Aminwäsche: niedrigste Methanverluste, aber Wärme für die Regeneration erforderlich

Die Aminwäsche ist eine chemische Absorption: CO₂ aus dem Biogas reagiert in der Kolonne mit einer wässrigen Aminlösung, und das mit CO₂ gesättigte Lösungsmittel wird in der Regenerationskolonne erhitzt, wo es das Kohlendioxid freisetzt. Da die Reaktion gegenüber CO₂ sehr selektiv ist, wird Methan praktisch nicht absorbiert – die Verluste betragen in der Regel unter ca. 0,1–0,2%. Dafür zahlt man mit Wärme: Die Regeneration erfordert Temperaturen in der Größenordnung von 110–140 °C.

Prozessablauf

1. Vorreinigung – insbesondere Entschwefelung. Überschüssiger H₂S baut das Lösungsmittel ab oder verunreinigt den CO₂-Strom.
2. Absorption – Biogas mit einem Druck nahe dem Atmosphärendruck (oder geringem Überdruck) tritt von unten in die Kolonne ein, die Aminlösung fließt von oben herab. CO₂ reagiert mit dem Amin und bildet Verbindungen (z. B. Carbamate und Hydrogencarbonate).
3. Wärmeübertragung – das beladene Lösungsmittel wird im Wärmetauscher mit der Wärme des aus dem Regenerator zurückkehrenden Lösungsmittels vorgewärmt, was den Wärmebedarf verringert.
4. Regeneration – in der Desorptionskolonne wird das Lösungsmittel mit Dampf oder Heißwasser erhitzt; das freigesetzte CO₂ verlässt die Anlage in einem Strom hoher Reinheit (>99% nach der Trocknung).
5. Kreislauf – das gereinigte Lösungsmittel wird gekühlt und kehrt in die Absorption zurück.

Das Biomethan verlässt die Anlage mit niedrigem Druck, daher wird es vor der Einspeisung in das Netz zusätzlich verdichtet und getrocknet.

Energie: Die Wärme dominiert

Der Bedarf an elektrischer Energie ist gering (Ventilatoren, Pumpen, Verdichtung des Gases nach der Wäsche), der Wärmebedarf dagegen erheblich. Die Literatur nennt Größenordnungen von etwa 0,5–0,8 kWh Wärme pro m³ Biogas, abhängig vom Lösungsmittel, der CO₂-Konzentration und dem Grad der Wärmerückgewinnung. Der wirtschaftliche Wert hängt von der lokalen Quelle ab: Abwärme aus einem CHP-Motor, einem Biomassekessel oder einem Industriebetrieb kann günstig sein, eine Beheizung mit Gas dagegen ist mitunter teuer und verschlechtert die Emissionsbilanz.

Reines CO₂

Das Abgas aus dem Regenerator ist nahezu reines biogenes CO₂. Nach zusätzlicher Behandlung (Trocknung, Entfernung von Geruchsstoffen) kann es an die Industrie verkauft (Getränke, Lebensmittel, Gewächshäuser, Herstellung von E-Fuels) oder verflüssigt werden. Darin liegt der besondere Vorteil der Amine gegenüber Technologien, bei denen das Off-Gas Verunreinigungen und Methan enthält.

Nachteile und Risiken

• Abbau des Lösungsmittels durch Sauerstoff, hohe Temperatur und Verunreinigungen; Nachfüllen und Entsorgung verbrauchter Amine sind erforderlich.
• Arbeitssicherheit – Amine können reizend sein, erfordern geeignete Lager- und Handhabungsverfahren.
• Schaum und Korrosion – Verunreinigungen (Öle, Partikel) verursachen Schäumen in den Kolonnen.
• Geringere Flexibilität bei schwankender Last als bei Membranen; längere Anfahrzeit.
• Wärmeinfrastruktur – Regenerationskolonne, Wärmetauscher, Wärmequelle.

Berechnungsbeispiel

Annahmen: 1000 m³/h Biogas, 52% CH₄, Wärmebedarf 0,6 kWh/m³ Biogas, 8000 h/Jahr, Abwärme zu 40 PLN/MWh, Wärme aus dem Gaskessel zu 250 PLN/MWh (beide Preise angenommen). Wärme: 1000 × 0,6 × 8000 = 4800 MWh/Jahr. Kosten der Abwärme: ca. 192.000 PLN; aus dem Gaskessel: ca. 1,2 Mio. PLN. Der Gewinn aus dem geringeren Methanverlust (0,1% statt 1%) beträgt bei 520 m³/h CH₄ 520 × 0,009 × 8000 ≈ 37.000 m³ CH₄ ≈ 374 MWh, also bei 200 PLN/MWh ca. 75.000 PLN pro Jahr. Fazit: Die Methaneinsparung deckt selten die Kosten für aus Brennstoff gekaufte Wärme, wird aber bei Abwärme und wertschöpfendem CO₂-Verkauf relevant.

Wann eine Aminwäsche in Betracht kommt

• Wenn günstige, emissionsarme Wärme verfügbar ist.
• Wenn das CO₂ verkauft oder verwertet werden soll (CCU), die Reinheit also zählt.
• Wenn ein sehr niedriger Methanverlust gefordert ist, z. B. wegen der Treibhausgasbilanz oder Umweltanforderungen.

Integration der Wärme in die Biogasanlage

In einer typischen Biogasanlage mit Kraft-Wärme-Kopplung wird ein Teil der Wärme zur Beheizung der Fermenter verbraucht, und der Überschuss bleibt mitunter ungenutzt. Nach dem Übergang auf Biomethan stellt der CHP-Motor in der Regel den Betrieb ein, sodass die bisherige Wärmequelle entfällt. Deshalb muss im Projekt die Wärmebilanz des Gesamtsystems berechnet werden: Wärme für die Vergärung, Wärme für die Aminregeneration sowie gegebenenfalls Wärme aus einem Kessel für Biogas oder Biomasse. Stammt die Wärme für die Wäsche aus einem Kessel für Rohbiogas, wird Methan verbrannt, das verkauft werden könnte, was das Verkaufsvolumen senkt und die Emissionsbilanz beeinflusst. Aus diesem Grund ist eine der Schlüsselentscheidungen die Wahl der Wärmequelle: Biomassekessel, Wärmepumpe oder Abwärme eines benachbarten Betriebs.

Zusammenfassung

Die Aminwäsche ist eine Technologie für Projekte, in denen reines CO₂ und minimaler Methanverlust Wert schaffen und Wärme zu einem vernünftigen Preis verfügbar ist. In der Kostenbilanz zählt die Wärmeenergie, nicht nur der Strom.