Biogasentstehung
Die Entstehung von Biogas verläuft in einem Prozess, der mehrere Stufen beinhaltet. Das Grundprinzip ist dabei recht einfach: so genannte anaerobe Mikroorganismen bewirken unter Entziehung von Sauerstoff einen Fäulnis- und Vergärungsprozess, in dessen Verlauf die Ausgangssubstanz zu großen Teilen in das Biogas Methan umgewandelt wird. Zurück bleiben lediglich Gärreste, bestehend aus den nicht organischen Anteilen der Ausgangssubstanz sowie Wasser und einem kleinen Rest nicht abgebauter organischer Substanz. Dabei handelt es sich meist um sehr holz- oder zellulosereiche Teile.
Wie bereits erwähnt, durchläuft der Prozess der Biogasentstehung mehrere Stufen. Dabei ändern die Ausgangsstoffe (auch als Biomasse bezeichnet) von Stufe zu Stufe ihre molekulare Struktur. Die ehemals hochmolekulare Substanz wird im Verlauf der Vergärung immer niedermolekularer. Dies kann allerdings nur bei einer wasserreichen Ausgangssubstanz funktionieren, da ohne ausreichende Feuchtigkeit kein Vergärungsprozess einsetzt. Es besteht jedoch die Möglichkeit bei wenig wassereichen Ausgangsstoffen gezielt Wasser zuzusetzen und damit den Vergärungsprozess zu ermöglichen.
Im Prinzip kann also jede organische Substanz durch Vergärung zu Biogas umgewandelt werden, auch weil sich die für die Vergärung notwendigen Bakterienkolonien jedem Ausgangsmaterial anpassen können. In der Praxis macht die Verwendung mancher Ausgangsmaterialien aber wenig Sinn, weil der Umwandlungsprozess dabei einfach zu lange dauern und das Verfahren damit unrentabel machen würde.
Unterschieden werden muss grundsätzlich zwischen der natürlichen Entstehung und der technischen Erzeugung von Biogas. Zur Klarstellung: Auch bei der technischen Erzeugung von Biogas läuft der natürliche Entstehungsprozess ab, allerdings wird das Gas hier ganz gezielt hergestellt, um es später kontrolliert zu verbrennen und dadurch Energie zu erzeugen. Durch die kontrollierte Verbrennung wird kein Kohlendioxid erzeugt, daher handelt es sich um ein umweltschonendes Verfahren zur Energiegewinnung. Ganz anders bei der natürlichen Entstehung von Biogas. Da dieses unkontrolliert in die Atmosphäre abgegeben wird, trägt es unmittelbar zum gefürchteten Treibhauseffekt bei und belastet daher unsere Umwelt. Aus diesem Grund ist es angeraten, die natürliche Produktion von Biogas unter Kontrolle zu behalten bzw. nach Möglichkeit weiter einzudämmen, um zukünftigen Umweltschäden vorzubeugen. Die technische Erzeugung von Biogas kann und sollte dagegen weiter gefördert werden.
Die bei der Erzeugung von Biogas verbleibende Restmasse bildet einen biologisch wertvollen Dünger, der entsprechend weiterverwendet werden kann. Im Vergleich zur Ausgangssubstanz weist dieser Dünger sogar zahlreiche Vorteile auf, zum Beispiel die Verbesserung der Dungeigenschaften durch den reduzierten Kohlenstoffgehalt oder das automatische Abtöten von Unkrautkeimen während der Vergärung. Dadurch bilden sich beim späteren Einsatz auf den Feldern weniger unerwünschte Schädlingspflanzen, wodurch sich der Einsatz von Unkrautvernichtungsmitteln bzw. Pestiziden wirkungsvoll verringern lässt. Auch der Geruch des Düngers wird durch den Fermentationsprozess reduziert, da eine ganze Reihe von geruchbildenden Keimarten während der Biogasproduktion abgetötet werden.
Nutzt der Mensch also die Vorteile im Zusammenhang mit der Entstehung von Biogas für sich aus und setzt diesen Prozess kontrolliert und sinnvoll ein, können damit wertvolle fossile Brennstoffe eingespart werden. Durch die weiterführenden Möglichkeiten der sauberen Energiegewinnung und Entlastung der Umwelt, z.B. durch bessere Düngemittel, kann die Umwelt effektiv entlastet werden.
