Biogas Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Biogasaufbereitung

Um Biogas als Bioerdgas (auch Biomethan) nutzen zu können, ist es notwendig, die hierfür erforderliche Qualität herzustellen. Mit dem Verfahren der Biogasaufbereitung wird der Methangehalt im Biogas erhöht und gleichzeitig Kohlendioxid und weitere unerwünschte Bestandteile entfernt.
Vor der Aufbereitung muss das Rohgas ähnlich wie bei der Verstromung entschwefelt und getrocknet werden. Für die Entschwefelung werden Grob- und anschließende Feinentschwefelung durchgeführt. Die Grobentschwefelung erfolgt in der Regel durch die Zudosierung von Eisenhydroxid (und/oder Eisensalzen), eine biologische Entschwefelung außerhalb des Fermenters oder eine Laugenwäsche. Die Feinentschwefelung mit Aktivkohle senkt die Schwefelwasserstoffkonzentration dann auf unter 5 mg/m³. Abhängig vom Aufbereitungsverfahren muss das Gas entfeuchtet bzw. getrocknet werden.
Bei der eigentlichen Aufbereitung wird der Methangehalt von 50-55% auf bis zu 98% erhöht. Die Höhe des Methangehaltes ist von der Methankonzentration im Gasnetz abhängig, in das eingespeist werden soll.
Diese reichen von 80% (sogenanntes L-Gas aus Niedersachsen, Holland und der Nordsee) bis zu 98 % (H-Gas aus Russland).

Derzeit werden in Deutschland 5 verschiedene Aufbereitungsverfahren in der Praxis angewendet. Dazu gehören die Druckwechseladsorption (engl. PSA – Pressure Swing Adsorption), die Druckwasserwäsche (DWW), physikalische und chemische Wäschen und das Membranverfahren. Kryogene Verfahren zur Biogasaufbereitung werden bisher nicht großtechnisch genutzt.

Kennwerte der verschiedenen Aufbereitungsverfahren

(Quelle: Fraunhofer IWES, ergänzt nach DWA)

 

Die derzeit am häufigsten in der Praxis eingesetzten Verfahren sind die Aminwäsche, die Druckwasserwäsche und die Druckwechseladsorption.

Gasaufbereitungsverfahren
Gasaufbereitungsverfahren

Aminwäsche
Die chemische Absorption mit organischen Lösungsmitteln wird in der Praxis oftmals als „Aminwäsche“ bezeichnet. Als Absorptionsmittel werden je nach Anlagenhersteller unterschiedliche Ethanolamin-Wasser-Gemische eingesetzt. Die CO2 –Entfernung erfolgt in der Waschkolonne fast drucklos. Das entfeuchtete und entschwefelte Biogas durchströmt die Waschkolonne von unten nach oben, während die Aminlösung im Gegenstrom fließt und hierbei das CO2 aufnimmt. Anschließend muss das Produktgas getrocknet werden, während die beladene Waschlösung durch Wärmezufuhr regeneriert wird und danach erneut verwendet werden kann. Die Besonderheiten dieses Verfahrens bestehen in hohen Produktgasreinheiten und geringen Methanverlusten.*

Druckwasserwäsche (DWW)
Bei der Druckwasserwäsche werden CO2 und weitere Rohgasbestandteile (z. B. H2S, NH3) im Absorptionsmittel Wasser gelöst. Das Verfahren beruht auf der reversiblen Absorption durch physikalische Bindungskräfte in Wasser. Ein Nebeneffekt dieses Verfahrens stellt die Feinentschwefelung des Biogases in der Absorptionskolonne dar. Das zuvor komprimierte Rohgas gelangt von unten in die Absorptionskolonne, während das Wasser von oben nach unten die Kolonne durchströmt und mit den zu absorbierenden Gasbestandteilen beladen wird. Nach der Druckentspannung kann das regenerierte Wasser wieder zur Absorption verwendet werden. Eine Trocknung vor der Wäsche ist nicht erforderlich, das angereicherte Produktgas wird nach der Absorption getrocknet.*

Druckwechseladsorption (engl. PSA – Pressure Swing Adsorption)
Bei der Druckwechseladsorption wird das CO2 (und andere Gasbestandteile) an die Oberfläche von Feststoffen (Adsorbentien), wie Kohlenstoffmolekularsiebe, Aktivkohlen oder Zeolithe angelagert. Hierfür ist eine Druckerhöhung auf ca. 4 bis 7 bar notwendig. In der Regel bestehen die Anlagen aus 4 Adsorptionseinheiten. Nach Sättigung eines Molekularsiebes wird der Biogasstrom in die nächste Adsorptionseinheit geleitet und die adsorbierten Gasbestandteile durch Druckabsenkung vom Sieb entfernt.*

Physikalische Absorption (u.a. Genosorbwäsche®, Selexolwäsche®)
Im Gegensatz zur Druckwasserwäsche kommt bei diesem Verfahren ein organisches Lösungsmittel (z. B. Polyglykolgemische) zum Einsatz. Gegenüber Wasser kann das Lösungsmittel mehr CO2 aufnehmen. In der Absorptionskolonne durchströmt das Absorptionsmittel das Biogas im Gegenstrom und bindet neben CO2 auch H2S und H2O. Eine Feinentschwefelung kann daher entfallen. Das bei der nachgeschalteten Kühlung des Produktgases kondensierte Wasser muss entfernt werden. Die Desorption der Waschlösung erfolgt durch Wärme- und Luftzufuhr. Eine Abgasnachbehandlung ist erforderlich.*

Membranverfahren
Bei Membranverfahren nutzt man unterschiedliche Durchlässigkeiten (Permeabilitäten) polymerer Membranwerkstoffe zur Abtrennung unerwünschter Gasbestandteile aus Biogas. Die zum Einsatz kommenden Polymere (u. a. Celluloseacetat oder aromatische Polyimide) weisen hohe Permeabilitäten für CO2, H2O, NH3 und H2S gegenüber CH4 auf. Das Rohgas sollte vorab getrocknet und feinentschwefelt sein und wird auf 5-10 bar komprimiert. Im Membranmodul durchdringt das CO2 die Membran und das Methan (CH4) wird zurückgehalten. Restmengen von Methan im Permeatstrom machen eine Abgasnachbehandlung notwendig.*

Kryogene Verfahren
Bei Tieftemperaturverfahren kommt es durch Temperaturabsenkung des Gasstromes zur Kondensation bzw. Resublimierung des CO2, wobei das CO2 in flüssiger oder fester Form vorliegt und bei ausreichender Reinheit auch einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden kann.*

Nach der erfolgten Aufbereitung gelangt das Biomethan von der Aufbereitungs- zur Einspeiseanlage, wird entsprechend gemessen (Gasmenge, Gasbeschaffenheit), konditioniert (Anpassung an die brenntechnischen Eigenschaften des im Netz befindlichen Erdgases), odoriert, auf den entsprechend Netzdruck komprimiert und dann eingespeist.

Eine Übersicht zu Anlagenbestand und Aufbereitungskapazität finden Sie hier.
Weitere umfangreiche Informationen zum Thema Biogasaufbereitung und Biomethan finden Sie im Leitfaden "Biogasaufbereitung und -einspeisung" sowie in der Informationsbroschüre „Biomethan“

 

*Quelle der Verfahrensbeschreibungen ist das Regelwerk der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall e. V. (DWA) - Merkblatt DWA-M 361: Aufbereitung von Biogas. Hennef, 2011.

Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe