BiomethanAnalyse
Biogasaufbereitung: Membran, PSA, Wasserwäsche und Aminwäsche im Vergleich
Die vier wichtigsten Technologien der Biogasaufbereitung unterscheiden sich in Prinzip, Energiebedarf, Methanverlusten und Anforderungen. Vergleichstabelle und Auswahlkriterien.
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Die vier häufigsten Technologien zur Aufbereitung von Biogas zu Biomethan sind Membranen, Druckwechseladsorption (PSA), Wasserwäsche und Aminwäsche. Alle trennen CO₂ vom Methan ab, unterscheiden sich aber im Mechanismus, in der Art der verbrauchten Energie, in den Methanverlusten und darin, welches CO₂ am Austritt zu erwarten ist. Der folgende Vergleich ist qualitativ: Konkrete Parameter nennen Angebote und Untersuchungen für das jeweilige System.
Funktionsprinzipien
Membranen. Module mit selektiven Fasern oder Flachmembranen, durch die CO₂ (sowie Wasserdampf und ein Teil anderer Gase) schneller hindurchtritt als CH₄. Die Trennung erfolgt unter Druck, meist in mehreren Stufen mit Rückführung des Stroms. Beschreibung im Beitrag Membranaufbereitung.
PSA (Druckwechseladsorption). Ein Adsorbensbett (z. B. Aktivkohle oder Molekularsiebe) hält CO₂ unter Druck selektiv zurück, und die Regeneration erfolgt durch Druckabsenkung. Zyklischer Betrieb in mehreren Kolonnen. Beschreibung: PSA in der Aufbereitung.
Wasserwäsche. Das Biogas kommt unter Druck in einer Kolonne mit Wasser in Kontakt; CO₂ löst sich in Wasser deutlich besser als CH₄. Das Wasser wird durch Druckabsenkung und Ausblasen mit Luft regeneriert. Beschreibung: Wasserwäsche.
Aminwäsche. CO₂ wird im Absorber chemisch an eine Aminlösung gebunden. Das Lösungsmittel wird im Desorber durch Erhitzen regeneriert, was Wärme erfordert, und das CO₂ tritt vergleichsweise rein aus. Beschreibung: Aminwäsche.
Vergleich
| Merkmal | Membranen | PSA | Wasserwäsche | Amine |
|---|---|---|---|---|
| Mechanismus | Selektive Permeation | Physikalische Adsorption | Physikalische Absorption | Chemische Absorption |
| Hauptenergieverbrauch | Elektrische Energie (Verdichtung) | Elektrische Energie | Elektrische Energie (Verdichtung und Pumpen) | Niedertemperaturwärme + geringe Menge elektrischer Energie |
| Methanverluste | Abhängig von Stufenzahl und Rückführung | Abhängig von Zyklus und Rückführung | Abhängig von Druck und Regeneration | In Untersuchungen meist am niedrigsten |
| Verbrauch an Betriebsmitteln | Kein Wasser, Modultausch in längeren Abständen | Austausch des Adsorbens | Großer Wasserkreislauf, Nachspeisung | Lösungsmittel (Degradation), Zusatzwasser |
| CO₂ am Austritt | Strom geringerer Reinheit, erfordert meist Aufbereitung | Geringere Reinheit | Mit Luft verdünnt | Rein, für die Weiterverarbeitung geeignet |
| Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen | Erfordert vorherige Entfernung von H₂S, Siloxanen, Wasser | Erfordert vorherige Entfernung von H₂S und Wasser | Toleriert einen Teil des H₂S | Erfordert Entfernung von H₂S und einem Teil der Verunreinigungen |
| Typischer Vorteil | Modularität, einfacher Betrieb | Bewährte Technologie | Einfachheit, keine Chemikalien | Geringe Verluste, reines CO₂ |
Methanverluste sind ein Schlüsselparameter: Neben dem Verlust an Rohstoff bedeuten sie eine Treibhausgasemission oder die Notwendigkeit der Nachverbrennung. Das Ausmaß beschreibt der Beitrag Methanschlupf bei der Aufbereitung.