Anaerober Prozess
Das Wort "anaerob" stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet ohne Luft. Folglich ist ein anaerober Prozess grundsätzlich nichts anderes als ein Verfahren, das unter dem Ausschluss von Luft bzw. Sauerstoff stattfindet. Für die Herstellung von Biogas ist der anaerobe Prozess insofern von großer Bedeutung, als dass hier besonders sauerstoffempfindliche (anaerobe) Mikroorganismen zum Einsatz kommen. Der ganze Prozess würde also nicht funktionieren, da sich die entsprechenden Bakterien unter Einwirkung von Sauerstoff nicht vermehren würden und somit die Ausgangssubstanz nicht umwandeln könnten.
Grund dafür ist der Stoffwechsel der Mikroorganismen, der nicht für die Verarbeitung von Sauerstoff vorgesehen ist und die Bakterien bei der Berührung mit diesem – für andere Organismen lebenswichtigen – Stoff abtötet. An diesem anaeroben Prozess sind bei der Herstellung von Biogas verschiedene Arten von Mikroorganismen beteiligt, die jedoch alle einen anaeroben Charakter aufweisen. Wie die genaue Zusammensatzung dieser Organismen aussieht, hängt von mehreren Faktoren ab, z.B. der Zusammensetzung der verwendeten Ausgangsubstanz (Biomasse), der Lagerungstemperatur, dem PH-Wert usw.
Der bekannteste Prozess anaerober Natur ist die Gärung. Allerdings sind nicht alle Organismen, die eine Gärung bewirken, strikt anaerob. So zählen zum Beispiel die bei der alkoholischen Gärung zum Einsatz kommenden Hefebakterien nicht zu den anaeroben Organismen, ebenso verhält es sich bei der Milchsäuregärung, bei der spezielle Milchsäurebakterien zum Einsatz kommen. Bei der technischen Herstellung von Biogas findet der anaerobe Prozess im so genannten Fermenter statt. Oft bezeichnet man diesen auch als Gärbehälter oder Gärtank. Hier muss das Ausgangsmaterial über mehrere Tage gelagert werden, damit sich die Mikroorganismen in ausreichender Zahl vermehren und schließlich Methan bilden können. In der Natur läuft der anaerobe Prozess z.B. im Darm von wiederkäuenden Tieren wie Kühen ab. Auch hier bildet sich Methan, wenn bestimmte Mikroorganismen unter Ausschluss von Sauerstoff die Nahrung des Tieres im Dickdarm zersetzen und gären lassen. Weiterhin bildet sich natürliches Biogas durch anaerobe Prozesse in Mooren, Sümpfen, Jauchegruben oder auf Mülldeponien.
Hydrolyse
Die Hydrolyse stellt die erste Stufe der Biogaserzeugung dar. Das Wort Hydrolyse entstammt der altgriechischen Sprache und bedeutet übersetzt sinngemäß "Auflösung durch Wasser". Grundsätzlich ist damit die Aufspaltung einer chemischen Verbindung durch das Hinzufügen von Wasser gemeint. Dadurch können die Moleküle biologischer Stoffe wie Eiweiße, Fette oder Saccharide in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt werden. So werden zum Beispiel Fette in langkettige Fettsäuren, Kohlenhydrate in Zucker und Proteine in einzelne Aminosäuren umgewandelt. Diese Umwandlungen müssen vollständig abgeschlossen sein, bevor die in der Biomasse enthaltenen Bakterien dazu in der Lage sind, die Substrate aufzunehmen und sie durch ihren Stoffwechsel in Methan und einen kleinen Teil Rest-Biomasse umzuwandeln. Die Hydrolyse ist also absolute Voraussetzung dafür, um überhaupt Biogas erzeugen zu können, da die hochmolekularen Substanzen zunächst in niedermolekulare umgewandelt werden müssen.
