Biogasspeicherung

•       Drucklose Systeme benötigen ein Druckerhöhungsgebläse zum Verbraucher

•       Drucklose und Niederdruckspeicher besitzen ein variables Speichervolumen

•       Hochdruckbehälter besitzen ein festes Volumen und variablen Druck

•       Hochdrucksysteme werden erst bei Großanlagen rentabel

•       Trockengasbehälter haben Nassgasbehälter (getauchte Gasglocken) abgelöst

Biogasanfall nicht immer kontinuierlich (quantitativ & qualitativ)

•       Integrierte Speicher

•       Externe Speicher

•       Biogasspeicher mit gewichtsbelasteter Membran und seil-/teleskopgeführten Belastungsgewichten

•       Biogasspeicher mit Folienkissen (mit Belastungsgewichten)

•       Niederdruck Biogasbehälter mit Doppelmembran (Gegendruckbehälter)

•       Druckloser Biogasbehälter

Transportleitungen von Rohbiogas sind v.a. vom Fermenter zur Speicherung/Aufbereitung durch Kondensat und H2S korrosionsgefährdet

Verbrennung zu Heizzwecken

•       Mindestmethangehalt für Brenner: 50%

•       Biogas darf gemäß 1.BImSchV max. 1.000 ppm Schwefel enthalten

Einspeisung in lokale Gasnetze

•       Abhängig von Material und Länge des Netzes ist Entfeuchtung nötig

Einspeisung in das öffentliche Gasnetz

•       Qualitätsanforderungen aus

−       Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV)

−       Arbeitsblatt DVWG G 260 „Gasbeschaffenheit“

−       Arbeitsblatt DVWG G 262 „Nutzung von Gasen aus reg. Energiequellen…“

•       Besonders zu beachten: korrosives CO2

•       im feuchten Gas (Trocknung) und H2

−       CO2 ≤ 6 Vol.-%

−       H2 ≤ 5 Vol.-%

Antrieb stationärer Motoren

•       Biogastemperatur: ≤ 40 °C

•       Hu 4,5 – 7,0 kWh/m³

•       Relative Feuchte ≤ 80 %

•       Weitere Begrenzungen für H2S, NH3, Halogene, Silizium

Antrieb von Turbinen und insb. Mikrogasturbinen

•       Biogastemperatur ≤ 50 °C

•       Hu 3,8 – 8,3 kWh/m³ ± 10%

•       Wassergehalt ≤ 5 % (Kondensat vor Turbineneintritt abscheiden)

•       CO2-Gehalt ≤ 50 %

•       Weitere Begrenzungen für Staub, Siloxane und Ölgehalt

Einsatz in mobilen Motoren

•       Diverse Anforderungen aus der 10. BImSchV bzw. DIN-Norm 51624

Brennstoffzellen besitzen verschiedenste Anforderungen je nach Typ

Verbrennung zu Heizzwecken, Einspeisung ins lokale Gasnetz, Einspeisung ins öffentliche Gasnetz, Antrieb stationärer Motoren, Antrieb von Turbinen, Einsatz in mobilen Motoren, Brennstoffzellen

•       Biogas nach Bildung im Fermenter 100% wassergesättigt und verschmutzt

•       Kondensation bei Abkühlung in Leitungen

•       Kondensation führt v.a. in Verbindung mit H2S zu Korrosion

Aggregate: Kondensationstrocknung, technische Abscheider (Gasfilter, Zyklonabscheider); Trocknung/Adsorption kostenintensiv, daher nur wenn explizit gefordert

Biolog. Entschwefelung im Fermenter, externe biologische Entschwefelung, Biowäscher, Sulfidfällung, interne chem. Entschwefelung, Aktivkohle

•       Durch biologische Oxidation (Oxidation durch aerobe Schwefelbakterien im wässrigen Milieu zu S bzw. SO4 2-; Technische Umsetzung mit Rohgas- und Luftzugabe intern im Fermenter oder extern im Festbettreaktor / Tropfkörper)

•       Durch Biofilter

•       Prävention durch sulfidische Fe-Fällung bei Faulung

•       Raseneisenerz zur groben H2S-Elimination aus Biogas

•       Adsorptive Entschwefelung mit imprägnierter Aktivkohle

•       Adsorptive Nassentschwefelung (phy. Nassverfahren, Neutralisationsverfahren, Oxidationsverfahren)

•       Wäsche mit Natronlauge (Für hochkonzentrierte H2S-Gasströme, die zu Natriumsulfid und –sulfat reagieren)

Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz, Vor der Reformierung von CH4 zu H2 zum Einsatz in Brennstoffzelle

Verbreitetes Aufbereitungsverfahren: Druckwechseladsorption

•       Biogas unter Druck durch AK oder Molekularsiebe mit Zeolithen gepresst → CO2 adsorbiert − Daneben adsorbieren H2O, H2S, N2 , O2 sowie höhere KWS und Si-Verbindungen.

