Wie aus Biogas Treibstoff wird

Das Biogas kann als Rohbiogas oder als Biomethan für Treibstoff verwendet werden. Biomethan ist energetisch identisch mit Erdgas. Einige Betreiber bieten bereits gereinigtes, getrocknetes und verdichtetes Biogas als Biomethan in öffentlich zugänglichen Privat-Gastankstellen zum Tanken für Erdgasfahrzeuge an. Ebenso hat die Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz einen ökologisierenden Effekt am Kraftstoffsektor und kann Fahrzeughalter durch Prämien sowie Steuerbegünstigungen zum Umstieg auf Erdgasfahrzeuge motivieren. Um aber aus dem Rohbiogas Biomethan herzustellen, muss das Biogas noch spezielle Prozesse wie Entschwefelung, Trocknung und Methananreicherung durchlaufen.

Bevor Biomethan als Treibstoff eingesetzt werden kann, muss es weitgehend schwefelfrei sein. Eine sehr geringe Schwefelkonzentration ist auch im Sinne des Biogaserzeugers, da der Schwefelwasserstoff im Fermenter als schwefelige Säure vorliegt. Eine zu hohe Schwefelsäurebelastung im Fermenter korrodiert und beschädigt Anlagenkomponenten wie Rohre und diverse Dichtungen. Bei einer Entschwefelung unterscheidet man je nach Anwendung zwischen Grob- oder Feinentschwefelung und weiters zwischen biologischen, chemischen und sorptionskatalytischen Verfahren. Biogas wird schon bei der Erzeugung grob entschwefelt. Die Schwefelbelastung reduziert sich durch Einblasen von Luftsauerstoff oder Zugabe von Eisenpräparaten. Dieser Reinheitsgrad ist für die Verstromung im Blockheizkraftwerk (BHKW) ausreichend. Um Biogas auf Erdgasqualität aufbereiten zu können, wird es noch mittels Aktivkohle fein entschwefelt. Dabei adsorbiert die Aktivkohle den Schwefelwasserstoff vom Biogas. Nach dieser Anlagerung findet die katalytische Oxidation mit Luftsauerstoff statt. Eine Imprägnierung oder Dotierung der Aktivkohle mit chemischen Substanzen erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit und die Beladekapazitäten.

Für die Weiteraufbereitung des Biogases zu Biomethan ist eine Trocknung des mit Wasserdampf gesättigten Biogases notwendig, um Korrosionen zu verhindern und die weiteren Reinigungsprozesse nicht negativ zu beeinflussen. Bei der Trocknung des Biogases sind Adsorptionsverfahren mit Hilfe von Kieselgel, Aluminiumoxiden oder Molekularsieben sowie auch die Kondensationstrocknung geeignet. Unter Adsorption versteht man die Anlagerung von Molekülen aus einer Flüssigkeit- oder Gasphase an der Oberfläche eines festen Körpers. Bei einem Adsorptionsverfahren ist die Gasvorreinigung nötig, zum Beispiel durch Filter, damit keine Verunreinigungen, wie beispielsweise Öl, in den Absorber gelangen. Molekularsiebe bestehen aus künstlichen Zeolithen, das ist kristallines Alumosilicat. Diese Siebe besitzen im Unterschied zu Kieselgel und Alugel eine genau definierte Porengröße oder Löcher. Bei einer solchen Porengröße setzt man die Siebe nicht nur zum Trocknen durch Bindung von Wasser an der Oberfläche ein, sondern auch, um ganz gezielt gewisse Stoffe selektiv über die Molekülgröße aus dem Gasstrom zu entfernen. Eine Kondensations- beziehungsweise Kältetrocknung ist die Abkühlung eines Gasstromes auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes. Somit entsteht ein Kondensat, welches abgeschieden werden muss. Es besteht größtenteils aus Wasser, aber auch aus anderen kondensierten Stoffen. Das Gastrocknungsverfahren ist abhängig von der gewünschten Gasqualität, vom jeweiligen Gasdurchsatz sowie dem Biogasaufbereitungsverfahren, der Methananreicherung.

Damit aus Biogas Treibstoff wird, den man in das Erdgasnetz einspeisen kann, ist eine Aufbereitung auf Erdgasqualität nötig. Die Reinheit orientiert sich an den Richtlinien für die Erdgasbeschaffenheit (ÖVGW Richtlinie G33). Für eine Methananreicherung und eine Kohlendioxidabtrennung gibt es verschiedene Verfahren, wie die Druckwechseladsorption, die Druckwasserwäsche, die Aminwäsche oder das Membranverfahren.

