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Als aufstrebende erneuerbare Energiequelle verspricht Biogas eine Zukunft ohne Kraftstoffengpässe oder Umweltverschmutzung. Das Produkt anaerob vergorener organischer Materialien ist ein kohlenstoffneutraler Energieträger, der die Umwelt vor den Schäden bewahrt, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Wenn organische Substanzen – zum Beispiel Gülle, absterbendes Pflanzenmaterial, Essensreste und sich zersetzende Tierkadaver – abgebaut werden, entstehen durch chemische Reaktionen Methan und Kohlendioxid. Das Methan (CH₄) ist der wirksame Bestandteil in Biogas, obwohl andere Chemikalien vorhanden sind und extrahiert werden müssen, um das Gas für die Nutzung zu reinigen. Zu diesen unerwünschten Komponenten gehören Siloxane.
Chemisch gesehen sind Siloxane Ketten von Sauerstoff- und Siliziumatomen. Nach Sauerstoff ist Silizium das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Wenn diese Ketten verlängert werden, bilden sie Silikon oder Silikonpolymere. Diese finden sich häufig in medizinischen Kunststoffprodukten, Kosmetika, Dicht- und Klebstoffen, aber die Liste der Anwendungen geht weit über diese Beispiele hinaus. Die Polymereigenschaften reichen von gasförmig über flüssig bis hin zu Gelen, Kautschuk, Schaum und Acryl. Nur wenige Menschen können behaupten, im Laufe eines Tages keine Siloxanderivate verwendet zu haben. Trotz ihrer Vielseitigkeit sind Siloxane im Zusammenhang mit Biogas problematisch.
Fahrzeuge und Industriemaschinen – d.h. Verbrennungsmotoren, Gasturbinen und Heizkessel – leiden unter der Anwesenheit von Siloxanen im Biogas. Die Siliziumdioxidablagerungen der Verbindung haften an Turbinenschaufeln, Kolben und Zylinderköpfen. Dadurch beeinträchtigen sie die Leistung, beschädigen die Bauteile und verschmutzen die internen Mechanismen. Solche Belastungen können die Motorleistung um bis zu 20 Prozent reduzieren. Während Biogas ein enormes Potenzial als alternative Energiequelle birgt, können Effizienzverluste dieses Versprechen zunichtemachen. Deshalb ist die Siloxanentfernung absolut unerlässlich.
Es gibt verschiedene Wege, wie Siloxane aus Biogas entfernt werden. Allen gemeinsam ist, dass die Möglichkeit schädlicher Silikatablagerungen neutralisiert wird.
Manchmal auch Aktivkohle genannt, wird Aktivkohle so verarbeitet, dass Poren mit geringem Volumen entstehen, die eine größere Oberfläche für die Adsorption oder chemische Reaktionen bieten. [ANMERKUNG: Adsorption ist, wenn Gas- oder Flüssigkeitsmoleküle an der Oberfläche eines Feststoffs haften; sie ist nicht zu verwechseln mit Absorption, bei der die Moleküle die Oberfläche des Absorptionsmittels durchdringen.] Dies macht sie zu einem ausgezeichneten Mittel in einem Siloxanentfernungssystem. Reines Aktivkohle, so zeigen Studien, wirkt besser als mit alkalischen Substanzen imprägnierte Kohle.
Aktiviertes Aluminiumoxid ist ein Absorptionsmedium. Wie Aktivkohle ist diese feste Form von Aluminiumoxid porös. Im Gegensatz zu Kohle nimmt sie die Siloxanmoleküle jedoch durch die Poren auf und sättigt sich von innen nach außen. Das Biogas strömt durch ein Bett aus aktiviertem Aluminiumoxid, wo die Siloxane zurückgehalten werden und woraus ein gereinigtes Gas austritt. Anschließend kann durch das Durchleiten von Regenerationsgas durch das Bett das aktivierte Aluminiumoxid erneut zur Siloxanextraktion verwendet werden.
Das Senken der Temperatur und des Drucks des Biogases führt dazu, dass es zu einer Flüssigkeit kondensiert, wodurch die enthaltenen Verbindungen sich absetzen und trennen. Nach dem Absetzen gelingt die Siloxanentfernung aus Biogas einfach. Andere Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff werden oft mit derselben Methode entfernt.
So wie Aktivkohle als Adsorptionsmittel für Siloxanmoleküle wirkt, können Kunstharze so hergestellt werden, dass sie dasselbe tun. Ein Harz ist gewöhnlich ein Feststoff oder zumindest hochviskos, mit einer sehr dicken und klebrigen Konsistenz. Harze werden häufig aus Pflanzen gewonnen, aber sie werden auch synthetisch durch die Vernetzung von Polymerketten hergestellt. Dieses Verfahren hat sich bewährt, um Verunreinigungen auf Werte unterhalb der Nachweisgrenze zu reduzieren.
Deponiemanager und -techniker greifen zunehmend auf flüssige Absorptionsmittel wie konzentrierte Salpetersäure oder Schwefelsäure zurück, um Biogas für eine effektive Verbrennung zu reinigen. Diese Flüssigkeiten entfernen nicht nur Siloxane, sondern auch Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Carbonylsulfid und Methylmercaptan. In vielen Fällen können flüssige Absorptionsmittel in Kombination mit Aktivkohle-Adsorption und Kondensation eingesetzt werden. Gute Ergebnisse zeigen, dass eine Synergie zwischen einer Kombination von Entfernungstechniken bestehen kann.
Membranen zeigen ermutigende Ergebnisse bei der Reinigung von Biogas von Verunreinigungen, einschließlich Siloxanen. In diesem Szenario strömt das Gas durch aufeinanderfolgende Filter, die bestimmte unerwünschte gasförmige Verbindungen herausfiltern, während das brennbare Methan zurückgehalten wird. Die porösen Polymermembranen ermöglichen es Verunreinigungen, diese zu durchdringen, während sie verhindern, dass Methan dasselbe tut. Am Ende des Prozesses erhält man nahezu 100 Prozent Methangas.
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