In der Biogaserzeugung vollzieht sich die Hydrolyse, indem das Ausgangsmaterial durch Bakterienstämme in seiner molekularen Struktur aufgespaltet wird und sich anschließend an diesen Spaltstellen Wassermoleküle anlagern, so dass die Ausgangssubstanz in immer kleinere Teile zerfällt. Wie schnell und effektiv dieser Prozess vonstatten geht, hängt dabei von der Zusammensetzung der Ausgangssubstanz sowie weiteren Faktoren wie Temperatur usw. ab. So können beispielsweise stark stärkehaltige Substanzen wesentlich leichter gespalten werden als Ausgangsstoffe, die zu großen Teilen aus Lignin und/oder Cellulose bestehen (z.B. Holz, Stroh etc.). Damit die Hydrolyse bei der technischen Erzeugung von Biogas stattfinden kann, wird das Ausgangssubstrat zunächst über mehrere Tage in einem speziellen Gärbehälter, dem so genannten Fermenter, gelagert. Damit die Biomasse im Fermenter möglichst homogen bleibt und sich keine Schwimm- oder Sinkschichten bilden, wird sie durch ein spezielles Rührwerk ständig in Bewegung gehalten. Weiterhin verfügt der Fermenter über ein eigenes Heizsystem, mit dem die Temperatur im Inneren konstant bei etwa 35-40 Grad Celsius gehalten werden kann. Die Heizung funktioniert dabei beim Großteil der Anlagen über einen Wassermantel, der den Gärbehälter umschließt. In diesem Wassermantel ist ein elektrisches Heizelement eingebaut, mit dem das Wasser stufenlos erhitzt werden kann.
Um den Hydrolyse-Prozess zu beschleunigen und den PH-Wert der Biomasse möglichst im optimalen Bereich zu halten, setzt man heute oft so genannte Co-Substrate ein. Dabei handelt es sich um Zusätze, die zusammen mit der Biomasse in den Fermenter gegeben werden. Zur Regulierung des PH-Werts wird beispielsweise gerne Kalk verwendet. Andere Stoffe werden als Co-Substrate eingesetzt, weil sie nicht immer bzw. nicht ganzjährig durchgängig verfügbar sind, wie Fettabscheider-Rückstände aus der Gastronomie oder Trester aus der Herstellung von Bier, Wein und Säften. Ein weiterer Grund bestimmte Stoffe nur als Co-Substrat einzusetzen, ist der hohe Trockensubstanzgehalt. So können zum Beispiel Bioabfälle aus Privathaushalten oder Industrie nicht als alleinige Biomasse in den Fermenter gegeben werden, da sie zu wenig Wasser enthalten und so die Hydrolyse nicht stattfinden könnte. Das Zugeben von Wasser könnte dieses Problem lösen, würde aber die Biogasherstellung teuer und aufwendig machen. Daher verwendet man diese Stoffe gerne als Co-Substrate oder setzt sie in speziellen Trockenfermentationsanlagen ein, die sich allerdings in Deutschland noch im Entwicklungsstadium befinden.
Acidogenese
Die Acidogenese bildet die zweite Phase der Vergärung im Rahmen der Herstellung von Biogas. Es handelt sich dabei um Abbauprozess von kleineren Moleküleinheiten zu niedermolekularen Säuren organischen Ursprungs wie z.B. Essigsäuren, Milchsäuren oder Buttersäuren. Als Nebenprodukte dieses Vorgangs entstehen dabei außerdem Alkohole sowie Wasserstoff und Kohlendioxid in geringem Umfang. Es kommen hierbei zahlreiche unterschiedliche acidogene Bakterienarten zum Einsatz, die jeweils für die Versäuerung eines bestimmten Substrats zuständig sind. So gibt es beispielsweise unterschiedliche Bakterienstämme zur Umwandlung von:
- Glukose in Essigsäure
- Glukose in Alkohole
- Aminosäuren in Wasserstoff
- Aminosäuren in Kohlendioxid
- Stärke in Schwefelwasserstoff
- Proteine in Ammoniak
Die zweite Phase der Biogaserzeugung muss nicht zwangsläufig nach der Hydrolyse folgen, sondern kann auch zeitgleich mit dieser ablaufen. Moderne Biogasanlagen sind auf diesen zeitgleichen Ablauf optimiert, damit die Biogasherstellung möglichst schnell und effektiv ablaufen kann und somit der Ertrag der Anlage optimiert wird. Auch die Acidogenese findet im Gärtank, d.h. dem Fermenter der Biogasanlage statt. Die optimale Temperatur für die Säurebildung liegt bei etwa 30 Grad Celsius, der PH-Wert der Biomasse sollte dabei etwa sechs betragen. Wichtig ist, dass der bei der Acidogenese entstandene Wasserstoff möglichst rasch aus dem Fermenter entfernt wird (zumindest bei zweistufigen Anlagen), da er ansonsten eine hemmende Wirkung auf den Prozess der Säurebildung hat.
