Biogasaufbereitung: Wie funktioniert sie?

Produzieren Biogasanlagen durch Nassvergärung oder Trockenfermentation hierzulande Gas aus natürlichen Rohstoffen, besteht dieses neben dem energiereichen Methan immer auch aus weiteren Zusätzen. So enthält das sogenannte Rohgas auch Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Schwefel. Vor der Einspeisung in das Erdgasnetz sind diese Bestandteile zu entfernen. Der folgende Beitrag erklärt, wie die dafür nötige Biogasaufbereitung funktioniert.

Schritt 1: Entschwefelung und Trocknung des Rohgases  

Welche Verfahrensschritte zur Biogasaufbereitung nötig sind, richtet sich in der Regel nach den verwendeten Ausgangsstoffen. Denn diese haben einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung der Rohgase. Kommen zum Beispiel proteinreiche Substrate oder Klärgase zum Einsatz, enthält das entstehende Gas in der Regel mehr Schwefel, als bei der Vergärung von Energiepflanzen. Ist das der Fall, beginnt die Biogasaufbereitung oft mit einer Entschwefelung. Typische Methoden sind dabei die:

  • Reinigung durch Entschwefelungsfilter
  • Reinigung durch Luftsauerstoff
  • spezielle Laugenwäscher
  • Zuführen von Eisen-Ionen

Nach der Entschwefelung ist häufig eine Trocknung des Rohgases nötig, bevor es den nächsten Verfahrensschritt der Biogasaufbereitung erreicht.

Entschwefelungsfilter nach der Biogasproduktion  

Eine erste Möglichkeit zum Entfernen des Schwefels stellt die Filterung dar. Dabei strömt das Biogas durch eisenhaltige Filterelemente, die in regelmäßigen Abständen regeneriert oder ausgetauscht werden müssen.

Biologische Entschwefelung durch Luftsauerstoff  

Auch der Einsatz von Luftsauerstoff kann helfen, den Schwefel aus dem Rohgas zu entfernen. Dabei setzen spezielle Bakterien Schwefelwasserstoff und Sauerstoff zu Schwefel und Wasser um. Dieser sammelt sich in der Anlage an und erhöht später den Düngewert der Gärreste. Das Verfahren gilt als ausreichend, sofern es zur Aufbereitung für die direkte Verstromung in BHKWs geht. Bei der vollständigen Biogasaufbereitung könnten Reste des eingebrachten Sauerstoffs jedoch zu Problemen führen.

Entzug des Schwefels durch die Laugenwäsche

Auch spezielle Laugenwäscher lassen sich bei der Biogasaufbereitung einsetzen. Dabei strömt das Biogas in den Wäschern durch eine Lauge, wobei neben der Schwefel- auch die CO2-Konzentration sinkt. Ein Nachteil ist, dass die Lauge nach dem Prozess entsorgt werden muss.  

Entschwefelung durch Zugabe von Eisen-Ionen  

Ist ein sehr hoher Schwefelgehalt im Rohgas zu erwarten, hilft die Zugabe von Eisen-Ionen. Das Eisen verbindet sich dabei mit dem Schwefel zu Eisensulfit, der als Feststoff im Gärrest verbleibt.

Biogasanlage mit Biogasaufbereitung
© Fabian Faber / Fotolia

Schritt 2: Biogasaufbereitung durch Trennung der Gase

Nach der Entschwefelung geht es darum, unerwünschte Bestandteile aus dem rohen Biogas zu trennen. Das betrifft vor allem Kohlenstoffdioxid, das nach je nach Ausgangsstoff einen Anteil von 25 bis 55 Prozent des Biogases haben kann. Zum Einsatz kommen dabei unter anderem folgende Verfahren:

  • chemische Absorption mit organischen Lösungsmitteln (Aminwäsche)
  • Absorption mit Wasser durch die sogenannte Druckwasserwäsche
  • Anlagerung der Gasbestandteile an Feststoffen (Druckwechseladsorption)
  • physikalische Absorption mit organischen Lösemitteln
  • Abtrennung unerwünschter Gasbestandteile durch permeable Membranen
  • Kondensation von Kohlenstoffdioxid bei Tieftemperaturverfahren

Chemische Aminwäsche zur Biogasaufbereitung  

Bei der chemischen Absorption strömt das entschwefelte Biogas im Gegenstrom an organischen Lösungsmitteln vorbei. Diese nehmen Kohlenstoffdioxid auf und lassen sich durch große Hitze regenerieren und wiederverwenden. Experten schätzen die hohe Reinheit nach der Biogasaufbereitung und den geringen Methanverlust dieses Verfahrens.