Unter Druckwechseladsorption versteht man ein physikalisches Verfahren zur Trennung von Gasgemischen unter Druck mittels Adsorption. Als Adsorbentien kommen Aktivkohle, Zeolithe und Kohlenstoffmolekularsiebe zum Einsatz. Neben der CO2-Abtrennung werden parallel auch weitere störende Gasbestandteile wie Restspuren von H2S, Ammoniak, höhere Kohlenwasserstoffe, Siloxane und vor allem Wasser entfernt.

Die Druckwasserwäsche wendet man in Europa am häufigsten an, um CO2 in biogenen Gasen abzutrennen. Das Verfahrensprinzip beruht auf der unterschiedlichen Löslichkeit der im Rohbiogas enthaltenen Gaskomponenten in Wasser. Das Rohbiogas wird nach dem Verdichten und Kühlen den Absorptionskolonnen von unten zugeführt. In der Absorptionskolonne rieselt kühles Wasser von oben dem aufwärts strömenden Rohbiogas entgegen. Beim Kontakt der beiden Stoffe lösen sich basische und saure Bestandteile im Wasser. Auch Verunreinigungen, wie enthaltene Stäube, kann das Waschwasser aufnehmen. Der große Vorteil dieses Verfahren ist das günstige Waschmittel „Wasser“. Der immense Stromverbrauch wegen hoher Arbeitsdrücke wirkt sich nachteilig aus.

Als chemische Absorption bezeichnet man die Aminwäsche. Dieses Verfahren findet ebenfalls in einer Waschkolonne statt, die im Gegenstrom betrieben wird. Dabei bindet die Waschlösung das CO2 chemisch, jedoch nicht das Methan aus dem Rohbiogas. Vorteilhaft ist bei dieser Methode die hohe Reinheit des Biomethangas.

Bei dem Membrantrennverfahren beruht die CO2-Trennung auf dem Prinzip der unterschiedlichen Permeabilitäten (Durchlässigkeit) von Gasen durch die verwendeten Membranmaterialien. Dabei ist die Partialdruckdifferenz von CO2 zwischen der Permeat- und Retentatseite der Membran die entscheidende Triebkraft.

Sumpfgas, Grubengas und Erdgas sind die in der Natur vorkommenden Methanquellen. Der Methangehalt ist von Erdgas am höchsten. Er beträgt je nach Herkunft zwischen 93 und 98%. Biogas hingegen ist das Ergebnis eines biologischen Abbauprozesses von organischer Masse unter Luftabschluss. Der Methangehalt von Biogas beträgt etwa 50 bis 70%. Im Biogas befinden sich noch andere Gase, wie Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Wasserstoff.

Ausgangspunkt für den Faulungsprozess sind Stallmiste, biogene Abfälle, Klärschlämme oder bestimmte pflanzliche Erzeugnisse als nachwachsende Rohstoffe wie Zwischenfrüchte, Mais und Sudangras. Als Folge des biologischen Abbauprozesses verlieren die Ausgangsstoffe ihren Eigengeruch. Die Endprodukte des Faulungsvorganges sind Biogas und Biogasgülle sowie Gärrückstand. Bezüglich des Energieinhalts entsprechen zwei Kubikmeter Biogas etwa einem Kubikmeter Erdgas.

Die Strom- und Wärmeproduktion aus Biogas ist seit mehreren Jahrzehnten in der Praxis erprobt und wissenschaftlich abgehandelt. Die Treibstoffnutzung wurde erst in den letzten Jahren von den verschiedenen Institutionen sehr ehrgeizig erforscht. Es gibt dazu viele Experimentalanlagen und Forschungsberichte; so zum Beispiel die Studie Biogas-Netzeinspeisung von Hornbacher, Hutter und Moor aus dem Jahre 2005 im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (www.nachhaltigwirtschaften.at).
Zusätzlich gibt es sehr intensive Marketingbemühungen für die Gas-Treibstoffnutzung aus dem Bereich der Fahrzeughersteller, oftmals verbunden mit publikumswirksamen Veranstaltungen, wie zum Beispiel ein Biomethanrennen (http://www.zero-emission-biomethan.info/veranstaltungen/biomethan-rennen).
Im Vergleich zur Verstromung von Biogas mussten bis jetzt für die Treibstoffnutzung wesentlich umfangreichere Rahmenbedingungen geschaffen werden, so zum Beispiel das Gaswirtschaftsgesetz 2011 mit zahlreichen Folgeverordnungen und die Änderung der Kraftstoffverordnung 2012. Jede Anpassung einer Gesetzesmaterie für die Biogasnutzung löst umfangreiche Diskussionsprozesse aus, die weit über den fachlichen Rahmen hinausgehen.  Für die Fortsetzung der Biogasentwicklung ganz allgemein, müssen neue gesetzliche Rahmenbedingungen geschaffen werden, damit zukünftig die Stärken von Biogas wieder voll genutzt werden können. Diesbezüglich werden aktuell mit Vertretern des Wirtschaftsministeriums, der E-Control und der OeMAG Gespräche geführt.