Weiterhin können sich bei der Acidogenese unter ungünstigen Bedingungen (z.B. nicht optimale Temperatur oder unpassender PH-Wert des Substrats) auch unerwünschte Säuren wie Valerian-, Oenanth- oder Capronsäure bilden. Man spricht dabei auch von so genannten ISO-Säuren. Diese Stoffe sind sehr schwer verwertbar und bewirken eine Übersäuerung der Biomasse. Damit sorgen sie dafür, dass der Prozess der Biogasentstehung deutlich gehemmt wird oder gar ganz zum Erliegen kommt. Das ständige Überwachen und Justieren der Einflussfaktoren ist daher unerlässlich.
Acetogenese
Die dritte Phase in der Vergärung von Biomasse zu Biogas und Restmasse bildet die Acetogenese. In dieser Phase wird die in der Acidogenese (Säuerungsphase) entstandene Biomasse, die nun aus verschiedenen Fettsäuren und Alkoholen besteht, unter Einwirkung spezieller Bakterienstämme in Essigsäure (Acetat) umgewandelt, wobei als Nebenprodukte wiederum Wasserstoff und Kohlendioxid entstehen. Diese Bakterienarten nennt man auch acetogene Mikroorganismendlung von. Aufgeschlüsselt sorgen die verschiedenen Bakterienstämme dafür, dass
- Buttersäure in Essigsäure (Acetat)
- Laktat in Kohlendioxid
- Laktat in Wasserstoff
umgewandelt wird. Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid bilden dabei sozusagen die Vorläufer für die Bildung von Methangas. Die Acetogenese kann dabei entweder im Fermenter erfolgen, in dem auch schon Hydrolyse und Acidogenese stattfanden, oder aber in einem speziellen Behälter, das heißt getrennt von den beiden ersten Schritten der Biogaserzeugung. Im letzteren Fall spricht man dabei von einer zweistufigen Biogasanlage. Sie hat den Vorteil, dass sich die Bakterienstämme des ersten und zweiten Schritts nicht mit denen der letzten Schritte vermischen und es somit zu Beeinträchtigungseffekten kommen kann. Die Einflussfaktoren (z.B. Temperatur, PH-Wert) können hierbei viel besser auf die Bakterienarten der einzelnen Schritte abgestimmt werden. Nachteil bei zweistufigen Anlagen ist die komplexere Bauweise und der damit verbundene höhere Preis.
Der in dieser Phase entstehende Wasserstoff bedingt es, dass die letzten beiden Phasen (Acetogenese und Methanogenese) grundsätzlich immer zusammen ablaufen müssen. Für die essigsäurebildenden Bakterien der Acetogenese ist ein übermäßiger Gehalt an Wasserstoff im Substrat nämlich äußerst schädlich, er kann ihren Stoffwechsel behindern oder sie sogar ganz abtöten. Die methanogenen Bakterien der letzten Stufe hingegen benötigen diesen Wasserstoff unbedingt, um die Essigsäure in Methan umzuwandeln. So entsteht eine Symbiose, bei der jede Bakterienkultur von der anderen profitiert und zum Gelingen des Gesamtprodukts beiträgt.
