Effiziente Biogasaufbereitung mit Membrantechnik

Projektstatus

abgeschlossen

Kurzbeschreibung

Biogas aus Gras und Energiepflanzen ist ein Gasgemisch, das sich aus folgenden Gasen zusammensetzt:

• Methan (CH4) 50 - 75%
• Kohlendioxid (CO2) 25 - 48%
• Wasserstoff (H2) bis ca. 2%
• sowie Spuren von Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak (NH3).

Außerdem ist das anfallende Gas wasserdampfgesättigt. Für das so erhaltene Biogas gibt es mehrere Verwendungsmöglichkeiten: die direkte energetische Verwertung (Verbrennung), die Produktion von elektrischer Energie, gegebenenfalls unter Ausnutzung der Abwärme (Gasmotor, Blockheizkraftwerke), die Kompression und Verwendung als Treibstoff, etwa für Traktoren, LKWs oder Autobusse, und die Verwendung als Erdgas-Ersatz nach erfolgter Reinigung und Kompression.

Für die letztere Verwendungsmöglichkeit ist es von großer Bedeutung, ein effizientes, robustes, kostengünstiges, für den Betrieb im dezentralen, ländlichen Umfeld geeignetes Aufarbeitungsverfahren zu finden, um die Begleitstoffe von Methan im Biogas weitgehend abzutrennen, nämlich Kohlendioxid, Wasserdampf (Gastrocknung), sowie Spuren von Ammoniak und Schwefelwasserstoff.

Die von einigen Herstellern angebotenen Aufarbeitungsverfahren, etwa die Druckwasserwäsche, haben mehrere Nachteile: die erzielbare Gasqualität zeichnet sich durch vergleichsweise niedrige Methangehalte aus, manche dieser Verfahren sind für den Betrieb im ländlichen Umfeld nicht geeignet, die Investitionskosten für diese Anlagen sind vergleichsweise hoch und der Energiebedarf dieser Verfahren macht diese Lösungsansätze wirtschaftlich uninteressant.

Im Rahmen dieses Projektes wurde nunmehr eine moderne, effiziente Methode auf Basis eines Membrantrennverfahrens zur Gewinnung eines methanreichen Gases aus Biogas - die so genannte Gas-Permeation - auf ihre Einsatzmöglichkeit und ihre Praxistauglichkeit untersucht und eine technische Lösung für die Vorbehandlung des Biogases erarbeitet. Durch eine innovative Verfahrenskonzeption genügt nunmehr ein Kompressor, und die Methanverluste können gleichzeitig auf deutlich unter 2% gesenkt werden.

Dazu wurde eine mobile Pilotanlage konzipiert, realisiert und zu einer landwirtschaftlichen Biogasanlage zur Energiepflanzenvergärung transportiert, wo ein Teilstrom des produzierten Biogases soweit aufarbeitet wurde, dass die nach ÖVGW-Richtlinie G31 vorgesehenen Gaseigenschaften des methanreichen Produktgases erreicht werden konnten. Die erzielte G31 Gasqualität wurde von einem unabhängigen Prüflabor bestätigt. Die dabei gewonnenen Daten stellen die Basis für die zukünftige Auslegung einer Anlage zum Biogas-Upgrading im technischen Maßstab dar. In den im Rahmen des Projektes durchgeführten Versuchsserien wurde nur eine geringe Abnahme der Membranperformance festgestellt.

Ein weiteres Ziel des Projektes war das Screening effizienter Online-Gasanalysenmethoden, wobei die Entwicklung eines Prototyps zur Messung von Biogaskomponenten basierend auf einer photoakustischen Messung im Vordergrund lag. Die Ergebnisse stellen die Basis für die weitere Entwicklung eines Sensorsystems in möglichen Folgeprojekten dar, aus den Versuchen lässt sich die Membranlebensdauer jedoch noch nicht ableiten.

Für die Maßstabsvergrößerung des Verfahrens sollten Empfehlungen über die erforderlichen sicherheitstechnischen Maßnahmen für den vollautomatischen Betrieb der Biogasaufbereitungsanlage erarbeitet werden. Regelungstechnische Maßnahmen für die Schnellabschaltung wurden ebenfalls konzipiert.

In einem weiteren Arbeitspaket wurde ein Simulationsmodell für die aus mehreren verfahrenstechnischen Einzeloperationen (Kompression, Kondensation, Gaspermeation, Adsorption) zusammengesetzte Aufbereitungstechnologie mittels eines selbst entwickelten Simulationswerkzeuges aufgestellt, das die Design-Basis für die Maßstabsvergrößerung in nachfolgenden Projekten darstellen soll.

Projektleiter
(Kontaktadresse)

Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr. Michael Harasek
Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik
Getreidemarkt 9/1662, A-1060 Wien
Tel: +43 (0) 1/58801-15925
Fax: +43 (0) 1/58801-15999
E-Mail: michael.harasek@tuwien.ac.at
Internet: TU-Wien : thermische verfahrenstechnik und simulation

Projekt- bzw. Kooperationspartner

• Wien Energie Gasnetz GmbH (Projektpartner)
• Axiom Angewandte Prozesstechnik Ges.m.b.H. (Projektpartner)
• Biogas Produktionsges.m.b.H. (Projektpartner)
• Technische Universität Wien, Institut für Chemische Technologien und Analytik (Werkvertragspartner)