BiomethanAnalyse
Energieverbrauch bei der Biogasaufbereitung: Bilanz in kWh je m³ und Anteil an der Gasenergie
Wie viel Energie verbraucht die Biogasaufbereitung? Wir rechnen kWh je m³ in den Anteil an der Energie des erzeugten Biomethans um und zeigen, wie Verdichtung auf Netzdruck und Vorreinigung hinzuzurechnen sind.
Die Biogasaufbereitung verbraucht bei Drucktechnologien (Membranen, PSA, Wasserwäsche) in der Regel in der Größenordnung von 0,2–0,35 kWh elektrische Energie je m³ Rohbiogas, und die Aminwäsche benötigt zusätzlich Wärme in der Größenordnung von 0,5–0,8 kWh/m³. Da 1 m³ Biogas mit 55% CH₄ ca. 5,5 kWh Energie enthält, macht der Stromverbrauch einige Prozent der Gasenergie aus und die Wärme bei der Aminwäsche – über zehn Prozent. Die Werte sind Richtwerte; jeder Lieferant gibt eigene Garantien an.
Zwei Arten der Berechnung
Energieverbrauchskennzahlen lassen sich beziehen auf:
- m³ Rohbiogas – so geben es die Technologieanbieter meist an;
- m³ Biomethan – Umrechnung: Wir teilen den Verbrauch durch den Anteil des erzeugten Biomethans am Biogasstrom (ca. 0,5–0,55 m³ Biomethan aus 1 m³ Biogas bei 55% CH₄, da Biomethan ca. 98% CH₄ enthält).
Beispiel: 0,25 kWh/m³ Biogas entsprechen ca. 0,46 kWh/m³ Biomethan, also etwa 4,6% der im Biomethan enthaltenen Energie (ca. 10 kWh/m³). Deshalb ist die Bewertung „Verbrauch 0,25 kWh/m³“ ohne Angabe der Bezugsgröße mitunter irreführend.
Bestandteile der Energiebilanz
- Vorreinigung – Entschwefelung, Trocknung, Filter; in Angeboten häufig weggelassen, verbraucht aber elektrische Energie (Kühler, Gebläse) und gegebenenfalls Wärme (Regeneration der Kohle).
- CO₂-Abtrennung – Verdichter, Pumpen, Vakuum, Regenerationswärme.
- Verdichtung des Biomethans – für ein Mitteldrucknetz sind in der Regel einige bis über zehn bar erforderlich; das erfordert einen zusätzlichen Verdichter, wenn das Aufbereitungssystem das Gas mit niedrigem Druck abgibt (Aminwäsche).
- Off-Gas-Oxidator – Stützbrennstoff oder elektrische Energie.
- Hilfsanlagen – Kühlung, Raumheizung, Automatisierung, Beleuchtung, Einspeisestation.
Beispiel: Bilanz für 1000 m³/h Biogas
Annahmen: Biogas mit 55% CH₄, Energie 5,5 kWh/m³ (5500 kW), 8000 h/Jahr, Schlupf 0,5%.
| Position | Membranvariante | Variante mit Aminwäsche |
|---|---|---|
| Elektrische Energie der Trennung | 0,25 kWh/m³ → 250 kW | 0,08 kWh/m³ → 80 kW |
| Regenerationswärme | keine | 0,6 kWh/m³ → 600 kW |
| Verdichtung auf Netzdruck (zusätzlich) | im System enthalten | ca. 0,05 kWh/m³ → 50 kW |
| Übrige (Vorreinigung, Hilfsanlagen) | ca. 0,05 kWh/m³ → 50 kW | ca. 0,05 kWh/m³ → 50 kW |
| Elektrische Energie insgesamt | ca. 300 kW | ca. 180 kW |
| Anteil der elektrischen Energie an der Biogasenergie | ca. 5,5% | ca. 3,3% |
| Anteil der Wärme | 0 | ca. 11% |
Die Zahlen in der Tabelle sind für die Übung angenommen und keine Messergebnisse. Sie zeigen jedoch den Sinn des Vergleichs: Die Variante mit Aminen verbraucht weniger Strom, benötigt aber Wärme, deren Kosten und Emissionen zu bewerten sind.
Energiekosten
Bei einem angenommenen Strompreis von 600 PLN/MWh verbraucht die Membranvariante 300 kW × 8000 h = 2400 MWh, was ca. 1,44 Mio. PLN pro Jahr kostet. Aminvariante: 180 kW × 8000 = 1440 MWh Strom, also ca. 0,86 Mio. PLN, plus Wärme 600 kW × 8000 = 4800 MWh. Kostet die Wärme 40 PLN/MWh (Abwärme), betragen die zusätzlichen Kosten ca. 0,19 Mio. PLN; bei 250 PLN/MWh (aus dem Gaskessel) – 1,2 Mio. PLN, also mehr als die Stromersparnis. Das Ergebnis hängt offensichtlich von den Medienpreisen ab, die in jedem Projekt lokal anzusetzen sind.
Einfluss auf die Emissionen
Der Verbrauch von Strom und Wärme erhöht den CO₂-Fußabdruck des Biomethans, wenn die Energie aus einem Netz mit hohem Anteil fossiler Brennstoffe stammt. In der RED-Methodik gehen die Emissionen aus dem Verbrauch elektrischer Energie im Aufbereitungsprozess in die Bilanz ein. Die Versorgung aus eigenen erneuerbaren Quellen (z. B. Photovoltaik, Kraft-Wärme-Kopplung mit Biogas) senkt diesen Anteil.
Was zu messen ist
- Stromverbrauch der gesamten Anlage (eigener Zähler), nicht nur des Trennmoduls.
- Verbrauch von Wärme und Hilfsbrennstoffen.
- Durchfluss von Biogas und Biomethan sowie Zusammensetzung (Chromatograph oder Analysator).
- Kennzahl: kWh Hilfsenergie / MWh Biomethanenergie.
Wie sich der Energieverbrauch senken lässt
Die einfachsten Maßnahmen sind die Wärmerückgewinnung aus der Verdichtung (zur Beheizung der Fermenter oder zur Regeneration), drehzahlgeregelte Antriebe an Verdichtern und Pumpen, die die Leistungsaufnahme besser an den Durchfluss anpassen, sowie die Vermeidung übermäßiger Rezirkulation. Wichtig ist auch die Versorgung der Anlage mit Energie aus eigenen erneuerbaren Quellen. Es lohnt sich, die Kennzahl des Energieverbrauchs je m³ Biomethan im Zeitverlauf zu überwachen: Ihr Anstieg ist mitunter das erste Signal für die Abnutzung von Membranen oder Sorbens, noch bevor sich die Qualitätsparameter des Gases verschlechtern.
Zusammenfassung
Der Energiebedarf entscheidet für sich allein nicht über die Technologiewahl, ist aber einer von drei Pfeilern neben Methanverlusten und CAPEX. Verlangen Sie beim Vergleich von Angeboten einheitliche Bilanzgrenzen und den Bezug auf eine einzige Einheit, am besten m³ Biomethan oder MWh verkaufter Energie.
Quellen
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