Technischer und wirtschaftlicher Vergleich zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität

Die Biogaserzeugung und -nutzung hat seit der Einführung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes einen beachtlichen Zuwachs erfahren. Speziell in der Biogaserzeugung ist ein deutlicher Aufwärtstrend zu spüren. Der Großteil der Biogasanlagen, die derzeit in Deutsch-land betrieben werden, sind Einzelhofanlagen. Bei vielen dieser Bio-gasanlagen kann die in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) anfallende Wärme auf Grund fehlender Nachfrage am Ort der Biogasgewinnung jedoch nur im geringen Umfang genutzt werden.
Eine Perspektive zur vollständigen Ausnutzung der enthaltenen Energie könnte sich durch eine Aufbereitung des Biogases entwickeln. Dies würde beispielsweise eine Einspeisung in das Erdgasnetz oder eine gezielte Erzeugung von gasförmigem Treibstoff ermöglichen. Biogas aus Nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo) besteht zu 50 bis 60 % aus Methan, im übrigen aus Kohlendioxid und einigen Spurenstoffen. Unter den Spurenstoffen können insbesondere Schwefelwasserstoff und Stickstoffverbindungen Geruchs- und Korrosionsprobleme bereiten und sollten nach Möglichkeit vor einer Nutzung entfernt werden.
Vor einer Einspeisung des erzeugten Gases in Erdgasleitungen ist eine Qualität herzustellen, die der des Erdgasnetzes nahezu identisch ist. Gemäß den technischen Regeln der Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) ist hiermit zusätzlich eine Abtren-nung des enthaltenen Kohlendioxids verbunden.
In der vorliegenden Diplomarbeit werden die allgemeinen Grundlagen der Biogaserzeugung, die für den Fermentationsprozess nutzbaren Substrate sowie die Anlagentechnik.
Als nächstes wurde die durchschnittliche Biogaszusammensetzung, die brenntechnischen Kenndaten und die Beschaffenheiten von Biogas, Erdgas H und Erdgas L betrachtet. Zusätzlich werden die Anforderungen und technischen Regelwerke hier aufgelistet. Weiterhin werden die Grundverfahren der Biogasaufbereitung zur Entschwefelung, Trocknung, Kohlendioxid-Abtrennung, Ammoniak-Entfernung, Feinreinigung und Partikelabtrennung beschrieben.
Den Schwerpunkt der Arbeit stellen die unterschiedlichen Kohlendioxid-Abtrennungsverfahren dar. Die Membrantechnik und das Tieftemperaturverfahren zur CO2-Abtrennung sind zur Zeit wegen den hohen Betriebs- und Investitionskosten und der unzureichenden Abtrennleistung für diese Ausarbeitung nicht von Bedeutung. Dagegen werden die Verfahren Druckwasserwäsche, Selexol-Wäsche, Amin-Wäsche und Druckwechseladsorption genauer betrachtet und hin-sichtlich ihrer Vor- und Nachteile bewertet. Als Ergebnis des technischen Teils der Diplomarbeit besteht eine Tendenz zur Aminwäsche, da das Verfahren die geringsten Methanverluste und relativ geringe Betriebs- und Investitionskosten hat.
Im wirtschaftlichen Teil der Diplomarbeit werden beispielhaft die Kosten der Biogaserzeugung und die Kosten der einzelnen Verfahren der Biogasaufbereitung genannt. Die dargestellten Kosten sind im wesentlichen der Literatur entnommen. Genauere Angaben der Hersteller für die CO2-Abtrennung sind derzeit noch nicht möglich, da die Unternehmen ihre ersten Anlagen gegen Mitte oder Ende 2007 realisieren wollen. Die Kosten der Biogasaufbereitung beziehen sich auf den Rohgasvolumenstrom von 500 Nm³/h. Der wirtschaftliche Vergleich der Biogasaufbereitungsverfahren wird in einer Tabelle zu-sammengefasst.
Im Moment ist die Aminwäsche, technisch wie wirtschaftlich, das beste der untersuchten Verfahren für die dargestellte Größenordnung.