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.