Methanogenese
Die Methanogenese bildet den Abschluss des vierstufigen Prozesses zur Erzeugung von Biogas. In dieser Phase wandeln spezielle methanogene Bakterien die aus der Acetogenese hervorgegangene Essigsäure sowie die Nebenprodukte Wasserstoff und Kohlendioxid in den gasförmigen Stoff Methan um. Als Nebenprodukt entsteht dabei Wasser, außerdem verbleibt ein Rest an Kohlendioxid. Man kann davon ausgehen, dass in etwa 30 Prozent des Methangases aus den Nebenprodukten Wasserstoff und Kohlendioxid gebildet werden, der größere Rest bildet sich aus der Essigsäure. Wie bereits bei der Acetogenese beschrieben, wird zur Umwandlung von Essigsäure und der Nebenprodukte in Methan eine erhöhte Menge an Wasserstoff benötigt. Die methanogenen Bakterien sind daher auf den bei der Acetogenese freiwerdenden Wasserstoff angewiesen, weshalb sich Acetogenese und Methanogenese nicht voneinander trennen lassen.
Nach Abschluss der Methanogenese bleibt als Restsubstrat ein wässriges Gemisch übrig. Dieses besteht – neben Wasser - zum Großteil aus anorganischen Substanzen wie Steinen, Sand und Mineralien sowie aus Resten organischer Substanzen, die nicht vollständig abgebaut werden konnten. Dies können zum Beispiel Lignin (der Basisstoff von Holz) oder Cellulose sein. Man bezeichnet dieses Restsubstrat auch als Gärrest. Da die Gärreste reich an Schwefel, Stickstoff und Spurenelementen sind, eignen sie sich ideal als landwirtschaftlicher Dünger. Wie viel Gärreste bei der Erzeugung von Biogas übrig bleiben, hängt von den verwendeten Ausgangssubstanzen und vom Wirkungsgrad bzw. der Qualität der Biogasanlage ab. Moderne Biogasanlagen arbeiten so effektiv, dass der größte Teil der Ausgangssubstanz in Gas umgewandelt wird, so dass am Ende nur noch sehr wenig Gärreste anfallen. Eigentlich ideal, jedoch fehlt es den Landwirten in der Folge häufig an Düngemitteln, da die von der Biogasherstellung übrig gebliebenen Gärreste nicht ausreichen, um alle Felder zu düngen. Also muss wieder umweltbelastender Kunstdünger zugekauft werden.
Der beste Kompromiss ist demnach eine Anlage, die zwar ausreichend Biogas produziert, um sich in einer angemessenen Zeit zu amortisieren, trotzdem aber so konzipiert ist, dass sie die Möglichkeiten nicht bis ins letzte ausreizt und somit noch genügend Rest-Biomasse als wertvollen Dünger übrig lässt.
Inputstoffe/Substrate
Grundsätzlich muss ein Substrat, um für die Biogasproduktion in Frage zu kommen, bestimmte Grundeigenschaften aufweisen, wobei man bei Stoffen mit etwas schlechteren Eigenschaften durch den Zusatz von Co-Substraten bis zu einem gewissen Grad nachhelfen kann. Auch durch Mischen von verschiedenartigen Grundsubstraten kann man die Eigenschaften des Gesamtsubstrats verändern. Wichtig ist vor allem das Verhältnis von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor, da dieses die Stoffwechselvorgänge im Substrat steuert. Das optimale Verhältnis liegt bei 75:5:1 bis zu 125:5:1.
Die Haupt-Inputstoffe bzw. Substrate, welche in Biogasanlagen verwendet werden, sind landwirtschaftliche und/oder industrielle Abfälle. Im landwirtschaftlichen Bereich handelt es sich hierbei meist um Schweinegülle, Rindergülle, Festmist, Molke, Rübenblätter und ähnliches, außerdem kommen noch Bioabfälle aus der kommunalen Entsorgung sowie Grünschnitt aus der städtischen Landschaftspflege hinzu.
