Biogassbehandling

Under biogassbehandlingsmetode som er forstått, blir biogass renset slik at den deretter kan mates til energisk eller materialbruk. Den rå biogassen produseres i biogassanlegg og inneholder en blanding av forskjellige gasser. Også kloakkgass og deponigass må behandles før utvinning.

Mål og varianter

Rørledninger for biogass og naturgass.

Det kan skilles mellom grunnleggende prosessering av rå biogass, som er nødvendig for eksempel for bruk i et biogass kombinert varme- og kraftverk , og den mer komplekse behandlingen av naturgasskvalitet ( biometan eller bionaturgass ). Tabellen ved siden viser sammensetningen av rå biogass etter grunnleggende prosessering og biometan. Andelene av rå biogass kan variere sterkt avhengig av underlag, systemkonsept og andre faktorer. Biometanens natur er tilpasset de tilsvarende naturgasskvaliteter.

Biogass brukes for det meste direkte ved biogassanlegget i en kraftvarmeenhet. For dette formål er avsvovling og tørking nødvendig i løpet av den grunnleggende behandlingen for å unngå korrosjon i kraftvarmen. For å mate biogass inn i naturgassnettet eller bruke den som drivstoff til motorkjøretøyer , er mer omfattende prosessering nødvendig. Også i dette tilfellet finner tørking og avsvovling sted. I tillegg skilles karbondioksid av og behandlet biogass blir kondisjonert til biometan, som deretter har egenskaper som er sammenlignbare med naturgass. Oppgradering av biogass til naturgasskvalitet har fordelen at biometan ledes gjennom naturgassnettet og z. B. kan omdannes til elektrisitet i et kraftvarmeanlegg der den resulterende varmen er nødvendig. For eksempel kan elektrisitet genereres av en kraftvarme ved et svømmebasseng, som har et høyt varmebehov hele året. I tillegg har private gasskunder muligheten til å velge gassforsyningskontrakter som inneholder en viss andel biometan.

Prosedyretrinn

Fullstendig prosessering av rå biogass til biometan består vanligvis av fire prosesstrinn: biogassavsvovling, gasstørking, separering av metan og karbondioksid og kondisjonering før den mates inn i naturgassnettet . Disse trinnene bygger ofte på hverandre, men kan også kombineres i noen tilfeller.

Avsvovling

I tilfelle av lave nivåer av hydrogen- sulfid (H ₂ S) i den rå gassen, som er å forvente ved fermentering av energiavlinger i særdeleshet, sulfid er nedbør vanligvis tilstrekkelig til omtrent å fjerne H ₂ S. Med biogass fra proteinrike substrater eller med kloakkgass, vesentlig høyere H kan oppnås ₂ S-konsentrasjoner oppstår. I slike tilfeller eller med høy gassvolumstrømmer, biogassskiver blir brukt. I noen tilfeller utføres avsvovlingen også parallelt med separasjonen av gassene i den rå biogassen. Dette følges ofte av fin avsvovling, med gassen som ledes gjennom flere aktivt karbonfiltre koblet i serie .

De vanlige metodene for avsvovling av biogass inkluderer

• Rengjøring etter gassproduksjon med avsvovlingsfilter: Her føres gassen gjennom filtermateriale som inneholder jern ( plenjernstein , stålull ). Filtermaterialet må byttes ut når det er mettet eller regenerert ved oppvarming.
• Rengjøring ved å tilsette atmosfærisk oksygen (biologisk avsvovling, avsvovling av gassrommet ): H ₂ S omdannes av bakterier som vokser på overflater i gassrommet med oksygen tilsatt gjæringsrommet for å danne elementært svovel og vann. Svovelet avsettes og kan akkumuleres i systemet. Denne prosessen blir ofte brukt i praksis, og er vanligvis tilstrekkelig til å sikre at den maksimale H ₂ S -konsentrasjoner er anbefalt for chps er ikke overskrides. Imidlertid kan når det senere bearbeides til biometan, nitrogen- og oksygenrester i tilført luft være problematisk. En fordel med metoden er at svovelet hovedsakelig i fordøyelsen dermed øker gjødselverdien. I stedet for å komme inn i gassrommet, kan luft eller et annet oksidasjonsmiddel også tilsettes direkte til reaktorvæsken (Linde patent).
• Kaustisk vask: Biogassen er i en pakning - kolonne i motstrøm vasket med saltoppløsning. Luten må deretter kastes. I tillegg til å redusere svovelinnholdet, reduserer denne metoden også CO ₂ -konsentrasjonen i biogassen. Ved lutvask med biologisk avsvovling (Paques patent) regenereres halvparten av luten i en andre, aerob reaktor. I tillegg til en svovelfri avløpsvannstrøm som reduseres sammenlignet med normal lutvask, produseres et elementært svovelslam.
• Tilsetning av jernioner : Hvis det er høyt proteininnhold i utgangssubstratet, kan H ₂ S-konsentrasjonene overstige 20 000 ppm . Dette overstiger kapasiteten til tilgjengelige filtertyper. Tilsetningen av jernioner hjelper til med å forhindre dannelse av hydrogensulfid i kokeren. Jern har høy affinitet for svovel og kombineres med det for å danne uoppløselig jernsulfid (FeS). Jernsulfidet forblir som et fast stoff i fordøyelsessystemet .
• Irreversibel adsorpsjon på aktivert karbon : Aktivert karbon som filtermedium iodiseres delvis for å øke lastekapasiteten. Denne metode er bare egnet for svært lave H ₂ S-konsentrasjoner, f.eks B. som sluttrengjøring.
• Retur av delvis avsvovlet biogass til reaktorvæsken: Denne prosessen forbedrer utdrivingen av H ₂ S som fremdeles er oppløst i væsken . Siden hydrogensulfid er giftig, og hvis konsentrasjonen er for høy, hemmer den de biologiske prosessene i gjæreren til et biogassanlegg, tjener denne prosessen også for å sikre prosessstabilitet.

