Biogasbehandlung: Welche Stoffe entfernen und welche Gasqualität erreichen?

Rohbiogas aus einem anaeroben Fermenter hat einen nutzbaren Energiegehalt, ist chemisch jedoch ein komplexes Gasgemisch. Neben Methan und Kohlendioxid enthält es Wasserdampf, Schwefelwasserstoff und – je nach Einsatzstoff – Partikel, Ammoniak, Siloxane, Terpene und weitere flüchtige organische Verbindungen. Bei der Planung der Gasbehandlung stehen daher zunächst die Zusammensetzung des Rohgases und die Anforderungen der späteren Nutzung fest; erst danach folgt die Auswahl geeigneter Filter und Verfahren.

Biogasreinigung und Aufbereitung zu Biomethan sind nicht dasselbe

In der Praxis sollte zwischen der Reinigung und der Aufbereitung zu Biomethan. Bei der Reinigung werden Verunreinigungen entfernt, die Korrosion, Ablagerungen, Kondensatbildung oder eine Schädigung von Katalysatoren verursachen. Die anschließende Aufbereitung trennt zusätzlich CO₂ ab und erhöht den Methananteil, bis Biomethan entsteht. Die US-amerikanische EPA nennt in ihrem Leitfaden Kühlung oder Adsorptionstrocknung zur Entfernung von Feuchtigkeit, Adsorption sowie biologische oder chemische Wäscher für H₂S, Adsorption für Siloxane und unter anderem PSA, Membranen und chemische Wäscher zur CO₂-Abtrennung.

Zuerst muss die Feuchtigkeit entfernt werden

Gas aus dem Fermenter ist nahezu mit Wasserdampf gesättigt. Kühlt die Gasleitung ab, kondensiert Wasser. Das Kondensat kann Flüssigkeitsverschlüsse bilden, Korrosion fördern und die Wirksamkeit von Aktivkohle verringern. Daher gehören Leitungen mit geeignetem Gefälle, Kondensatableiter, Gaskühler und Wasserabscheider häufig zu den ersten Komponenten einer fachgerecht ausgeführten Gasstrecke.

H₂S möglichst früh entfernen

Schwefelwasserstoff ist korrosiv, giftig und für nahezu alle nachgeschalteten Anlagenkomponenten problematisch. Seine Konzentration lässt sich bereits während der Vergärung durch Mikroluftdosierung oder die Zugabe von Eisensalzen senken, anschließend in externen biologischen oder chemischen Wäschern und schließlich durch Adsorption an Aktivkohle oder einem anderen Medium. Die geeignete Kombination richtet sich nach der Schwefelbelastung und der geforderten Konzentration am Ausgang.

Spurenstoffe sind für empfindliche Anwendungen entscheidend

Siloxane treten insbesondere in Biogas aus Klärschlamm und kommunalen Stoffströmen auf; bei der Verbrennung können sie harte mineralische Ablagerungen bilden. Flüchtige organische Verbindungen (VOC), Terpene und andere Spurenstoffe können Motoren, Membranen, Katalysatoren oder Adsorptionsmittel belasten. Bei Brennstoffzellen und katalytischen Verfahren kann die zulässige Konzentration von Schwefelverbindungen besonders gering sein. Dann ist eine zusätzliche Feinreinigung erforderlich.

Welche Gasqualität wird benötigt?

• BHKW oder Kessel: In der Regel sind Kondensat und H₂S zuverlässig zu entfernen, gegebenenfalls auch Siloxane und weitere Spurenstoffe.
• Biomethan für das Gasnetz oder CNG: muss zusätzlich zur Vorbehandlung der größte Teil des CO₂ entfernt und die örtliche Gasspezifikation eingehalten werden.
• Brennstoffzellen: können je nach Zelltechnologie eine sehr weitgehende Entfernung von Schwefelverbindungen und Siloxanen erfordern.
• Bio-LNG: Nach der Aufbereitung folgen eine zusätzliche Feinreinigung und eine sehr weitgehende Entfernung von CO₂ und Wasser vor der Verflüssigung.

Hersteller und Verfahren

Bright Renewables kombiniert Entfeuchtung, Aktivkohle und Membranaufbereitung. Greenlane Renewables bietet Druckwasserwäsche, PSA und Membrantechnik einschließlich Entschwefelung an. Air Liquide setzt Membransysteme und eine Vorbehandlung für Rohbiogas ein. Für einzelne Reinigungsstufen kommen auch Hersteller wie Paques, Biogasclean, CarboTech, Jacobi und DESOTEC.