Biogasaufbereitung aus Energiepflanzen

Nachwachsende Rohstoffe spielen eine Schlüsselrolle beim Übergang zu erneubaren Energien, und deren Einsatz 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 Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen. 

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

Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung (d.h. Substrate) können alle Arten von Biomasse sein. Dazu gehören in der Regel Gülle, Rest- und Abfallstoffe, Klärschlamm aus Kläranlagen, Pflanzenreste und Pflanzen, die nicht zur Nahrungsmittelproduktion genutzt werden.

Die Vielfalt der Energiepflanzen ermöglicht eine jährlich wechselnde Fruchtfolge, und blütenbildende Pflanzen können einen natürlichen Lebensraum für Insekten bieten. Energiepflanzen haben den Vorteil, dass sie hohe Gaserträge liefern.

Am Anfang des CO₂-Kreislaufs steht die Photosynthese. Dabei entziehen die Pflanzen der Atmosphäre das Kohlendioxid und wandeln es zusammen mit Wasser, Mineralien und Sonnenlicht in organische Masse um - es wird also der Atmosphäre entzogen und gebunden. Bei der anaeroben Vergärung dieser organischen Masse entsteht Biogas.

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

Mit der Gastrennmembran SEPURAN® Green von Evonik lässt sich das bei der Abwasserreinigung anfallende Biogas zu hochreinem Biomethan aufbereiten und in die Kreislaufwirtschaft zurückführen. 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 Markteintritt 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 den nationalen Förderungen beeinflusst.