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Angesichts des dringenden Gebots des Klimawandels und der Energieunabhängigkeit fordern alle Arten von wirtschaftlichen, wissenschaftlichen und politischen Kräften eine höhere Kraftstoffeffizienz und Energieinnovation. Da Erdgas als der umweltfreundlichste fossile Brennstoff gilt – zugegeben, manche werden dies anzweifeln –, ist eine Möglichkeit, es zu einer wirtschaftlicheren Ressource zu machen, es für die zukünftige Nutzung zu recyceln. Der Prozess des Erdgas-Recyclings ist einzigartig, und seine Vorteile sind vielfältig. Warum ist dies notwendig?
Im Vergleich zu Öl und Kohle glänzt Erdgas als der sauberst verbrennende Kraftstoff. Es ist jedoch nicht makellos, besonders wenn Methan (CH₄) – das 97 Prozent des Erdgases ausmacht – unverbrannt bleibt. Dieses Restmethan dient als wichtiges Treibhausgas und trägt erheblich zur globalen Erwärmung bei. Recycling kann dieses Problem bis zu einem gewissen Grad lösen. Darüber hinaus macht der Prozess die Gesamtproduktion kostengünstiger und das Produkt somit billiger für den Verbraucher. Aus dieser Perspektive stellt sich nicht die Frage, ob Erdgas recycelt werden soll, sondern wie dies zu bewerkstelligen ist.
Das Recycling-Regime konzentriert sich auf die Gewinnung von Roh-Erdgas aus erneuerbaren Quellen. Was bedeutet das? Methan ist nicht nur aus geologischen Lagerstätten, sondern auch aus anderen Bezugspunkten gewinnbar. CH₄ ist auch reichlich vorhanden, wenn organische Materie abgebaut wird und schließlich zur Freisetzung von Methan führt. Diese Bildung tritt auf, wenn den organischen Materialien Sauerstoff fehlt, daher der Begriff „anaerobe Vergärung“. In der Regel kann die organische Materie so vielfältig sein wie Tierkadaver, abgefallenes Laub, Vogelkot, weggeworfene Essensreste, Grasschnitt oder Abwasserinhalte, um nur einige Substratkomponenten zu nennen. Doch Gülle und Mülldeponien sind am bekanntesten für die reichliche Freisetzung von CH₄.
Wenn wir über Recycling sprechen, meinen wir nicht unbedingt die Wiederverwendung desselben Materials. Erdgas als fossiler Brennstoff bildet sich über Äonen und ist daher an sich keine erneuerbare Energiequelle. Beginnend als fossilisiertes Zooplankton und Phytoplankton, lagern sich diese Organismen auf dem Meeresboden ab und vermischen sich dann mit anorganischer Materie. Die Energie des Erdgases begann als Sonnenlicht, das vom Plankton eingefangen wurde. Dies ist eindeutig eine Entwicklung, die sich über Jahrtausende, ja sogar Millionen von Jahren erstreckt. Was hat es also mit dem Recycling auf sich?
Durch die Erfassung des Methans aus Deponien und Güllelagunen – dessen Rohversion Biogas genannt wird – gewinnen Produzenten nicht nur eine reichhaltige Energieform, sie verhindern auch, dass CH₄ in die Atmosphäre emittiert wird und als schädliches Treibhausgas Umweltzerstörung anrichtet. Ähnlich wie beim Haushaltsrecycling geht es also darum, die wertvollen Komponenten vom Abfall zu trennen. Die Gewinnung von Methan aus Abfall ist Biogas-Recycling, d.h. die Trennung einer wertvollen Energiequelle vom Unrat.
Die Gewinnung von Methan aus organischen Materialien ist nichts Neues. Biogas wurde im 19. Jahrhundert zur Beleuchtung von Straßenlaternen und in armen Ländern weltweit zum Kochen verwendet. Die Technologie hat sich jedoch so weit verbessert, dass Biogas für Stromnetze und öffentliche Verkehrsflotten verfügbar ist. Die anaerobe Vergärung funktioniert jedoch wie eh und je.
Am Beispiel von Gülle tritt der Tierabfall in einen sauerstofffreien Tank ein, wo die Vergärung stattfindet. Die erste Phase ist die bakterielle Hydrolyse, bei der unlösliche Polymere zunächst abgebaut werden. Anschließend dient die Azidogenese dazu, die nun verwertbaren Verbindungen, d.h. Zucker und Aminosäuren, weiter zu Kohlendioxid (CO₂), Ammoniak (NH₃), Wasserstoff (H) und organischen Säuren umzuwandeln. Drittens wandelt die Acetogenese die organischen Säuren in Essigsäure um. Schließlich wandeln Methanogene NH₃, CO₂, H und Essigsäure in CH₄ und CO₂ um. Die einzige verbleibende Aufgabe ist die Reinigung des Methans von Kohlendioxid und Spurenstoffen.
Das verbleibende Material ist Gärrest. Dieser wird oft zu Dünger, Einstreu und einer Vielzahl anderer Zwecke synthetisiert. Das Methan muss je nach Endverwendung aufbereitet werden. Wie oben erwähnt, wird die Digestertechnologie immer anspruchsvoller. Digester lassen sich in vier Hauptkategorien einteilen.
werden in den Vereinigten Staaten häufig eingesetzt. Dieses Design sorgt dafür, dass das Substrat ständig gerührt und die Wärme präzise auf optimalen Temperaturen gehalten wird. Die Tanks bestehen aus Beton oder Stahl und erhalten verdünntes Substrat, um das Mischen zu erleichtern.
erhalten neues Substrat (Rohmaterial) ohne nennenswerte Erhitzung oder Mischung. Die Tanks haben eine lange und schmale Form. Diese Digester finden sich hauptsächlich auf Milchviehbetrieben, wo Gülle durch Schaben gesammelt wird.
sind eine Art Hybrid zwischen vollständig durchmischten und Pfropfenstrom-Designs. Regelmäßiges Mischen ist vorhanden, eine Verdünnung des Substrats jedoch nicht. Auch diese Digester eignen sich am besten für Milchviehbetriebe, und wie die Pfropfenstrom-Digester sind die Tanks unterirdisch angelegt.
sammeln organisches Material zu einem Haufen und besprühen diesen mit Mikroben und frischerem Substrat. Biegsame Blasen sitzen über dem Tankinhalt und nehmen das aufsteigende Biogas auf. Getreu ihrem Namen verarbeiten Trockenvergärer Substrate mit dem höchsten Feststoffanteil. Sie eignen sich besonders gut für pflanzliche Abfälle aus Gärten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Erdgas nicht im traditionellen Sinne recycelt wird. Stattdessen ergänzt erneuerbares Erdgas, Biogas, das geologische Erdgas und ist in scheinbar unbegrenzter Menge verfügbar. Dies birgt vielversprechende Möglichkeiten für grüne Energieprojekte.
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