Die Angst um eine sichere Energieversorgung in Deutschland bleibt ein aktuelles Thema. Während sich die Energiespeicher langsam, aber sicher leeren, laufen die Diskussionen um alternative Energieträger auf Hochtouren. Dabei rückt Biogas zunehmend in den Fokus. Doch um dieses als Energieträger nutzen zu können, ist eine Biogasaufbereitung unverzichtbar.
Was die Gründe dafür sind, worin die Unterschiede zwischen Erdgas, Biogas und Biomethan bestehen und welche Herausforderungen mit der Biogasaufbereitung einhergehen, erfahren Sie in diesem Artikel.
Biogas, Erdgas und Biomethan – das sind die Unterschiede
Kurzgefasst funktioniert der Prozess der Biogasherstellung immer nach dem gleichen Prinzip: Es gibt ein Ausgangssubstrat (z.B. Energiepflanzen, Gülle oder organische Abfälle), das in der Biogasanlage unter Ausschluss von Sauerstoff durch Mikroorganismen zersetzt wird, und am Ende kommt Biogas als Produkt heraus. Dieses sogenannte Rohbiogas lässt sich bereits als Energielieferant nutzen, allerdings nicht mit dem optimalen Output bzw. nicht so effektiv wie es mit Erdgas der Fall wäre. Denn das ist nur nach einer entsprechenden Biogasaufbereitung möglich.
Während Erdgas in der Regel zum Großteil, das heißt teilweise bis zu 99 Prozent, aus Methan besteht, liegt der Methangehalt von Rohbiogas zwischen 50 Prozent und 75 Prozent. Dennoch ist Biogas der „bessere“ Energieträger, weil es im Unterschied zu Erdgas kein fossiler Energieträger ist. Um Biogas zu Erdgasqualitäten zu verhelfen, ist eine Nachbehandlung erforderlich: die Biogasaufbereitung. Mit dieser lässt sich Biogas zu Biomethan umwandeln, was mit seinem Methangehalt von bis zu 98 Prozent dem Erdgasniveau sehr nahe kommt – und das komplett klimaneutral.
So funktioniert der Prozess der Biogasaufbereitung
Ziel der Biogasaufbereitung ist es also, den Methangehalt des Rohbiogases zu erhöhen, damit sich dieses problemlos in das Erdgasnetz einspeisen und nutzen lässt. Die Höhe des erforderlichen Methananteils richtet sich dabei nach dem Gasnetz, dem das Biomethan später zugeführt werden soll. Biomethan aus Niedersachsen, der Nordsee oder den Niederlanden, auch L-Gas genannt, sollte einen Methangehalt von 80 Prozent haben. Biomethan, das als Ersatz des russischen Gases genutzt werden soll, auch H-Gas genannt, darf bis zu 98 Prozent aus Methan bestehen.
Zusätzlich zur Erhöhung des Methananteils werden bei der Biogasaufbereitung der Kohlenstoffdioxidgehalt sowie die Konzentration weiterer unerwünschter Bestandteile wie beispielsweise Schwefel reduziert. Darüber hinaus muss das Biogas (je nach der gewählten Methode zur Biogasaufbereitung) entweder getrocknet oder entfeuchtet werden. Dabei läuft der Prozess der Biogasaufbereitung immer in vier Schritten ab: Entschwefelung, Entfeuchtung bzw. Trocknung, Kohlendioxidabscheidung oder Sauerstoffentfernung und Aufbereitung auf Erdgasniveau. Ob eine Kohlendioxidabscheidung oder eine Sauerstoffentfernung stattfindet, hängt von der späteren Nutzung des Biomethans ab. Soll es einer Netzeinspeisung dienen, kommt die Kohlendioxidabscheidung zum Einsatz, um einen noch höheren Methangehalt sowie bessere Brenneigenschaften des Gases zu erreichen. Soll das Biomethan im Erdgasnetz genutzt werden, steht die Sauerstoffentfernung an, um alle im Erdgasnetz geltenden Regelungen erfüllen zu können.
Die möglichen Verfahren zur Biogasaufbereitung
Die Aminwäsche, die Druckwasserwäsche, die Druckwechseladsorption (PSA), die Physikalische Absorption, das Membranverfahren und das Kryogene Verfahren sind die sechs Verfahren, mit denen sich eine Biogasaufbereitung durchführen lässt. Sie alle bringen unterschiedlichste Vorteile mit sich. Während die Aminwäsche als chemische Absorption mit organischen Lösungsmitteln durch eine hohe Produktgasreinheit und geringe Methanverluste überzeugt, liegt der Vorteil der Druckwasserwäsche darin, dass vor der Wäsche keine Trocknung des Gases erforderlich und das Wasser mehrfach nutzbar ist.
Bei der Physikalische Absorption kommen organische Lösungsmittel zur Entfernung unerwünschter Gasbestandteile zum Einsatz. Der Vorteil hierbei ist, dass diese Lösungsmittel mehr Kohlendioxid aufnehmen als das Absorptionsmittel Wasser. Bei der Druckwechseladsorption (PSA) werden nicht erwünschte Bestandteile durch deren Anlagerung an der Oberfläche von Feststoffen wie zum Beispiel Kohlenstoffmolekularsiebe, Aktivkohlen oder Zeolithe entfernt.
