Biogasaufbereitung in kommunalen Kläranlagen

Erneuerbare Energien spielen eine Schlüsselrolle beim Übergang zu sauberen Energien. Der Einsatz erneuerbarer Energien ist einer der wichtigsten Faktoren, um den Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen unter 1,5 °C zu halten. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur lag der Anteil der erneuerbaren Energien an der weltweiten Stromerzeugung im Jahr 2021 bei 28,7 %. Dennoch muss die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien schneller ausgebaut werden, um die Meilensteine des Szenarios Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen. 

Neben Wind, Wasser und Sonne gewinnt Biogas im heutigen erneuerbaren Energiemix zunehmend an Bedeutung - zu Recht, denn es ist eine hocheffiziente Energiequelle und ein wichtiger Bestandteil dezentraler Versorgungsstrukturen.

Die anaerobe Vergärung ist eine bewährte Technologie zur Klärschlammbehandlung, die es ermöglicht, aus demselben Prozess erneuerbare Energie zu gewinnen. In einem 2021 veröffentlichten Papier zeigt der Europäische Biogasverband EBA das hohe Potenzial der Biogasproduktion aus Industrieabwässern auf. Bei der Erzeugung von erneuerbarem Gas aus Industrieabwässern werden Treibhausgasemissionen auf verschiedene Weise eingespart. Erstens durch den geringeren Energieverbrauch in Abwasserbehandlungsanlagen. Zweitens durch den Ersatz von fossilen Energieträgern. Und schließlich wird das Abwasser in eine geschlossene und kontrollierte Umgebung gebracht, so dass keine Methanemissionen in die Atmosphäre gelangen.

Bei der anaeroben Vergärung bauen Mikroorganismen die im Klärschlamm enthaltenen organischen Stoffe ab und wandeln sie in Biogas um. Die Vorteile der anaeroben Faulung von Klärschlamm sind weithin anerkannt, und die Technologie ist in vielen Ländern gut eingeführt. Klärschlamm fällt in Kläranlagen als Teil des Wasserreinigungsprozesses an. Der Klärschlamm enthält die aus dem Abwasser entfernten Partikel, die reich an Nährstoffen und organischen Stoffen sind, so dass das Wasser für die Einleitung in die Natur gereinigt wird. Wachsende Bevölkerungszentren und eine expandierende Industrie, die immer besser von Kläranlagen versorgt werden, führen zu einem raschen Anstieg der Klärschlammerzeugung. Als wichtige Verbraucher und Erzeuger von Energie sind die Betreiber von kommunalen Kläranlagen einer der zahlreichen Akteure, die die Entwicklung hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung beeinflussen.

Wie bereits erwähnt, wird Biogas durch die Vergärung von Biomasse - einer organischen Substanz, zum Beispiel aus Abwasser, Gülle und Klärschlamm oder aus nachwachsenden Rohstoffen - erzeugt. Rohbiogas enthält jedoch neben dem Energieträger Biomethan auch Kohlendioxid sowie weitere Spurengase.

Die Gastrennmembran SEPURAN® Green von Evonik ermöglicht es, das bei der Abwasserreinigung anfallende Biogas zu hochreinem Biomethan zu reinigen und in die Kreislaufwirtschaft zurückzuführen. Das CO₂-neutrale Gas kann direkt in das kommunale Erdgasnetz eingespeist oder als grüner Kraftstoff Bio-CNG (Compressed Natural Gas) zum Antrieb von Kommunalfahrzeugen verwendet werden.

Die SEPURAN® Green Membran von Evonik wurde speziell für die effiziente Aufbereitung von Biogas zu hochreinem Biomethan entwickelt. Der Eintritt von Evonik in die Biogasaufbereitung im Jahr 2011 hat den Markt revolutioniert und neue Technologiestandards gesetzt. Die Einführung einer hochselektiven SEPURAN® Green Membran in Kombination mit einem patentrechtlich geschützten 3-Membranstufen-Prozess ermöglichte hohe Methanausbeuten und hohe Produktreinheiten bei optimiertem Energieverbrauch.

Zur Abtrennung von CO₂ aus dem Rohbiogas und dessen Aufbereitung zu Biomethan stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Neben den bekannten Technologien wie der Druckwasserwäsche, der Aminwäsche oder der Druckwechselabsorption hat sich in den letzten Jahren zunehmend die Membrantechnologie etabliert. Dank hocheffizienter und hochselektiver Membranen ist es möglich, CO₂ in einem kompakten 3-Stufen-Prozess nahezu vollständig von Methan zu trennen.

Membranen auf Polyimidbasis sind die am häufigsten eingesetzten Membranaufbereitungssysteme. Der Vorteil von Membranaufbereitungsanlagen gegenüber herkömmlichen Technologien liegt u.a. in der Einfachheit des Verfahrens und dem geringen Wartungsaufwand. Natürlich wird die Verbreitung von Biogasaufbereitungsanlagen auch von den lokalen Gegebenheiten und Vorschriften sowie von nationalen Förderungen beeinflusst.