bioLNG: Was ist das und wann lohnt sich die Verflüssigung von Biomethan?

bioLNG (verflüssigtes Biomethan) ist Biomethan, das auf eine Temperatur von etwa −162 °C bei einem Druck nahe dem Atmosphärendruck abgekühlt wird, bei dem es in den flüssigen Zustand übergeht. Nach der Verflüssigung nimmt es ein etwa 600-mal kleineres Volumen ein als im gasförmigen Zustand, sodass es in Tankwagen über große Entfernungen transportiert und in schwere Fahrzeuge oder Schiffe getankt werden kann. Chemisch ist es derselbe Kraftstoff (hauptsächlich Methan) wie verflüssigtes Erdgas (LNG), nutzt also die vorhandene Infrastruktur und Motoren; es unterscheidet sich in der Herkunft und damit im CO₂-Fußabdruck.

Eigenschaften

Zum Vergleich: bioCNG hat bei einem Druck von 200–250 bar eine um ein Mehrfaches niedrigere Energiedichte als die kryogene Flüssigkeit; das ist der wesentliche Vorteil von bioLNG in Anwendungen, in denen Reichweite und Nutzlast zählen.

Wozu verflüssigen

1. Schwerlastverkehr. Mit LNG betriebene Lkw haben eine größere Reichweite als mit CNG, und bioLNG kann eine Verringerung der Kraftstoffemissionen mit derselben Flotte ermöglichen.
2. Schifffahrt und maritime Industrie. Mit LNG betriebene Schiffe können bioLNG nutzen, was für Reeder attraktiv ist, die ihre Emissionen senken wollen.
3. Abnehmer außerhalb des Netzes. Industrie und Landwirtschaft ohne Zugang zu einer Gasleitung können verflüssigtes Gas in Tankwagen beziehen.
4. Logistik über große Entfernungen. Die Verflüssigung senkt die Transportkosten je Energieeinheit.

Was für die Verflüssigung erforderlich ist

• Gründliche Reinigung des Gases. CO₂ gefriert in flüssigem Methan, daher muss seine Konzentration vor der Verflüssigung auf eine Größenordnung von einigen Dutzend ppm sinken; ebenso Wasser (unter 1 ppm), H₂S und andere Verunreinigungen. Aus diesem Grund wird die Verflüssigung mitunter mit kryogener CO₂-Abtrennung oder mit zusätzlichen Adsorbern kombiniert.
• Verflüssigungsanlage (Mikroverflüssigungsanlage) – ein System aus Verdichtern und Wärmetauschern, das mit einem Kältemittel (z. B. Stickstoff oder einem Kohlenwasserstoffgemisch) gekühlt wird.
• Kryogene Tanks mit Vakuumisolierung.
• Sicherheitssysteme – ESD, Gasdetektion, Schutz vor Expansion, explosionsgefährdete Bereiche.
• Logistik – kryogene Tankwagen, Verladearm, Tankstellen.

Energie für die Verflüssigung

Die Verflüssigung benötigt eine erhebliche Energiemenge, die im kleinen Maßstab orientierend in Zehntel-kWh pro m³ Gas oder im Bereich von 0,4–0,8 kWh pro kg bioLNG angegeben wird (je nach Technologie, Größe und Bedingungen). Für Biomethan mit einer Energie von ca. 10 kWh/m³ bedeutet das einige bis über zehn Prozent der Gasenergie. Bei der Annahme von 0,6 kWh/kg verbrauchen wir von 1 kg LNG (13,9 kWh) 4,3% der Energie, in Form von Strom. Hinzu kommen Verdampfungsverluste (Boil-off) bei Lagerung und Umschlag.

Berechnungsbeispiel

Annahmen: Die Verflüssigungsanlage verarbeitet 500 m³/h Biomethan (≈ 0,72 kg/m³ → 360 kg/h), Energieverbrauch 0,6 kWh/kg, 8000 h/Jahr. Produktion: 2880 t bioLNG pro Jahr; Stromverbrauch: 360 × 0,6 × 8000 = 1728 MWh/Jahr. Bei einem angenommenen Strompreis von 600 PLN/MWh sind das ca. 1,04 Mio. PLN, also ca. 360 PLN pro Tonne bioLNG (ca. 26 PLN/MWh Brennstoffenergie). Der Wert ist nur eine Veranschaulichung: Die realen Kosten umfassen zusätzlich die Abschreibung der Verflüssigungsanlage, die Gasreinigung, die Logistik und die Verluste.

Wann sich die Verflüssigung lohnt

Meist dann, wenn die Wertschöpfungskette einen Abnehmer einschließt, der eine Prämie für erneuerbare Kraftstoffe im Verkehr zahlt (bei Vorschriften, die zur Emissionsminderung verpflichten), und wenn das Volumen stabil ist. Ohne diese Elemente ist ins Netz eingespeistes Biomethan in der Regel einfacher und günstiger. Die Verflüssigung kann auch dann gerechtfertigt sein, wenn der Netzanschluss nicht möglich oder verzögert ist und sich in der Nähe eine LNG-Tankstelle oder ein Industrieabnehmer befindet.

Risiken

• Abhängigkeit von einem einzigen Abnehmer oder von Vorschriften,
• Stromkosten und Betriebsstabilität der Verflüssigungsanlage,
• Sicherheit und Schulung des Personals,
• Verfügbarkeit von LNG-Flotten und Tankstellen,
• Preisschwankungen konkurrierender Kraftstoffe.

Sicherheit und Vorschriften

bioLNG ist eine kryogene Flüssigkeit, daher erfordert der Umgang Schutz vor Erfrierungen, Dichtheitskontrollen und geschultes Personal. Die Tanks werden mit Sicherheitsventilen ausgelegt, und das verdampfte Gas (Boil-off) muss irgendwohin gelangen können: zur erneuten Verflüssigung, zur Verdichtung oder ins Netz. Die Anlagen unterliegen den Vorschriften über Druckgeräte, den Brandschutz und explosionsgefährdete Bereiche (ATEX), der Transport kryogener Tankwagen den Vorschriften über die Beförderung gefährlicher Güter (ADR).

Zusammenfassung

bioLNG ist eine Möglichkeit, grünes Gas dorthin zu liefern, wohin keine Gasleitung reicht, und den Schwerlast- und Seeverkehr zu dekarbonisieren. Es erfordert höhere Aufwendungen und Sorgfalt bei der Gasreinigung, eröffnet aber den Zugang zu Märkten, in denen Biomethan aus dem Netz keine ausreichende Lösung ist.