Im Unterschied dazu setzt das Kryogene Verfahren auf Tiefentemperaturtrennung und Gasverflüssigung, was den Vorteil hat, dass das abgetrennte Kohlendioxid durch seine Kondensation auch später noch nutzbar ist. Das Membranverfahren nutzt die verschiedenen Durchlässigkeiten polymerer Membranwerkstoffe, um die unerwünschten Bestandteile aus dem Biogas abzutrennen. Welches Verfahren zur Biogasaufbereitung wann zum Einsatz kommt, richtet sich meist danach, wie hoch Kosten sein dürfen. Denn jedes Aufbereitungsverfahren ist unterschiedlich aufwändig, wodurch der Kostenfaktor variiert.
Biogasaufbereitung in Deutschland – das sind die aktuellen Herausforderungen
Biomethan ist kein fossiler Brennstoff, was einer seiner größten Vorteile ist. Hinzu kommt, dass die Verbrennung von Biomethan als komplett CO2-neutral und damit klima- sowie umwelt- und ressourcenschonend gilt. Dank der Vielzahl an möglichen Verfahren zur Biogasaufbereitung ist die Herstellung von Biomethan eigentlich auch nicht kompliziert. Eigentlich… denn trotz verfügbaren Anlagen und ausreichend vorhandenem Rohbiogas, sind Herstellung und Nutzung von Biomethan noch sehr ausbaufähig.
Die Gründe dafür sind vielfältig. Aktuell gibt es in Deutschland knapp 10.000 Biogasanlagen, die aus unterschiedlichsten Ausgangssubstraten pro Jahr etwa 95 TWh Biogas herstellen. Anlagen zur Biogasaufbereitung gibt es allerdings nur etwa 200, deren Größe sehr variabel ist. Während die Zahl der kleineren Biogasaufbereitungsanlagen seit 2014 konstant bleibt, nimmt die der neu installierten Anlagen zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität für die Einspeisung ins Erdgasnetz stetig ab. Das heißt: Es gibt weitaus mehr verfügbares Biogas als die Aufbereitungsanlagen mit ihrer Kapazität von circa 250.000 m3 i.N./ h verarbeiten können bzw. die Zahl der verfügbaren Anlagen ist zu gering für eine großangelegte Nutzung von Biomethan. So gehen aktuell nur etwa 10 TWh ins Gasnetz – was definitiv ausbaufähig ist.
Eine weitere Herausforderung sind die Ausgangssubstrate, die zur Herstellung von Biogas zum Einsatz kommen. Entsteht der Energieträger nämlich nicht aus organischen Rest- bzw. Abfallstoffen wie Gülle, Klärschlamm oder Deponiegasen, kommen meist Energiepflanzen wie Raps oder Mais zum Einsatz. Diese wiederum stehen in der Kritik, Monokulturen zu fördern und die Artenvielfalt zu gefährden. Für mehr Akzeptanz bezüglich der Nutzung von Biogas und mehr Biogasaufbereitung sind Ressourcen- und Substratnutzung definitiv diskussionswürdig. Hinzu kommt, dass viele Biogasanlagen sehr ländlich installiert und damit eher schlecht an das Infrastrukturnetz angeschlossen sind. Das wiederum führt zu längeren Transportwegen zwischen Produktions- und Aufbereitungsort, was die Ökobilanz von Biomethan negativ beeinflusst.
Ohne Biogas keine Versorgungssicherheit (?)
Allen Herausforderungen zum Trotz, sollte Biogas dennoch eine tragende Rolle in der Energieversorgung spielen. Neben den positiven Aspekten in Bezug auf die Energiewende kann es auch mit weiteren Vorteilen überzeugen. So wären zum Beispiel die hervorragenden Speichermöglichkeiten des Gases zu nennen. Denn dank dieser lässt es sich optimal zur Bereitstellung eine gewisse Grundlast an Energie zu nutzen. Das wiederum dient dem Ausgleich möglicher Netzschwankungen. Zudem ist es problemlos für eine dezentrale Energieversorgung einsetzbar – sofern die Infrastruktur stimmt. Logistik und Vernetzung sind hier die Stichworte, an denen die Politik schrauben muss.
Ebenfalls verbesserungswürdig ist das Thema der Anlagenförderung. Denn mit entsprechenden finanziellen Anreizen würde der Betrieb von Biogasanlagen oder von Anlagen zur Biogasaufbereitung wesentlich attraktiver werden. Hinzu kommen die momentan geltenden Vorgaben des EEG, die den Anlagenbetrieb leider zu sehr deckeln. So können die derzeit verfügbaren Anlagen bei weitem nicht ihr volles Potenzial ausschöpfen – was aber sinnvoll und wichtig wäre, um die Energieunabhängigkeit Deutschlands zu stärken. Anders gesagt: Erst wenn die Rahmenbedingungen für jeglichen Anlagenbetrieb optimiert sind, kann die Biogasaufbereitung ihre wahre Stärke für die Energiewende und die inländische Versorgungssicherheit ausspielen.
Noch Fragen zum Thema?
Ob Biogas, Energiewende, Förderung, Optimierung oder Wartung: Unser Kollege Daniel Fischer, Teamleiter bei EPS, hat auf jede Frage die passende Antwort und für Sie ein offenes Ohr. Sprechen Sie ihn gerne an!