Zu beachten ist, dass je nach Auswahl des Substrats die Biogasanlage entsprechend angepasst werden muss. So ist zum Beispiel für die Verarbeitung von Mist eine andere Rührtechnik notwendig als beim Einsatz von Gülle. Zudem liefern einzelne Stoffe eine wesentlich schlechtere Gasausbeute als andere – bei Mist beispielsweise ist die Gasausbeute sehr gering, da der Anteil an kaum abbaubarer Cellulose hier sehr hoch ist. Weiterhin muss bei bestimmten Ausgangssubstraten wie z.B. Gülle auf Rest vom Einsatz von Antibiotika und Desinfektionsmitteln geachtet werden – hier dürfen festgelegte Grenzwerte nicht überschritten werden.
Im industriellen Bereich ist die Auswahl an verschiedenen Inputstoffen sehr groß. Hier bieten sich zum Beispiel die Abfälle von tierverarbeitenden Betrieben wie Metzgereien und Schlachthöfen an, außerdem können Speiseabfälle, Fette und Bioabfälle aus der Gastronomie genutzt werden. Auch bei der Verarbeitung pflanzlicher Rohstoffe fallen in der Regel Reste an, die sehr gut als Substrat für die Biogasproduktion verwendet werden können. Dies sind beispielsweise Pressrückstände aus Mostbetrieben, Biertreber aus Brauereien, Destillationsrückstände und vieles mehr. Auch Klärschlamm bildet einen hervorragenden Inputstoff. Neben den genannten Abfallstoffen können in Biogasanlagen auch nachwachsende Rohstoffe wie Mais und Zuckerrüben verarbeitet werden, meist in Form von Silage. Dabei handelt es sich um eine Art Brei, der durch das Zerkleinern, Zerreiben und Verdichten des Ausgangsstoffes hergestellt wird. Auch aus ganzen Pflanzen und Gras kann eine solche Silage hergestellt werden. Wichtig zu wissen ist, dass beim Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) dem Betreiber der Biogasanlage eine Zusatzvergütung (der so genannte Nawaro-Bonus) für den ins Netz eingespeisten Strom gezahlt wird. Die Kultivation von Nutzpflanzen zur Energiegewinnung soll hiermit gefördert werden.
Soweit zu den Haupt-Substraten. Zusätzlich können so genannte Co-Substrate in kleineren Mengen den Haupt-Substraten beigemischt werden. Sie können zum einen dazu dienen, die Fermentierbarkeit des Haupt-Substrats zu verbessern (z.B. mittels Kalk), andererseits kommen als Co-Substrate auch Stoffe zum Einsatz, die nur in relativ kleinen Mengen verfügbar sind und daher nicht als Haupt-Substrat einsetzbar wären. Dies sind zum Trester oder Fettabscheiderrückstände aus der Gastronomie. Die Erforschung von geeigneten Rohstoffen zur Verarbeitung in Biogasanlagen ist aber noch lange nicht abgeschlossen. Immer wieder werden neue Stoffe hinsichtlich ihrer Eignung zu Erzeugung von Biogas untersucht, so zum Beispiel bestimmte Fruchtsorten oder auch die Abfallstoffe aus der Papierindustrie. Wichtig ist hierbei aber nicht nur die Eignung zur Biogaserzeugung an sich, sondern auch die möglichst stetige Verfügbarkeit des betreffenden Substrats in ausreichenden Mengen. Allein daran scheitern viele Stoffe. Die Gesamtentwicklung im Biogasbereich hat also noch einen langen Weg vor sich.
Biogaszusammensetzung
Grundsätzlich ist Biogas ein Gemisch, das aus den Hauptbestandteilen Methan. Kohlendioxid und einer gewissen Restmenge anderer Stoffe besteht. Dies können zum Beispiel Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und Ammoniak sein.
Für die Erzeugung von Energie aus dem Biogas ist indes nur der Methananteil bestimmend, da dieser eine oxidierfähige Verbindung darstellt, die während des Verbrennungsprozesses Energie freisetzt. Es liegt also auf der Hand, dass Biogasanlagen möglichst so konstruiert und betrieben werden sollten, dass der Methananteil im Endprodukt so hoch wie möglich ausfällt. Alle anderen Bestandteile im Biogas sind weitgehend nutzlos, wobei einige Stoffe wie z.B. Ammoniak oder Schwefelwasserstoff sogar hinderlich für die weitere Verwendung sein können. Da diese Stoffe in ihrer chemischen Zusammensetzung besonders aggressiv sind, können sie die Teile im Inneren der Motoren, in denen das Biogas verbrannt und in Energie umgewandelt wird, nachhaltig angreifen oder sogar ganz zerstören. Aus diesem Grund müssen die schädlichen Stoffe vor der Weiterverarbeitung des Gases entfernt werden.
