Von Biogas zu Biomethan beleuchtet den Prozess der Aufwertung von Biogas zu Biomethan. Dieses umweltfreundliche und nachhaltige Verfahren ermöglicht die Umwandlung organischer Abfälle in erneuerbare grüne Energie. Es trägt zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei und bietet eine zusätzliche, saubere Energieressource.
Biogas und Biomethan, die aus organischen Abfällen gewonnen werden, sind erneuerbare Alternativen zu Erdgas. Biogas ist insbesondere das erste Produkt, das aus einer Methanisierungsanlage stammt. Es besteht hauptsächlich aus Methan und kann zur Erzeugung von Wärme oder Strom verwendet werden.
Nach der Aufbereitung und Reinigung von anderen Verbindungen wie Stickstoffdioxid (CO2), Sauerstoffdioxid (O2), Schwefelwasserstoff (H2S) oder Wasserdampf (H2O) wird aus demselben Biogas Biomethan. Dieser neu gebildete Kraftstoff hat die gleichen Eigenschaften wie Erdgas mit einem zusätzlichen Vorteil: Er fördert die Nutzung grüner Energie bei gleichzeitiger Senkung der Treibhausgasemissionen und schützt so die Umwelt durch die Bemühungen um eine Energiewende auf der ganzen Welt.
Die Methanisierung ist ein erstaunlicher Prozess, bei dem die natürliche Kraft von Bakterien genutzt wird, um vergärbares Material zu zersetzen und in Biogas umzuwandeln. Dieses Phänomen findet man zum Beispiel in Sumpfgebieten. Das erzeugte Gas ist reich an Methan, einer Komponente, die auch in fossilen Brennstoffen enthalten ist.
Durch diesen umweltfreundlichen Prozess werden auch verschiedene organische Stoffe wie Papier und Pappe, Essensreste, pflanzliche Nebenprodukte, tierische Abfälle, Gülle, Mist und Klärschlamm in Biogas umgewandelt.
Eine anaerobe Abfallvergärungsanlage erzeugt aus organischem Material Biogas. Dieser Prozess findet in Behältern statt, die als Reaktoren, Fermenter oder Faulbehälter bezeichnet werden und bei einer Temperatur von 35 °C betrieben werden. Die neuesten Versionen können Abfall innerhalb weniger Tage in erneuerbare Energie umwandeln, wobei die geschätzte Ausbeute zwischen 1 und 10 Kubikmetern pro Tag für jeden Kubikmeter behandelten Abfalls liegt.
Von ländlichen Bauernhöfen bis hin zu riesigen Industriekomplexen gibt es Biogasanlagen in allen Formen und Größen. So kann die Leistung eines kleinen landwirtschaftlichen Fermenters beispielsweise nur 100 Kubikmeter betragen, während die größten Anlagen Dutzende von Megawatt produzieren.
Deponien oder ISDND (Installations de Stockage de Déchets Non Dangereux) sind ebenfalls eine Quelle für Biogas. Wenn sich organisches Material zersetzt, entsteht Methan.
Der Abfall wird verdichtet und dann in Gruben, den sogenannten Reusen, abgelegt. Um optimale Ergebnisse zu gewährleisten, kann der Bereich auch abgedichtet werden. Diese Räume werden mit mehreren Metern Erde gefüllt und von einem Netz horizontaler Drainagen durchzogen, die das erzeugte Biogas auffangen, während die vertikalen dafür sorgen, dass es an die Oberfläche gelangt, so dass etwa 25 Jahre lang eine gleichmäßige Fermentation stattfindet.
Methan (CH4), ein starkes Treibhausgas, daran zu hindern, in die Atmosphäre zu gelangen, ist für den Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung. Wenn es nicht zurückgewonnen werden kann, ist das Abfackeln von Methan mit einer Fackel eine bessere Alternative als die Freisetzung des Gases. Dabei wird Kohlendioxid (CO2) freigesetzt, ein Treibhausgas, das laut IPCC 28-mal geringere Auswirkungen auf unsere Umwelt hat als Methan.
Es gibt noch andere Verfahren zur Biogaserzeugung, die bislang weniger verbreitet sind, da sie aus neueren Technologien stammen und zum Teil noch nicht ganz ausgereift sind.
Ein Beispiel hierfür ist die Erzeugung von Biomethan durch Methanisierung von Kohlendioxid (CO2) in Reaktion mit Wasserstoff (H2). Kohlendioxid und Wasserstoff werden entweder durch Vergasung von Biomasse aus lignozellulosischen Ressourcen oder durch Wasserelektrolyse (Power-to-Gas) erzeugt.
Schließlich ist es möglich, Mikroalgen als Haupt- oder Zusatzinput für die Methanisierungsreaktion zu verwenden. In Bioreaktoren gezüchtet, haben Mikroalgen den Vorteil, dass sie keine landwirtschaftlichen Flächen verbrauchen und somit nicht mit der Produktion von tierischen oder menschlichen Nahrungsmitteln konkurrieren.
Um Biogas durch einen Methanisierungsprozess zu erzeugen, muss man fermentierbare Ausgangsmaterialien sammeln. Diese Rohstoffe werden auch als organische Materialien bezeichnet und sind in erster Linie unsere Abfälle aus Landwirtschaft, Kommunen und Lebensmitteln, aber auch Klärschlamm und pflanzliche Materialien im Allgemeinen.
Die wichtigsten Absatzmärkte für Biogas, das durch die Zersetzung organischer Stoffe entsteht, sind die Kraft-Wärme-Kopplung, die sowohl Wärme als auch Strom erzeugt, und Biomethan, das in die Erdgasnetze eingespeist wird und den Energiemix ergänzt und so den ökologischen Wandel begleitet.