Energie
Drucktechnologien (Membranen, PSA, Wasserwäsche) verbrauchen hauptsächlich elektrische Energie für die Verdichtung, wobei der Verbrauch von der Konfiguration abhängt. Amine benötigen Wärme und rechnen sich daher am meisten, wenn günstige Niedertemperaturwärme verfügbar ist, z. B. Abwärme. Die Energiebilanz behandelt der Beitrag Energieverbrauch bei der Aufbereitung; verglichen werden sollten der Verbrauch an elektrischer und thermischer Energie zusammen, unter Berücksichtigung des Wertes beider.
Auswahlkriterien
- Verfügbarkeit von Wärme. Abwärme begünstigt Amine; fehlt sie, gewinnen elektrische Technologien an Bedeutung.
- Anlagengröße. Modulare Membranen skalieren gut nach unten; Wäscher und Aminanlagen gewinnen bei größeren Durchsätzen.
- Anforderungen an das CO₂. Soll das CO₂ verwertet werden (Trockeneis, Lebensmittel, Gewächshäuser), zählen seine Reinheit und Menge und nicht nur die Qualität des Biomethans; siehe Biogenes CO₂ aus Biomethananlagen.
- Methanverluste und Nachverbrennung. Umweltauflagen und Wirtschaftlichkeit der Verluste.
- Lokale Bedingungen. Zugang zu Wasser, Platzbedarf, Lärm, Druck im Zielnetz.
- Anforderungen an das vorgereinigte Gas. Siehe Vorreinigung von Biogas.
- Garantien und Service. Garantierte Verluste, Energieverbrauch, Verfügbarkeit und Zugang zum Service.
Eine ganzheitliche Vergleichsmethode schlägt der Beitrag Wie wählt man die Aufbereitungstechnologie: Entscheidungsmatrix vor, und einen Überblick über fünf Verfahren bietet der Artikel Aufbereitungstechnologien: Vergleich von fünf Verfahren.
Was zu vermeiden ist
- Angebote ohne einheitliche Annahmen zu vergleichen (Gaszusammensetzung, Druck, Produktqualität, Verluste).
- Die Wärmekosten oder ihren alternativen Wert zu übergehen.
- Nur nach den Investitionskosten zu urteilen, ohne Betriebskosten, Materialersatz und Methanverluste.
- Anzunehmen, dass alle Technologien am Austritt dasselbe CO₂ liefern.
Wie man Angebote liest
Jeder Anbieter nennt Methanverluste, Energieverbrauch und Produktqualität unter bestimmten Annahmen (Zusammensetzung und Druck des Rohgases, Temperatur, geforderte Produktzusammensetzung). Damit der Vergleich aussagekräftig ist, müssen die Angebote unter denselben Annahmen gegenübergestellt und geprüft werden, welche Parameter garantiert und welche nur prognostiziert sind. Kontrollfragen: Was umfasst der Lieferumfang (Vorreinigung, Verdichter, Kühlung, Abgasbrenner)? Welche Bedingungen gelten für die Garantie der Methanverluste? Was geschieht bei sinkender Last? Wie sieht der Serviceumfang und die Ersatzteilverfügbarkeit aus? Wie hoch sind die Kosten für den Austausch von Verschleißteilen (Membranen, Adsorbens, Lösungsmittel)?
Praktische Schlussfolgerungen
- Bei verfügbarer, günstiger Abwärme ist die Aminwäsche mitunter vorteilhaft, besonders wenn geringe Methanverluste oder reines CO₂ wichtig sind.
- Bei kleineren Anlagengrößen und dem Wunsch nach einfachem Betrieb werden häufig Membranen in Betracht gezogen.
- Wasserwäsche und PSA blicken auf eine lange Einsatzgeschichte zurück und haben gut bekannte Betriebsbedingungen.
- Der endgültigen Wahl sollte eine Lebenszykluskostenanalyse vorausgehen, die Energie, Service, Methanverluste und den Wert des CO₂ einschließt.
Quellen
Fragen und Antworten
Welche Aufbereitungstechnologie ist die beste?
Keine ist universell die beste. Amine liefern die niedrigsten Methanverluste bei verfügbarer Wärme, Membranen sind kompakt und modular, DWA und Wasserwäsche haben eine lange Praxis. Die Wahl hängt von Skala, Energie, Anforderungen an das CO₂ und Garantien ab.
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