Biogasspeicher und Doppelmembrandach: Aufbau, Kapazität, Ventile und Sicherheit

Der Biogasspeicher einer landwirtschaftlichen Biogasanlage hat meist die Form eines Membrandachs über dem Fermenter: Eine innere Gasmembran trennt das Biogas von der Luft, und eine äußere Schutzmembran, die durch ein Gebläse in Kuppelform gehalten wird, schützt sie vor Wind, Regen und Strahlung. Diese Konstruktion ist günstig und praktisch, erfordert jedoch eine strenge Überwachung: Die Membranen verschleißen, die Ventile müssen kontrolliert werden, und der Raum über dem Behälter muss hinsichtlich der Explosionsgefahrenbereiche klassifiziert werden.

Aufbau des Doppelmembrandachs

Funktionsweise

Wenn die Gasproduktion den Verbrauch übersteigt, hebt sich die Innenmembran, und die Luft aus dem Zwischenraum zwischen den Membranen wird herausgedrückt. Nimmt die Gasmenge ab, senkt sich die Membran. Das Gebläse hält den Luftdruck aufrecht, damit die Außenkuppel ihre Form und ihren Widerstand gegen Wind behält. Der Druck im System ist niedrig – in der Größenordnung weniger Millibar –, daher erfordern Gasleitungen und Gasgebläse eine gesonderte Auslegung.

Speicherkapazität

Der Speicher sollte Unterschiede zwischen Produktion und Abnahme durch das BHKW ausgleichen und im Störfall Zeit zum Reagieren lassen.

Beispiel: Biogasproduktion 1.200 m³/h. Wir setzen einen Puffer von 4 Stunden an: 4.800 m³. Ein Dach dieser Kapazität über einem Fermenter mit einem Durchmesser von ~25 m erfordert eine erhebliche Kuppelhöhe; häufig werden gesonderte Gasspeicher oder Dächer über mehreren Fermentern eingesetzt. Die tatsächlich nutzbare Kapazität ist kleiner als die nominale, da nicht der gesamte Bereich ohne das Risiko eines Kontakts der Membran mit den Rührwerken oder der Wand genutzt werden kann. Planen Sie auch eine Reserve für Schwankungen des Luftdrucks und der Temperatur ein (im Winter zieht sich das Gas zusammen, im Sommer dehnt es sich aus).

Sicherheitsventile

• Das Überdruckventil öffnet sich, wenn der Gasdruck den zulässigen Wert überschreitet, und leitet das Gas sicher in die Atmosphäre ab (an einer Stelle mit geringer Gefährdung).
• Das Unterdruckventil lässt Luft ein, wenn der Druck fällt, und schützt die Membranen vor dem Ansaugen, erhöht jedoch das Risiko der Bildung eines explosionsfähigen Gemisches; deshalb gilt sein Ansprechen als Störfall.
• Die Ventile können hydraulisch (mit Sperrflüssigkeit — im Winter ist eine frostbeständige Flüssigkeit oder eine Beheizung erforderlich) oder mechanisch ausgeführt sein.

Die Ventile sollten regelmäßig kontrolliert werden (Flüssigkeitsstand, Verschmutzungen, Korrosion), und die Kennzeichnung der Gasaustrittsstellen sollte mit der Dokumentation der Explosionsgefahrenbereiche übereinstimmen.

Typische Probleme

Prüfungen

1. Täglich: Kontrolle von Füllstand, Druck und Messwerten der Gaswarngeräte.
2. Monatlich: Prüfung von Gebläse, Ventilen und Luftfiltern.
3. Halbjährlich: äußere Sichtprüfung der Membranen, Kontrolle der Befestigungen und Abdichtungen.
4. Jährlich: Dichtheit, Prüfung der Sicherungseinrichtungen und der Dokumentation, Prüfung des Detektionssystems.

Arbeitssicherheit

Das Betreten des Dachs oder der Bereiche in seiner Nähe erfordert Absturzsicherungen, ein Gaswarngerät und eine vom Betreiber erteilte Freigabe. Der Raum zwischen den Membranen und die Umgebung der Ventile sind Bereiche, die hinsichtlich der Explosionsgefahr klassifiziert werden; die elektrische Ausrüstung muss eine entsprechende Kennzeichnung aufweisen. Bei einer Gasleckage sind Zündquellen abzuschalten und der Notfallplan umzusetzen.

Alternativen

Gesonderte Gasspeicher (z. B. stählerne Niederdruckspeicher, Membranspeicher in einem Gebäude) werden in größeren Anlagen oder dort eingesetzt, wo ein großer Puffer erforderlich ist. Die Wahl hängt von der Wirtschaftlichkeit, den Vorschriften und den örtlichen Bedingungen ab.

Beispiel: Einfluss der Temperatur auf das Volumen

Ein Speicher mit 3.000 m³ Biogas bei 10 °C vergrößert sein Volumen nach Erwärmung auf 30 °C um den Faktor (273,15 + 30)/(273,15 + 10) ≈ 1,07, d. h. um ca. 7% (ca. 210 m³ bei konstantem Druck). An einem sonnigen Sommertag kann sich das Dach also unerwartet heben und im Winter ohne Änderung der Gasproduktion absinken. Deshalb sollten die Regelalgorithmen für den Betrieb von BHKW und Fackel die Dynamik des Füllstands berücksichtigen und nicht nur Momentanwerte.

Dokumentation und Schulung

Die Betriebsanleitung des Dachs sollte enthalten: zulässige Druck- und Füllstandsbereiche, das Vorgehen bei einem Alarm für den oberen und unteren Füllstand, eine Liste der Servicekontakte und die Regeln für den Zugang zum Dach. Die Mitarbeiter sollten die Lage der Ventile und Absperrungen kennen und regelmäßig an Schulungen und Übungen zum Notfallplan teilnehmen.