Biomethan, derzeit in aller Munde und gilt als Teil der Lösung zum Ausstieg aus fossilem Gas – doch wie entsteht es überhaupt?
Wer Biogas in Form von Biomethan nutzen möchte, kommt nicht um eine entsprechende Biogasaufbereitung herum. Denn das Endprodukt einer Biogasanlage hat zunächst noch nicht die für das Gasnetz erforderliche Qualität. Eine entsprechende Nachbehandlung ist deswegen unumgänglich.

Warum das so ist, worin der Unterschied zwischen Biogas und Biomethan besteht und wie eine Biogasaufbereitung zu Biomethan funktioniert, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Die grundlegenden Maßnahmen der Biogasaufbereitung

Damit Biogas zu Biomethan werden kann, ist es notwendig, den Methangehalt des Gases durch die Biogasaufbereitung zu erhöhen. Während Biogas nämlich nur zu etwa 50 bis 55 Prozent aus Methan besteht, liegt der Methangehalt von Biomethan bei bis zu 98 Prozent.

Wie hoch dieser am Ende konkret ist, richtet sich dabei nach der Methankonzentration im Gasnetz, in welches das Biomethan später eingespeist werden soll. So sollte der Methangehalt für Biomethan aus Niedersachsen, den Niederlanden und der Nordsee (das sogenannte L-Gas) bei 80 Prozent liegen. Das sogenannte H-Gas aus Russland hingegen kann bis zu 98 Prozent aus Methan bestehen.

Zudem ist es für die Qualitätsverbesserung des Rohbiogases erforderlich, seinen Kohlestoffdioxidgehalt zu verringern sowie weitere unerwünschte Bestandteile zu entfernen. Dazu gehört zum Bespiel die Entschwefelung. Abhängig vom jeweiligen Aufbereitungsverfahren ist es darüber hinaus wichtig, das Gas während der Biogasaufbereitung zu entfeuchten oder zu trocknen.

Die Biogasaufbereitung – so funktioniert der Prozess

Entschwefelung

Ähnlich wie bei der Verstromung von Biogas ist es vor der Biogasaufbereitung notwendig, das Rohbiogas zu entschwefeln. Diese Entschwefelung lässt sich in der Regel in zwei Phasen unterteilen:

  1. Grobentschwefelung: Die Grobentschwefelung ist auf drei verschiedene Arten durchführbar – durch eine Laugenwäsche, als biologische Entschwefelung außerhalb des Fermenters oder durch die Zudosierung von Eisenhydroxid und/oder Eisensalzen.
  2. Feinentschwefelung Danach erfolgt die Feinentschwefelung mit Aktivkohle. Diese senkt die Schwefelwasserstoffkonzentration im Rohbiogas auf unter 5 mg/m3.

Entfeuchtung und Trocknung

Der zweite Schritt der Biogasaufbereitung ist dann die Trocknung bzw. Entfeuchtung des Gases. Um nämlich die Gasverbraucher vor zu hohem Verschleiß sowie vor Zerstörung zu schützen und gleichzeitig die Anforderungen aller nachgelagerten Reinigungsstufen zu erfüllen, ist es notwendig, den Wasserdampf aus dem Biogas zu entfernen. Wie viel Wasserdampf das Biogas aufnehmen kann, hängt von seiner Temperatur ab.

Zur Entfeuchtung und Trocknung von Biogas während der Biogasaufbereitung gibt es drei unterschiedliche Verfahren:

  • Kondensationstrocknung
  • Adsorptionstrocknung
  • Absorptionstrocknung

Die Kondensationstrocknung und die Adsorptionstrocknung nehmen eine Abkühlung des Biogases bis auf den Taupunkt vor, um das Kondensat abzuscheiden. Die Absorptionstrocknung setzt auf das Verfahren der Glykolwäsche. Dabei wird dem Biogas in einer Absorberkolonne Glykol zugeführt, was es möglich macht, neben Wasserdampf auch höhere Kohlenwasserstoffe zu eliminieren.

Kohlendioxidabscheidung

Der nächste Schritt der Biogasaufbereitung besteht darin, das Kohlendioxid abzuscheiden.
Dabei werden Kohlendioxid und Methan voneinander getrennt, um so einen noch höheren Methangehalt und damit bessere Brenneigenschaften des Gases zu erhalten. Zur Umsetzung sind verschiedenste Verfahren anwendbar.

Aufbereitung auf Erdgasniveau

Der letzte Schritt der Biogasaufbereitung ist die Anpassung des Biogases an Erdgasqualität. Hierzu gehören neben der Odierung (d.h. dem Zusetzen von Geruchsstoffen zur Erkennung von Leckagen) die Anpassung des Brennwerts und die Druckanpassung. Welche Anforderungen das Gas konkret erfüllen muss, richtet sich dabei nach den Eigenschaften des anliegenden Erdgases.

