Die Zahl der Hersteller von Biogasaufbereitungen mit Membrantechnik steigt rasch. Der Charme des Verfahrens: wenig bewegte Teile und kleine Anlagengrößen.
Poröse Leitungen, aus denen Gas strömt, sind gemeinhin eher unerwünscht. Bei dem Membranverfahren zur Aufbereitung von Biogas zu Biomethan hingegen ist das sogar erwünscht. Auf diese Weise lassen sich die großen Methanmoleküle von den kleineren CO2-Bestandteilen trennen – die wichtigste Aufgabe der Gasaufbereitung.
Wie bei anderen Verfahren auch, muss das Rohbiogas zunächst entschwefelt und getrocknet werden. Anschließend wird es auf 11 bis 16 bar Druck verdichtet. Das verdichtete Gas gelangt anschließend in Zylinder, die etwa 1,20 Meter lang sind und einen Durchmesser von zehn Zentimetern haben. In jedem dieser zylindrischen Membranmodule sind über 1 000 lange Fäden enthalten, die innen hohl sind. Daher spricht man von Hohlfasermembran. Diese dünnen Röhrchen muss das Gas durchströmen.
Fasern halten Methan zurück.
Die Wände dieser Hohlfasern fungieren quasi als Filter. Zur Abtrennung des Methans macht man sich zunutze, dass die Gasbestandteile unterschiedlich groß sind und sich unterschiedlich stark im Membranmaterial lösen: Gase mit höherer Löslichkeit und geringerer Molekulargröße wie Kohlendioxid (CO2) durchdringen die Membran schneller als die größeren, weniger löslichen Methan-Moleküle. Bei dem unter Druck stehenden Gas werden also die kleineren Bestandteile durch die Membran gedrückt, während das Methan innerhalb der Hohlfasern bleibt.Zwar geht CO2 durch die heute verwendeten, hochselektiven Membranen 50mal besser durch als Methan. Dennoch ist nach dem ersten Reinigungsschritt noch rund 7 % Methan im Abgas enthalten. Daher wird das Abgas gesammelt und durch weitere Membranmodule geschickt. „Am Ende erhalten wir ein Biomethan mit einem Methangehalt von bis zu 98,5 Volumenprozent“, berichtet Dr. Karsten Wünsche, Geschäftsführer der MT Biomethan GmbH aus Zeven. MT betreibt am Firmenstandort eine der ersten Pilotanlagen in Deutschland. Ähnliche Erfahrungen gibt es bei Envitec Biogas. Der Hersteller betreibt in Sachsendorf bei Leipzig eine Pilotanlage, die Methangehalte von bis zu 99 % erreichen soll.
Abgas wird verbrannt.
Da auch im Abgas noch geringe Konzentrationen von Methan enthalten sind, muss es laut Gasnetz-Zugangsverordnung „ther- misch nachbehandelt“, also verbrannt werden. Damit erreichen die Anlagen eine optimale Klimabilanz. „Bei der Verbrennung reichen 0,5 % Methan im Abgas aus, damit es auch ohne Stützgas sicher brennt“, erläutert Wünsche.Im Vergleich zu anderen Aufbereitungstechniken hat das Membranverfahren folgende Vorteile:
- Die Aufbereitung lässt sich auf 60 % der Kapazität reduzieren. Das bedeutet: Selbst wenn weniger Biomethan erzeugt werden soll oder aufgrund von Störungen weniger Rohbiogas produziert wird, kann eine Membrananlage noch zuverlässig Biomethan erzeugen.
- Innerhalb von 5 bis 10 Minuten lässt sich die Anlage stoppen oder wieder hochfahren. Das ist gerade für Biogasanlagen interessant, die flexibel Strom bzw. Biomethan produzieren und daher schnell auf Marktveränderungen reagieren müssen.
- Die Anlagen sind relativ einfach zu bedienen.
- Es gibt bis auf den Verdichter keine beweglichen Teile, was den Verschleiß reduziert. Die Membranen haben eine Standzeit von rund sechs Jahren.
Ein weiterer Vorteil: Die Anlagen sind auch im kleinen Leistungsbereich erhältlich. Damit wäre das theoretisch eine Möglichkeit, mit der kleinere Biogasanlagen unter 500 kW elektrischer Leistung wirtschaftlich Biomethan erzeugen könnten. „Pferdefuß bleiben im Moment jedoch die hohen Netzanschlusskosten, die sich mit kleinen Anlagen kaum senken lassen“, merkt Joachim Krassowski vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik an. Weitere Kosten verursacht die Abgasnachbehandlung, auf die nur verzichtet werden kann, wenn das Abgas geringere Methankonzentrationen aufweisen würde.
Die im Verdichter entstehende Wärme lässt sich bei Bedarf auskoppeln. „Sie kann in der Biogasanlage zur Fermenterbeheizung genutzt werden“, nennt Carsten Steentjes, Produktmanager für Biomethan bei Envitec, eine mögliche Option.
Geringer Stromverbrauch.
Der Verdichter ist die Hauptkomponente, die Strom benötigt. Der Verbrauch der Membrantechnik liegt bei rund 0,2 kWh/m3 Rohgas und damit etwas unter dem anderer Verfahren wie die Druckwasserwäsche oder die Druckwechselabsorption. Interessant ist die Technik vor allem für Biogasanlagenbetreiber, die das aufbereitete Biomethan ins Mittel- oder Hochdruck-Gasnetz einspeisen wollen. Denn nach der Aufbereitung hat es immerhin noch einen Druck von 11 bis 15 bar und kann ohne Druckerhöhung eingespeist werden.„Die Membrantechnologie ist eine marktreife und wettbewerbsfähige Alternative, aber keine Technologie, die gegenüber anderen Verfahren schlagend besser wäre. Jede Technologie muss zur Biogasproduktion und der Druckstufe im Gasnetz passen“, fasst Wünsche die Ergebnisse zusammen. Ist die Flächenausstattung begrenzt, so ist die Membrantechnologie im Vorteil. Ist Wärme aus BHKW oder anderen Prozessen vorhanden, ist ein wärmegeführtes Verfahren zu wählen.
