Das Problem zahlreicher Biogasanlagen, die sich für eine Verstromung vor Ort entscheiden, ist die Suche nach einem optimalen Wärmekonzept, das den Gesamtwirkungsgrad der Biogasanlage entscheident erhöht.

Nicht jede Biogasanlage hat Ihren Standort direkt neben einem Industriegebiet, in dem sich potentielle Wärmeabnehmer befinden. Eine Verstromung am Ort der Biogasanlage ist daher in vielen Fällen ineffizient.Vorzuziehen ist in dem Fall eine zentrale Verstromung, um Strom und Wärme gleichermaßen optimal nutzen zu können. Da Biogas zu 50-60% aus Methan besteht, und Methan auch den Hauptbestandteil von Erdgas ausmacht, bietet sich als Transportmedium das Erdgasnetz an. Um die Qualität des Biogases an die Kriterien von Erdgas anzupassen, ist allerdings eine Aufbereitung notwendig.

Die Einsatzmöglichkeiten dieses aufbereiteten, hochreinen Gases sind nahezu unbegrenzt:

Vom Acker in das Erdgasnetz

Das methanhaltige Roh-Biogas entsteht bei der Vergärung unterschiedlichster Substrate. Es enthält je nach Inputstoff Methangehalte von 50-60%. Der Rest setzt sich hauptsächlich aus Kohlenstoff und Spuren von Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff zusammen. Bei der Gasaufbereitung wird das Biogas in Biomethan umgewandelt. Dies geschieht am Standort der Biogasanlage oder am Ort des Energieverbrauches.

MT-BIOMETHAN^®

Gasaufbereitungs-Technologie nach dem BCM^®-Verfahren der DGE-Wittenberg

Funktionsbeschreibung der drucklosen Aminwäsche

Die Biogas-Aufbereitungs-Technologie MT-Biomethan^® reinigt das bei der Vergärung organischer Substanz entstandene Biogas auf Erdgasqualität. Das dazu verwendete BCM-Verfahren^® nach DGE Wittenberg arbeitet mit einer drucklosen Aminwäsche. Um energiereiches, reines Methan zu gewinnen, werden verschiedene Reinigungsstufen genutzt. Zuerst wird das Biogas von Schwefelwasserstoff getrennt.

Verfahrensfließbild:

 

P= Pumpe, E= Wärmetauscher, F= Abscheider

 

Das vorgereinigte Gas wird in der Biogaswäsche drucklos mit einer Amin-Waschlösung behandelt. Dabei wird das enthaltene CO₂ fast vollständig (<0,5 vol%) entfernt. Die mit CO₂ beladene Waschlösung wird in einer Regenerationseinheit erhitzt. Dadurch wird das chemisch gebundene CO₂ in dem Abscheider wieder von der Amin-Waschlösung abgetrennt. 

Die so wieder aufbereitete Waschlösung wird jetzt über eine Wärmerückgewinnung gekühlt und in den Prozess zurückgeführt. Von dem anfallenden gasförmigen Nebenprodukt CO₂, das auch Spuren von Wasserdampf enthält, wird ebenfalls die Wärme zurück gewonnen. 

BCM-Verfahren® im Vergleich zu herkömmlichen Gasreinigungsverfahren

Druckwechseladsorption (PSA)

Die Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorption) ist ein diskontinuierliches Verfahren, das das unterschiedliche Adsorptionsverhalten von Kohlendioxid und Methan bei erhöhtem Druck an Aktivkohle oder einem Kohlenstoffmolekularsieb nutzt. Da das Kohlendioxid sich wesentlich schneller und stärker bindet als das Methan, kann es selektiv von diesem getrennt werden. Die Adsorber werden anschleißend im Vakuum regeneriert. Gasaufbereitung und Adsorption finden paralell in mehreren Adsorptionseinheiten statt.

Druckwasserwäsche (DWW)

Die kontinuierlich arbeitende Druckwasserwäsche beruht auf den unterschiedlichen Löslichkeiten von Kohlendioxid und Methan in Wasser. Die Adsorption ist dabei abhängig vom Druck, vom Verhältnis Biogas zu Waschwasser und von der Waschwassertemperatur. Das mit Kohlendioxid beladene Waschwasser wird anschließend einer Desorptionseinheit zugeführt und dann erneut verwendet. 

Selexolwäsche 

Die Selexolwäsche ist eine Modifikation der Druckwasserwäsche, nur wird in diesem Fall an Stelle des Wassers, Selexol als Waschlösung verwendet. Die Löslichkeit von Methan ist etwas besser als bei der DWW. Jedoch wird der Prozess durch die stark hygroskopischen Eigenschaften des Wassers erschwert.

Vorteile des BCM-Verfahrens^®

1. Hohe Methankonzentration

Luft kann mit keinem der genannten Verfahren aus dem Gas entfernt werden. Wenn das Biogas biologisch entschwefelt wird, sind nach der Aufbereitung ca. 3-5% Luft im Biomethan enthalten. Klassische Reinigungsverfahren erreichen unter akzeptablen Bedingungen Restgehalte von mindestens 2% CO₂ . Daraus ergeben sich typische Methankonzentrationen von 93-96% Methan. 

Mit einem alternativen Entschwefelungsverfahren und anschließender druckloser Aminwäsche nach dem BCM-Verfahren ^® ist es möglich, ein Gas mit Methangehalten von bis zu 99,5% zu erhalten.

Die hohe Methandichte erlaubt es so, in wesentlichen Teilen des Erdgasnetzes ohne die Zugabe von LPG (Propan) auszukommen. 

2. Geringer Energiebedarf

Als Basis wird eine NaWaRo-Anlage mit einer Kapazität von 250 Nm³/h Biogas gewählt. 

Von den bisher eingesetzten Verfahren ist die PSA die technisch wirtschaftlichste Lösung. Die drucklose Aminwäsche benötigt jedoch nur ca. 41% der Elektroenergie gegenüber der PSA. Selbst wenn das gereinigte Biomethan nach der Wäsche auf den gleichen Druck angehoben wird, beträgt die Einsparung noch 26% gegenüber der PSA.

3. Minimale Methanverluste

Aus verfahrenstechnischer Sicht sind Methanverluste bei der Biogasaufbereitung zu Biomethan bisher schwer zu vermeiden. Ökonomische und ökologische Gründe erfordern jedoch dringend eine Optimierung.

Die DWW und die PSA liegen bei den Methanverlusten etwa auf gleicher Höhe. Die Selexolwäsche ist wegen des verwendeten Waschmittels nur durch die Nachschaltung einer zweiten Waschstufe in der Lage die Methanverluste auf ca. 2% zu reduzieren. Dies erfordert aber einen doppelt so großen Regenerationskreislauf für das Waschmittel.

Erst durch die hohe Selektivität der BCM-Waschlösung wird fast reines Methan bei minimalem Methanverlust erreicht. Dieses ist der entscheidende Vorteil bei der Wirtschaftlichkeit der Biogasaufbereitung zu Biomethan.

Quelle: Fachtagung „INNOGAS“ vom 27.10.2006, Berechnungen DGE GmbH