Von Biogas zu Biomethan: Membranen, PSA, Druckwasserwäsche und Aminwäsche

Geht es nicht mehr nur um den Schutz eines BHKW-Motors, sondern um die Herstellung von Biomethan, kommt eine weitere Verfahrensstufe hinzu. Nach der Entfernung von Feuchtigkeit, H₂S und problematischen Spurenstoffen muss ein Großteil des CO₂ abgetrennt werden. Der CH₄-Gehalt wird so auf die Anforderungen des Gasnetzes, eines Kraftstoffs oder der weiteren Verarbeitung gebracht.

Membrantrennung

Polymermembranen sind für CO₂ und bestimmte andere Gase durchlässiger als für Methan. Ein Kompressor erzeugt die erforderliche Partialdruckdifferenz; mehrere Membranstufen erhöhen die Methanrückgewinnung und die Reinheit des Produktgases. Air Liquide und Bright Renewables bieten kommerzielle Membransysteme für Biogas an. Vorteile sind die modulare Bauweise und ein vergleichsweise einfacher kontinuierlicher Betrieb. Entscheidend bleiben eine geeignete Vorbehandlung und die Kosten der Verdichtung.

PSA – Druckwechseladsorption

Bei der Druckwechseladsorption (PSA) strömt das Gas unter erhöhtem Druck durch ein Adsorptionsmedium, das bevorzugt CO₂ und bestimmte Verunreinigungen bindet. Ist das Medium beladen, wird der Druck gesenkt und es regeneriert sich. Mehrere Behälter arbeiten versetzt, damit das Produktgas kontinuierlich bereitgestellt wird. Greenlane bietet PSA neben Druckwasserwäsche und Membrantechnik an. Das verdeutlicht, weshalb die Verfahrenswahl vom konkreten Projekt abhängt.

Druckwasserwäsche

CO₂ und H₂S sind in Wasser besser löslich als Methan. Bei der Druckwasserwäsche wird das Gas unter Druck mit Wasser in Kontakt gebracht. Die aufgenommenen Gase werden anschließend bei der Regeneration des Wassers wieder freigesetzt. Das Verfahren kann Schwankungen im Rohgas bewältigen, benötigt aber Pumpen, Kolonnen und ein Wassermanagement.

Aminwäsche

Aminlösungen binden CO₂ chemisch. Die beladene Lösung wird anschließend im Regenerator erwärmt. Dabei wird CO₂ freigesetzt und das Amin in den Prozess zurückgeführt. Vorteilhaft kann eine weitgehende CO₂-Abtrennung bei vergleichsweise niedrigem Gasdruck sein. Dem stehen ein Wärmebedarf und ein aufwendigeres chemisches System gegenüber.

Der Methangehalt allein reicht als Kriterium nicht aus

Für Investoren sind ebenso wichtig: Methanrückgewinnung, Methanschlupf, Strom- und Wärmebedarf, Leistung bei minimalem und maximalem Gasdurchsatz, Empfindlichkeit gegenüber H₂S und VOC, Inbetriebnahme, Wartung und Zusammensetzung des CO₂-reichen Restgasstroms. Die Qualität des Rohbiogases kann den Ausschlag zwischen zwei Verfahren geben, die auf dem Papier denselben CH₄-Gehalt erreichen.

Vorbehandlung bleibt erforderlich

Bright entfernt vor den Membranen Feuchtigkeit sowie H₂S und VOC mithilfe von Aktivkohle. Air Liquide beschreibt eigene Vorbehandlungssysteme für VOC, Siloxane und weitere Verunreinigungen. Die Aufbereitung zu Biomethan ersetzt die grundlegende Reinigung damit nicht, sondern schließt an sie an.

Beispiele für Hersteller

Greenlane Renewables bietet Druckwasserwäsche, PSA und Membrantechnik kommerziell an. Bright Renewables setzt dreistufige Membransysteme mit integrierter Gasbehandlung ein. Air Liquide fertigt eigene Hohlfasermembranen und komplette Einheiten zur Biogasaufbereitung. Bei der Auswahl zählen die Leistungsdaten für die tatsächliche Gaszusammensetzung und nicht allein die Bezeichnung des Verfahrens.