Die typische Zusammensetzung von Biogas sieht folgendermaßen aus:
| Inhaltsstoff | Anteil im Gas |
|---|---|
| Methan | 40 – 75 % |
| Kohlendioxid | ca. 25 – 55 % |
| Wasser (Dampf) | 0 – 10 % |
| Stickstoff | 0 – 5 % |
| Sauerstoff | 0 – 2 % |
| Wasserstoff | 0 – 1 % |
| Schwefelwasserstoff | 0 – 1 % |
| Ammoniak | 0 – 1 % |
Zur Reinigung und Aufbereitung für die Verbrennung von Biogas sind in der Regel mehrere Schritte notwendig. Die wichtigsten sind dabei:
1. Trocknen
Wasser, das im Biogas enthalten ist, kann den Verbrennungsmotor bei der Weiterverarbeitung des Gases beschädigen. Daher muss das Gas vor der Verbrennung getrocknet werden. Dieser Vorgang geschieht in einem Kondensator. Gleichzeitig kann mit der Trocknung auch eventuell enthaltenes Ammoniak mit entfernt werden, da dieses wasserlöslich ist. Es wird dann einfach mit dem gebildeten Kondensat abtransportiert. Die notwendige Kühlung des Kondensators kann entweder durch einen Kältekompressor (Klimaanlage) erreicht werden, oder aber, indem der Kondensator in das Erdreich abgelassen bzw. gebaut wird.
2. Entschwefeln
In der Regel befindet sich im Biogas immer eine gewisse Menge an Schwefelwasserstoff. Bei der Verbrennung des Gases wird dieser in Schwefelsäure umgewandelt, die das empfindliche Innenleben von Gasmotoren beschädigen und zerstören kann, insbesondere dadurch, dass Schwefel die Eigenschaften des Motorenschmierstoffs stark beeinträchtigen kann. Daher muss das Gas vor der Verbrennung in jedem Fall entschwefelt werden, auch, wenn nur ganz geringe Mengen von Schwefelwasserstoff darin enthalten sind. Zum Entschwefeln gibt es verschiedene Verfahren – welches davon im Einzelnen verwendet wird, hängt immer von der Gesamtkonzeption der Biogasanlage ab.
3. Abtrennen von Kohlendioxid
Der im Biogas enthaltene Anteil an Kohlendioxid muss insbesondere dann entfernt werden, wenn das Gas ins öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden soll. Bei der direkten Energiegewinnung durch Verbrennung in der Biogasanlage bzw. auf dem Hof ist dies nicht unbedingt notwendig, allerdings ist in diesem Fall der Brennwert des Gases etwas geringer. Wenn das Kohlendioxid angetrennt werden soll, wird dies durch ein spezielles Adsorptionsverfahren erreicht, welches mit Wasser oder Aktivkohle durchgeführt werden kann.
4. Heizwertregulierung
Wichtig bei der Einspeisung von Biogas ins öffentliche Gasnetz ist ebenfalls, dass der Heizwert des Gases festgelegten Anforderungen entspricht. Dies kann durch Zumischen von anderen Gasen wie Butan oder Propan erreicht werden. Allerdings obliegt dieser Vorgang seit einiger Zeit den Netzbetreibern, so das der Betreiber der Biogasanlage (der so genannte Einspeiser) damit nichts mehr zu tun hat.
5. Verdichten des Biogases
Da Biogas oftmals als Kraftstoff in Fahrzeugen und Maschinen verwendet wird, muss es vor der Verwendung verdichtet werden, um den Anforderungen im Kraftstoffbereich zu genügen. Je nach Verwendungszweck müssen dabei Drücke zwischen 20 und 200 bar erzielt werden. Dafür sind spezielle Verdichter nötig, die aber in der Regel der Kraftstoffhändler bereitstellt.
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