Tørking

Under tørkeprosessen fjernes vanndamp fra rågassen. Den må fjernes fra biogassen før den brukes, slik at naturgasskvaliteten opprettholdes. Drivstoffgassen tørkes også før den brukes i biogass kombinerte varme- og kraftverk. På denne måten kan dannelse av vannlommer på grunn av kondens (nedbør) og korrosjon av biogassmotorer og rørsystemer unngås.

Biogass blir avfuktet ved å avkjøle gassen i bakken eller bruke kompressorkjøling . Hvis vanndampen faller under duggpunktstemperaturen , kondenserer vannet. Kondensatet samles opp og slippes ut på de laveste punktene i den mest underjordiske biogassrørledningen (kondensatseparator). Ved kjøling av kjølemaskiner akkumuleres vannet (kondensatet) i kalde registre og kan samles og dreneres der. Siden ammoniakk er lett løselig i vann, kan det fjernes fra gassen under tørking og tømmes ut med kondensatet .

Separasjon av gasser

Følgende prosesser er tilgjengelige for separering av karbondioksid og metan : skrubbing av trykkvann , kryogene prosesser, membranseparasjonsprosesser , men også trykksving adsorpsjon og andre prosesser for separering av karbondioksid ved absorpsjon (slik som aminskrubbing eller Selexol-prosessen ).

Skureløsningen binder karbondioksid, hydrogensulfid og vanndamp fra biogassen under trykk og ved lave temperaturer. Gassene desorberes igjen ved å slappe av og varme opp vaskeløsningen. Biologisk separasjon av svovel ved hjelp av bio- skrubbere eller bio- diesel- sjikt-reaktorer er også mulig. For eksempel fører skrubbing av amin til en veldig høy produktgasskvalitet, men krever bruk av prosessvarme ved høyt temperaturnivå. I de fleste prosesser må rågassen være omtrent frigjort for suspendert materiale, vanndråper og hydrogensulfid.

Trykkgassrensingen skiller metan fra karbondioksid og konsentrerer metan til 95–99 volum% etter behov. Deretter tørkes den ved avkjøling til duggpunktet ved det respektive påføringstrykket.

En annen vanlig prosess for separasjon av karbondioksid med integrert avsvovling og avfukting er biogassforsterkerprosessen. Denne organisk-fysiske prosessen fungerer med en organisk vaskeløsning som regenereres i prosessen. Det er derfor ikke noe prosessvann for avhending. Skureløsningen binder karbondioksid, hydrogensulfid og vanndamp fra biogassen under trykk og ved lave temperaturer. Gassene desorberes igjen ved å slappe av og varme opp vaskeløsningen.

Konditionering

Under kondisjonering blir den bearbeidede biogassen justert til kvalitetsparametrene for naturgass når det gjelder tørrhet, trykk og brennverdi Wobbe-indeks før den mates inn i gassnettet . Kvaliteten og arten av metanet som skal tilføres, er regulert av den tyske foreningen for gass og vann (DVGW). Siden det finnes gassnett i Tyskland for naturgass av forskjellige kvaliteter (H-gass og L-gass), kan kvalitetskravene til biometan være forskjellige. Konditionering inkluderer også luktdannelse .