•       H2O und H2S vorher entfernen!

•       Aufreinigung > 96 Vol.-%

•       CH4 − Regeneration durch Entspannung

•       am meisten verwendetes Verfahren in Europa (50 %)

•       CO2 und andere Gasbestandteile werden aus komprimiertem Biogas (7-10 bar) reversibel in Waschwasser absorbiert

•       Aufreinigung ≥ 97 Vol.-% CH4

•       Physikalische Bindung (Absorption) von CO2 , H2S und H2O in Genosorb-Waschlösung unter Druck (6 – 10 bar)

•       Prinzipiell ähnlich zu DWW

•       Regeneration des Waschmittels bei Entspannung und 50°C

•       Bedeutend bei Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz

•       Entfernung gemäß DVWG-Regelwerk und transnationalen Vereinbarungen

Aufbereitungsverfahren

•       Katalytische Entfernung an Palladium-Platin-Katalysatoren

•       Chemisorption an Kupferkontakten

•       Siloxane sind synthetische organische Siliziumverbindungen, v.a. in Klär- und Deponiegasen, die Gasmotoren schädigen

Verfahrenvarianten: Taupunktkühlung, Tiefkühlung, Aktivkohle, Wäsche

•       Halogenwasserstoffe = Kohlenwasserstoffe, bei denen ein Wasserstoffatom durch ein Halogen (Chlor, Fluor, Brom, Iod) ersetzt ist

Verfahren zur Entfernung

•       Adsorptionsverfahren (vgl. CO2-Abtrennung)

•       Absorption (Ölwäsche) mit höheren aliphatischen Kohlenwasserstoffen

1. Schritt der Anpassung von Biomethan an das Erdgas im Netz

Odorierung = Versetzen des geruchslosen Biomethans mit Geruchsstoff

…aus Sicherheitsgründen zur Warnung / Wahrnehmung bei Leckagen

Einzuspeisendes Biomethan muss gleiche Brenneigenschaften wie anliegendes Erdgas besitzen

Maß für die Brenneigenschaften:

•       Relative Dichte

•       Wobbe-Index (Dichtebezogener Heizwert)

Einstellung durch Zugabe von

•       Luft bei zu hohem Brennwert des Biogases

•       Flüssiggas (Propan-Butan-Gemisch) bei zu niedrigem Brennwert des Biogases

Zur Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz ist Druck leicht über Netzdruck erforderlich

Um diesen in Brennstoffzellen zu verwenden

•       Dezentrale Strom- und Wärmeproduktion

•       Einspeisung in das Gasnetz

•       Einsatz als Kraftstoff

•       Abgabe des Biogases an Dritte

•       Gasbetriebene Heizkessel zur Warmwasser- und Dampferzeugung

•       Standard sind Zweistoffbrenner (Biogas + andere Gase oder Öl)

•       Wirkungsgrad der Gaskessel: 90 % (thermisch)

•       Wärmenutzung zur Erwärmung des Fermenters und Abgabe an Dritte

Erzeugung von Strom + Wärme

Gesamtwirkungsgrad: 90 %

+ guter Wirkungsgrad, nahezu emissionsfrei

- hohe Investitionskosten, Entwicklungsbedarf

•       Nachverstromung von BHKW-Abwärmeanteil mittels ORC-Technologie (Organic Rankine Cycle)

•       Thermodynamischer Kreisprozess, bei dem niedrig siedendes, organisches Arbeitsmedium (z.B. Silikonöl) durch BHKW-Abwärme verdampft und eine Turbine antreibt, die über einen gekoppelten Generator Strom erzeugt

Gas-Otto-Motoren, Zündstrahlmotoren, Stirling-Motoren

Alternativ: Mikrogasturbinen (+kostengünstigere Abwärme, einfach; -geringerer Wirkungsgrad, höhere Investitionskosten

•       Umwandlung von BHKW-Wärme in Kälte mittels Sorptionsverfahren

•       Kälte zur Kühlung von z.B. Ställen oder Kühlhäusern

à Verbessert die Abwärmenutzung in den Sommermonaten

20 – 40 % der erzeugten Wärme für Fermenterheizung notwendig

•       transportieren Rohbiogas in eigenem, kleinen Netz zu einem oder mehreren entfernten Satelliten-BHKW/s, die nah an Wärmeverbrauchern stehen

•       Sinnvoll, wenn am Biogasentstehungsort keine ausreichend effiziente Nutzung des Biogases über Kraft-Wärme-Kopplung vorhanden ist