Biomethanproduzenten müssen zudem die Vorgaben der DVGW-Arbeitsblätter G 260 und G 262 beachten. Jegliche Feinanpassungen obliegen der Verantwortung des jeweiligen Netzbetreibers.

Die fünf Verfahren der Biogasaufbereitung

Allgemein gibt es fünf unterschiedliche Verfahren, mit denen sich eine Biogasaufbereitung durchführen lasst:
Aminwäsche, die Druckwasserwäsche, die Druckwechseladsorption (auch PSA genannt), die Physikalische Absorbtion, das Membranverfahren und das Kryogene Verfahren. Die wichtigsten Charakteristika der unterschiedlichen Biogasaufbereitungsverfahren, zeigt die folgende Kurzübersicht:

Aminwäsche

Die Aminwäsche ist eine chemische Absorption mit organischen Lösungsmitteln, wobei es sich in der Regel um unterschiedliche Ethanolamin-Wasser-Gemische handelt. Neben einer fast drucklosen Kohlendioxidentfernung in der Waschkolonne gehören hohe Produktgasreinheiten und geringen Methanverluste zu den Besonderheiten dieses Verfahrens der Biogasaufbereitung.

Druckwasserwäsche

Das Verfahren der Druckwasserwäsche setzt auf eine Entfernung von Kohlendioxid und anderen, nicht erwünschten Rohgasbestandteilen durch das Absorptionsmittel Wasser. Der Vorteil dieses Verfahrens der Biogasaufbereitung liegt darin, dass vor der Wäsche keine Trocknung des Gases erforderlich ist und dass sich das Wasser mehrmals zur Absorption einsetzen lässt.

Druckwechseladsorption (PSA)

Bei diesem Verfahren der Biogasaufbereitung erfolgen die Kohlendioxidentfernung sowie die Entfernung anderer, nicht erwünschter Rohgasbestandteilen durch eine Anlagerung dieser an die Oberfläche von Feststoffen wie zum Beispiel Kohlenstoffmolekularsiebe, Aktivkohlen oder Zeolithe. Der Nachteil: Das Verfahren erfordert eine enorme Druckerhöhung auf rund vier bis sieben bar.

Physikalische Absorbtion

Die Physikalische Absorbtion setzt auf eine Entfernung von Kohlendioxid und anderen nicht erwünschten Rohgasbestandteilen durch organische Lösungsmittel. Der Vorteil: Diese können mehr Kohlendioxid aufnehmen als das Absorptionsmittel Wasser. Der Nachteil: Dieses Verfahren der Biogasaufbereitung erfordert immer eine Abgasnachbehandlung.

Membranverfahren

Dieses Verfahren der Biogasaufbereitung nutzt die verschiedenen Durchlässigkeiten polymerer Membranwerkstoffe, um die unerwünschten Bestandteile aus dem Biogas abzutrennen. Generell erfordert das Membranverfahren viele unterschiedliche Arbeitsschritte, was es sehr arbeitsaufwendig macht – weswegen es auch eher selten zum Einsatz kommt.

Kryogenes Verfahren

Der Vorteil dieses Verfahrens zur Biogasaufbereitung, das auf Tiefentemperaturtrennung und Gasverflüssigung setzt, liegt darin, dass sich das abgetrennte Kohlendioxid durch seine Kondensation später weiter nutzen lässt. Allerdings ist es sehr aufwendig und hat einen hohen Strombedarf.

Biogasaufbereitung – die wichtigsten Rahmenbedingungen

Neben den technischen Anforderungen sollten bei der Biogasaufbereitung zudem ein paar gesetzliche Rahmenbedingungen beachten werden. So gelten hierbei die Vorgaben der Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV), die die Zuständigkeiten zwischen Netzeinspeiser und Netzbetreiber regelt. Ebenfalls wichtig ist das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), das alle Netzbetreiber dazu verpflichtet, ihre Netze sämtlichen Kunden diskriminierungsfrei für ein angemessenes Nutzungsentgelt zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus sind auch die Regelungen des DVGW-Regelwerks zu beachten. Dieses legt beispielsweise technische Standards wie z. B. Druck-, Brennwert- oder Odorierungsvorschriften fest.

Ein Blick in die Zukunft: Was macht die Biogasaufbereitung so wichtig?

Im Rahmen der Energiewende spielen alternative Konzepte der Energieherstellung eine zunehmend wichtigere Rolle. Vor allem in Bezug auf die Ergänzung zu fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne gewinnt Biomethan an Relevanz. Denn seine Vorteile für eine Nutzung als Handelsrohstoff sind ebenso stark wie seine Vermarktungsmöglichkeiten. So ist Biomethan nicht nur äußerst flexibel auf verschiedenen Märkten einsetzbar (z.B. Wärmemarkt, Kraftstoffmarkt), sondern auch optimal für eine Nutzung der bereits bestehenden Infrastruktur des Gasnetzes geeignet. Zudem lässt es sich bedarfsgerecht produzieren, was es zu einer perfekten Ergänzung des Erneuerbare-Energien-Mix macht.