Spredning og økonomi

Biogass og biometan som ledd i sektorkoblingen.

På grunn av de nødvendige investeringene anses biogassprosessering for øyeblikket økonomisk levedyktig fra en kapasitet på rundt 250 til 500 m ³ biometan per time. Dette tilsvarer en systemkapasitet på rundt 1 til 2 megawatt elektrisk utgang (MW _el ) med direkte produksjon av biogass i kraftvarmen. Spesielt er biogassanlegg, som ikke kan spre spillvarmen fra å konvertere biogass til elektrisitet på stedet, egnet for gassbehandling og innmating. Grunnleggende godtgjørelse i henhold til lov om fornybare energikilder (EEG) betales også for strøm fra biometan . I tillegg tildelte loven en teknologibonus for gassinnføring ( vedlegg 1 EEG 2009) og en kombinert varme- og kraftbonus (kraftvarmebonus, vedlegg 3 EEG 2009). Sammen med inntektene fra et mer fullstendig salg av varme blir den komplekse gassbehandlingen økonomisk. I Tyskland var det rundt 33 anlegg for produksjon av biometan med kapasiteter mellom 148 m ³ og 5000 m ³ per time.

Det erklærte målet for den føderale regjeringen er at innen 2020 skal det produseres rundt 6 milliarder m ³ biometan i Tyskland per år. Dette tilsvarer kapasiteten til rundt 1200 til 1800 biometananlegg.

Siden januar 2005 har ARA-regionen Luzern vært det første kloakkrenseanlegget i Sveits som matet kloakkgass, behandlet i henhold til naturgassparametere, til naturgassnettet som biodrivstoff . I Sveits bygges flere store biogassbehandlingsanlegg i Bern-regionen. En prototype fra det tyske biomasseforskningssenteret (DBFZ) for storproduksjon av syntetisk biogass fra flis er i drift i Østerrike . Også i Sverige utføres bearbeiding og fôring allerede.

Se også

• Alternative drivstoff

Individuelle bevis

1. ↑ DVGW
2. ↑ VDI 3896: 2014-06 (utkast) reduksjonsutslipp; Oppgradere biogass til naturgasskvalitet. Beuth Verlag, Berlin, s.15.
3. ↑ DVGW, 2008: DVGW-regneark G 260: Gasskvalitet
4. ↑ "Biogassbruk i landlige områder - Bidraget til ulike anleggskonsepter til regional verdiskaping og deres miljøytelse, studie av instituttet for internasjonal og europeisk miljøpolitikk", 42 sider ( pdf  ( side er ikke lenger tilgjengelig , søk i nettarkiver )  Info: Lenken ble automatisk opprettet som markert som defekt. Sjekk lenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. ).@1@ 2Mal: Toter Link / www.sachsen-anhalt.de  
5. ↑ Verdens første storskala produksjon av biometan fra flis

litteratur

• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe eV (red.), 2007: Mating av biogass i naturgassnettet. Studie, 3. utgave, 199 sider. ( pdf )
• Institute for Solar Energy Supply Technology Association ved University of Kassel e. V. (red.), 2008: Biogassbehandling for biometan. 6. Hanauer Dialog, saksbehandling. ( pdf )
• Fraunhofer UMSICHT markedsundersøkelse om biogassbehandling og innmating (pdf; 1,96 MB)
• P. Hunziker et al. (2005): Mating av biogass til naturgassnettet. Banebrytende rolle i ARA Lucerne-regionen. GWA 4/2005: 1-8.
• M. Faulstich et al. (2006): Energetic Use of Biomass: Potentials - Developments - Chances. Waste Days Baden-Württemberg, Stuttgart, 26. og 27. september 2006
• A. Lühring / U. Walter (2007) Sentral strømproduksjon fra biogass etter passering gjennom et eget gassnettverk (PDF-fil; 1,23 MB)
• dena - Deutsche Energie-Agentur GmbH (red.), (Berlin 6/2009): Biogasspartnere - mate sammen. Tilførsel av biogass i Tyskland - marked, teknologi, aktører
• Tysk forening for vannforvaltning, avløp og avfall (DWA): Folder 361 "Preparation of Biogas", (oktober 2011), ISBN 978-3-942964-06-7

weblenker

• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe eV (FNR) , gratis materiale / litteratur om biogass
• Informasjon og studier av Fraunhofer UMSICHT
• Biogas feed-in : teknisk, juridisk og økonomisk informasjon
• Dena informasjonsplattform
• Byrå for fornybar energi
• Fachverband Biogas eV
• Tysk forening for gass og vann