Aufbereitung von Biogas durch Druckwasserwäsche

Kommt die sogenannte Druckwasserwäsche bei der Biogasaufbereitung zum Einsatz, werden unerwünschte Gasbestandteile in Wasser gelöst. Damit das funktioniert, strömt das Rohgas unter hohem Druck von unten nach oben durch die Gaswäscher. Das Wasser fließt im Gegenstrom daran vorbei und nimmt neben dem Kohlenstoffdioxid auch gebundenen Schwefel auf. Günstig dabei ist, dass die Rohgase nicht erst getrocknet werden müssen. Auch eine Feinentschwefelung im Nachgang ist bei diesem Verfahren nicht mehr nötig.

Druckwechseladsorption zur Aufbereitung mit Feststoffen 

Erfolgt die Biogasaufbereitung mithilfe fester Adsorbentien, sprechen Experten von der sogenannten Druckwechseladsorption. Dabei lagern sich unerwünschte Gasbestandteile wie Kohlendioxid an der Oberfläche fester und poröser Materialien ab. Zum Einsatz kommen dabei unter anderem Kohlenstoffmolekularsiebe, Aktivkohlen oder Zeolithe. Das Rohgas selbst ist dazu auf einen hohen Druck zu verdichten. Wichtig zu wissen ist, dass die Adsorbermaterialien in regelmäßigen Abständen zu regenerieren sind. Für einen kontinuierlich ablaufenden Prozess muss das Gas daher abwechselnd durch verschiedene Filter strömen.

Biogasaufbereitung durch die physikalische Absorption

Bei der physikalischen Absorption fließen organische Lösungsmittel am Rohgas vorbei. Diese nehmen neben dem Kohlendioxid auch gebundenen Schwefel und Wasser auf, wodurch eine anschließende Feinentschwefelung nicht nötig ist. Die Lösungsmittel gewinnen im Vergleich zum Wasser bei der Druckwasserwäsche mehr CO2 und können durch Erwärmen regeneriert werden.

Einsatz von Membranen zur Trennung von Kohlenstoffdioxid  

Eine weitere Möglichkeit zur Biogasaufbereitung bietet der Einsatz spezieller Membranen. Diese lassen nicht alle Bestandteile des Rohgases hindurch und ermöglichen die Abspaltung von Methan aus dem Gemisch. Damit das Verfahren richtig funktioniert, muss das einströmende Biogas getrocknet, feinentschwefelt und verdichtet sein.

Tieftemperaturverfahren für die Biogasaufbereitung 

Interessant sind auch Kryogen- oder Tieftemperaturverfahren zur Aufbereitung des biologischen Gases. Denn dabei wird der Gasstrom so stark gekühlt, dass das Kohlendioxid kondensiert und in flüssiger oder fester Form ausfällt. Der Vorteil: Ist das Kohlenstoffdioxid besonders rein, lässt es sich in weiteren technischen Bereichen nutzen.

Schritt 3: Konditionierung vor der Einspeisung des Biogases  

Bevor das Biogas in das öffentliche Gasnetz eingespeist werden kann, ist seine Qualität an die des vorhandenen Erdgases anzupassen. Experten sprechen dabei von der sogenannten Konditionierung, bei der es unter anderem um Parameter wie Trockenheit, Druck und Brennwert geht. Aktuell ist Deutschland noch in L- und H-Gas-Gebiete unterteilt. Die Einspeiseregion wirkt sich daher direkt auf die Qualität nach der Biogasaufbereitung aus.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz

Fazit von Alexander Rosenkranz

Biogas ist ein Brennstoff, der sich komplett aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen lässt. Um diese in das Gasnetz einspeisen zu können, ist jedoch eine Biogasaufbereitung erforderlich. Diese läuft in der Regel in drei Schritten ab: der Entschwefelung, der Gastrennung und der Konditionierung. Wichtig dabei ist, dass das Biogas die gleichen Eigenschaften hat, wie das übrige Gas im Versorgungsgebiet.

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