Biogas aus Spaghetti?

Grün ist in. Fahrrad statt Auto, Biokost statt Fastfood, Energieklasse A+++ statt A: In der modernen Gesellschaft entscheiden immer mehr Menschen nach Umweltaspekten. Auch Industrie und Wirtschaft reagieren auf den nachhaltigen Trend und bieten zunehmend "Öko-Produkte" an. Grüne Energie liegt dabei voll auf Kurs. Beträgt der Anteil erneuerbarer Energien am globalen Energieverbrauch laut dem "Renewables Global Status Report 2011" (GSR) heute rund 16 Prozent, könnte er bis 2050 auf mehr als 50 Prozent steigen – so ein Szenario des Weltklimarates im "Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation" (SRREN). Während die großen Energieproduzenten ihr Hauptaugenmerk auf Wind, Wasser und Sonne lenken, scheint Biogas als eine alternative Energiequelle ein wenig im Schatten zu stehen. Zu Unrecht, denn es ist ein hocheffizienter Energieträger und ein wichtiger Baustein für dezentrale Versorgungsstrukturen.

Biogas entsteht durch Fermentation von Biomasse – einer organischen Substanz beispielsweise aus Pflanzen, Gülle oder Klärschlamm. Allerdings enthält Rohbiogas neben dem Energieträger Methan auch Kohlendioxid (CO₂) sowie andere Spurengase. Da CO₂ nicht brennbar ist, mindert es den Heizwert und muss daher abgetrennt werden.

Die gängigen Abtrennungsmethoden wie Druckwasserwäsche, Druckwechseladsorption oder Aminwäsche weisen gewichtige Nachteile auf: Sie benötigen vergleichsweise viel Energie, Hilfsmittel und Hilfschemikalien. Es entstehen Abfälle und Abwasser, die aufbereitet und entsorgt werden müssen. Zudem steht das Biogas nach der Aufbereitung meist unter geringem Druck. Für die Einspeisung in ein Mitteldrucknetz muss es beispielsweise mithilfe eines zusätzlichen Kompressors auf Drücke von 15 bis 20 bar verdichtet werden. Daher arbeiten konventionelle Aufbereitungsanlagen meist erst ab einer Rohbiogasmenge von deutlich über 500 Normkubikmeter pro Stunde (Nm³/h) wirtschaftlich. Das bedeutet: Für eine dezentrale Energieversorgung mit zahlreichen kleineren Anlagen sind sie in der Regel ungeeignet.

Evonik Industries hat eine Technologie zur kosten- und energieeffizienten Abtrennung von CO₂ entwickelt. Was auf den ersten Blick aussieht wie Spaghetti oder Pinsel, sind in Wirklichkeit hochselektive Membranen aus mehreren zylinderförmigen Polymer-Hohlfasern. Sie bilden die neuen Hohlfasermembranmodule unter dem Markennamen SEPURAN® Green.

"Die SEPURAN® Membranen bestehen aus einem eigens entwickelten Hochleistungskunststoff, der sehr druck- und temperaturbeständig ist. Dieser Kunststoff verleiht den Membranen die Eigenschaft, besonders gut zwischen Methan und CO₂ unterscheiden zu können. So lässt sich das Methan aus dem Rohgas auf über 99 Prozent aufreinigen", sagt Dr. Goetz Baumgarten von der Wachstumslinie Fibres and Membranes des Geschäftsgebiets High Performance Polymers von Evonik.

Und wie funktioniert es? Gasmoleküle sind unterschiedlich groß und lösen sich im Polymer auch unterschiedlich. "Die CO₂-Moleküle sind kleiner als die Methanmoleküle und lösen sich zudem besser in Polymeren. Somit können sie die hauchdünne Membran wesentlich schneller durchwandern. An der Hochdruckseite der Membran sammelt sich das Methan an, während Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und CO₂ das molekulare "Sieb" passieren", erklärt Baumgarten. Das methanreiche Gas wird zudem an der Hochdruckseite abgezogen und muss für die Einspeisung nicht mehr eigens verdichtet werden.

Die membranbasierte Biogasaufbereitung von Evonik zeigt eine besonders hohe Anlagenverfügbarkeit, einen sehr geringen Energiebedarf und niedrige Wartungskosten. Zudem entstehen bei der Aufbereitung weder Abfälle noch Emissionen. Es werden auch keine Hilfsmittel wie Wasser oder Sorptionsmittel benötigt. All diese Vorteile schlagen sich direkt in Form von Kostenvorteilen nieder. Außerdem ist aufgrund der hohen Flexibilität des Verfahrens die Membrantechnologie sowohl für Klein- als auch für Großanlagen anwendbar. Darüber hinaus kann diese Technologie leicht an sich ändernde Volumenströme und Gaszusammensetzungen angepasst werden.