Methan und weniger als zwei Prozent aus Sauerstoff bestehend – bei einem Druck zwischen 3.000 und 3.600 psi verdichtet. Ein Bio-CNG-Anlagenhersteller konzipiert die Anlage für beide Funktionen: Reinigung und mehrstufige Verdichtung. Die Kosten einer Bio-CNG-Anlage müssen auch die Speicherphase berücksichtigen. Der Pufferspeicher lagert das Bio-CNG unter einem maximalen Druck von 3.600 psi; er produziert 20 Prozent mehr Bio-CNG in einem Drittel der Zeit. Alternativ bietet die Kaskadenspeicherung drei Reservetanks mit zunehmendem Druck. Die Kaskadenspeicherung reduziert den Energieverbrauch um die Hälfte und senkt die Kosten für Biogas-zu-CNG-Umwandlungsanlagen. Die praktische Anwendung besteht darin, die Kaskadenspeicherung für das Betanken von Flotten zu nutzen, da diese Aufgabe normalerweise Stunden dauert.
Die allererste Anlage zu diesem Zweck wurde 2010 auf einer Deponie in Wisconsin entwickelt. Deponien waren und sind aus offensichtlichen Gründen ein ständiges Problem: Ihr Platz ist begrenzt. Die anaerobe Vergärung hilft, diese Situation zu verbessern, da sie das Biogas aus dem organischen Abfallmaterial entzieht. Die US-Regierung erkennt den wirtschaftlichen und ökologischen Wert der Biogasproduktion und -umwandlung an. Diese Anerkennung manifestiert sich im „Landfill Methane Outreach Program“ der Environmental Protection Agency (EPA). Dieses Programm vergibt Steuergutschriften und Rabatte an teilnehmende Produzenten, um die Ausgaben für eine Biogas-zu-CNG-Anlage auszugleichen. Die EPA finanziert auch Forschungsprojekte zur Verbesserung und Innovation von Technologien, die Biogas zu einem effizienten alternativen Kraftstoff machen.
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