Methanschlupf bei der Biogasaufbereitung: Wie viel wir verlieren und was das kostet

Der Methanschlupf ist der Teil des im Rohbiogas enthaltenen Methans, der im Aufbereitungsprozess nicht in das Biomethan gelangt, sondern mit dem Off-Gas entweicht, also dem CO₂-reichen Abfallstrom. Er wird in Prozent des Einsatzes ausgedrückt. Er ist zugleich ein Erlösverlust (man verkauft weniger Gas) und eine Treibhausgasemission: Methan ist über einen Zeithorizont von 100 Jahren ein mehrere Dutzend Mal stärkeres Treibhausgas als CO₂. Für eine Biomethananlage gehört diese Kennzahl zu den wichtigsten technischen und ökologischen Parametern.

Woher der Schlupf kommt

Bei jeder Trenntechnologie gelangt ein Teil des Methans in den CO₂-Strom:

• bei Membranen permeiert Methan langsam, aber nicht null; je höher die Reinheit des Produkts und je höher die Ausbeute, desto größer sind die erforderliche Fläche und die Rezirkulation;
• bei PSA wird Methan in geringem Maß adsorbiert und verbleibt in der Kolonne oder im Spülgas;
• bei der Wasserwäsche löst sich Methan in Wasser (schwach, aber es ist ein Bruchteil eines Prozents) und gelangt bei der Strippung ins Off-Gas;
• bei der Aminwäsche löst sich Methan physikalisch in Spuren;
• bei der Kryotechnik hängen die Verluste vom Wirkungsgrad der Trennung ab.

Neben dem Schlupf gibt es auch Verluste, die nicht aus der Trennung selbst herrühren und zu den gesamten Methanverlusten der Anlage hinzugerechnet werden müssen: Undichtigkeiten der Armaturen, Entlüftung beim An- und Abfahren sowie die Notverbrennung von Biogas in der Fackel.

Typische Werte

Die folgende Tabelle zeigt Größenordnungen, wie sie in der Literatur und in Lieferantenangeboten vorkommen (moderne Systeme, stationärer Betrieb). Die tatsächlichen Werte müssen in der Garantie und durch Messungen bestätigt werden.

Berechnungsbeispiel

Annahmen: Anlage mit 500 m³/h Biogas mit 55% CH₄ (275 m³/h Methan), 8000 Betriebsstunden pro Jahr, Schlupf 1%. Jährliche Methanproduktion im Biogas: 2,2 Mio. m³. Verlust: 22.000 m³ CH₄. Bei einer Methandichte von ca. 0,717 kg/m³ sind das ca. 15,8 t CH₄. Bei GWP₁₀₀ = 28 (Wert aus dem fünften IPCC-Bericht) ergibt das ca. 442 t CO₂e pro Jahr. Energetisch entspricht der Verlust ca. 220 MWh (bei ca. 10 kWh/m³), was bei einem angenommenen Gaspreis von 200 PLN/MWh ca. 44.000 PLN pro Jahr ausmacht.

Zum Vergleich: Ein Schlupf von 0,1% würde 44 t CO₂e und 4.400 PLN bedeuten. Der Unterschied von ca. 400 t CO₂e pro Jahr entspricht den Emissionen von einigen hundert Pkw, die ein Jahr lang fahren – deshalb sind die Verluste nicht nur finanziell relevant, sondern auch in der Emissionsbilanz des Biomethans.

Wie sich der Schlupf begrenzen lässt

1. Technologiewahl entsprechend den Emissionsanforderungen (z. B. Amine oder mehrstufige Systeme).
2. Nachverbrennung des Off-Gases in einem thermischen oder katalytischen Oxidator; Methan wird in CO₂ umgewandelt, was den Treibhauseffekt verringert. Bei niedriger CH₄-Konzentration ist Stützbrennstoff oder Wärmerückgewinnung erforderlich.
3. Rezirkulation von Gas aus dem Flash, von Permeat oder Spülgas.
4. Betrieb: Vermeidung des Betriebs außerhalb des Auslegungsbereichs, Dichtheit der Armaturen, Leckagekontrolle.
5. Monitoring: Messung der CH₄-Konzentration im Off-Gas und Massenbilanz der Anlage.

Schlupf in der Emissionsbilanz des Biomethans

In der RED-Methodik werden die Methanemissionen aus der Aufbereitung in die Treibhausgasbilanz des Biomethans einbezogen (als Prozessemissionen). Bei Standardberechnungen werden Annahmen zur Höhe der Verluste getroffen, und ein tatsächlich niedriger Schlupf kann das Ergebnis in den tatsächlichen Berechnungen verbessern. Darin besteht der Zusammenhang zwischen Technologie und dem Wert des zertifizierten Gases: Ein niedriger Methanverlust verbessert den CO₂-Fußabdruck und den Handelswert des Biomethans.

Vertragliche Regelungen

Halten Sie im Vertrag mit dem Technologieanbieter fest: den garantierten Schlupf (%), die Messbedingungen (Last, Zusammensetzung, Methode), die Vertragsstrafe bei Überschreitung und die Pflicht zur Nachbesserung. Zu berücksichtigen sind auch periodische Messungen nach dem Anfahren und im Betrieb, da der Schlupf in der Regel mit der Alterung der Membranen oder des Sorbens zunimmt.

Unterschied zwischen Schlupf und tatsächlicher Emission

Der Schlupf beschreibt, was den Separator im Off-Gas verlässt, aber nicht immer gelangt dasselbe in die Atmosphäre. Wird das Off-Gas einem thermischen Oxidator zugeführt, sinkt die Methanemission um den Wirkungsgrad der Nachverbrennung (in der Regel über 99% bei ordnungsgemäßem Betrieb), und es entsteht zusätzliches biogenes CO₂. Umgekehrt sind zur Emission Leckagen hinzuzurechnen, die nicht mit der Trennung zusammenhängen. Deshalb unterscheidet man in Treibhausgasbilanzen zwei Kennzahlen: den technologischen Schlupf (Eigenschaft des Geräts) und die gesamten Methanverluste der Anlage (Summe aus Schlupf, Leckagen, Anfahrvorgängen und Störungen nach Berücksichtigung der Nachverbrennung). Die zweite Kennzahl ist für das Klima wichtiger und sollte Gegenstand von Kontrollmessungen sein.

Zusammenfassung

Der Methanschlupf ist eine Kennzahl, die Wirtschaft und Klima verbindet. Kleine prozentuale Unterschiede schlagen sich in Hunderten Tonnen CO₂e und Zehntausenden PLN pro Jahr nieder, daher lohnt es sich, ihn in jeder Phase der Lebensdauer der Anlage zu messen, zu garantieren und zu begrenzen.