Mit Biogas kann man Wärme und Strom erzeugen.
Biogas kann nur in Form von Wärme verwertet werden, indem es als Brennstoff in einem Heizkessel verwendet wird. Am häufigsten wird Biogas jedoch verwendet, um sowohl Wärme als auch Strom zu erzeugen. Daher auch der Begriff Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Der durch die Kraft-Wärme-Kopplungsturbine erzeugte Strom wird für den Eigenverbrauch der Biogasanlage verwendet und der Überschuss, also der Großteil der erzeugten Leistung, wird weiterverkauft.
Die bei der Verbrennung von Biogas entstehende Wärme wird häufig genutzt, um den Fermenter der Biogasanlage zu heizen und die Energiebilanz der Anlage allgemein zu verbessern. Diese Wärme wird aber auch genutzt, um :
Das Biogas wird aufbereitet und gereinigt, um als Biomethan in die Erdgasnetze eingespeist zu werden.
Bevor das Biomethan in das Netz eingespeist werden kann, sind mehrere Reinigungsstufen erforderlich.
Die wichtigsten Verfahren sind :
Nachdem das Biomethan gereinigt und zur Einspeisestation transportiert wurde, muss es noch :
Biogas besteht aus verschiedenen Gasen, deren Anteile je nach den Rohstoffen und der Methode, aus der es gewonnen wird, unterschiedlich sind.
Die Gase sind im Wesentlichen :
Methan ist der Hauptbestandteil von Biogas. Es ist der Brennstoff, der zur Energiegewinnung genutzt wird.
Biogas enthält 50 % bis 75 % CH4.
Kohlendioxid ist ein Nebenprodukt von Biogas, das in sehr großen Mengen vorkommt, aber keinen Energiewert hat. CO2 muss mithilfe verschiedener Methoden aus dem Biogas entfernt werden, um verwertbares Biomethan zu erzeugen. Es kann jedoch erhalten bleiben, wenn das Biogas in Form von Wärme (Heizkessel) und/oder Strom (Kraft-Wärme-Kopplung) verwertet wird.
Biogas enthält 20 % bis 50 %CO2.
Sauerstoff ist in Biogas in relativ geringen, aber nicht zu vernachlässigenden Mengen vorhanden. Biogas enthält Sauerstoff, mit dem ein Teil des Schwefelwasserstoffs (H2S) im Fermenter ausgefällt werden kann.
Da es schwer zu entfernen ist, wird außerdem eine gewisse Menge an Sauerstoff im gereinigten Biogas (Biomethan) toleriert, bevor es in das Erdgasnetz eingespeist wird.
Biogas enthält weniger als 1 % O2.
Rohbiogas ist ein stark feuchtes Gas. Es ist notwendig, das Biogas vor der Verwertung zu trocknen, meist durch Abkühlung, um die Anlagen vor Korrosion zu schützen.
Das Rohbiogas ist mit Feuchtigkeit gesättigt.
Schwefelwasserstoff ist ein sehr gefährliches und schädliches Gas. Einerseits ist es ein ätzendes Gas, das in Gegenwart von Feuchtigkeit und bei der Verbrennung in Heizkesseln oder Kraft-Wärme-Kopplung Schwefelsäure erzeugt.
Andererseits hat H2Sbei einem geringen Gehalt einen starken, charakteristischen Geruch nach faulen Eiern. Dadurch ist es leicht nachweisbar. Bei höheren Konzentrationen beeinträchtigt es jedoch den Geruchssinn auf mehr oder weniger reversible Weise. Es wird dann geruchlos und umso gefährlicher, da es vom Menschen nicht mehr auf natürliche Weise wahrgenommen wird.
Das in Biogas mit 1500 ppm enthaltene H2S wird tödlich, wenn es länger als eine Minute eingeatmet wird.
H2S kann in Biogas in sehr großen Mengen vorhanden sein. Daher ist es unerlässlich, seinen Gehalt unabhängig von der Methode der Biogasaufbereitung stark zu reduzieren.
Biogas enthält in der Regel mehr als 100 ppm H2Sund dieser Wert kann bei der Vergärung bestimmter Arten von Abfällen aus der Lebensmittelindustrie auf über 10.000 ppm an steigen.
Siloxane in Biogas sind Moleküle, die sich von Silizium ableiten. Biogas enthält Siloxane, wenn es aus Deponien (ISDND) gewonnen wird. Dies sind Verbindungen, die Anlagen beschädigen können, da sie nach der Einspeisung in KWK-Motoren oder Biogaskessel verglast (in Sand umgewandelt) werden, was zu erheblichen mechanischen Schäden führt.
Biogas kann bis zu 50 mg/m3 Siloxane enthalten.
Die Zusammensetzung des Biogases kann mithilfe eines Multigas-Biogasanalysators gemessen werden, um den genauen Anteil der verschiedenen Gase im Biogas oder Biomethan kontinuierlich und genau zu quantifizieren.
Es ist wichtig, die Zusammensetzung des Biogases mit einem Analysator zu messen, um eine optimale und effiziente Nutzung des Biogases zu gewährleisten. Die Analyse der chemischen Zusammensetzung von Biogas ermöglicht es, durch die Quantifizierung der verschiedenen Bestandteile des Biogases die Biogasproduktion zu kontrollieren und zu optimieren. Die Biogasanalyse dient auch dazu, die Sicherheit von Personen und Prozessen zu gewährleisten, indem sie überprüft, ob potenziell schädliche Gase im Gemisch vorhanden sind.
