Aufbereitung von Biogas zu reinem RNG aus Mülldeponien

Erneuerbare Energien spielen eine Schlüsselrolle beim Übergang zu sauberen Energien, und 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 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.

Eine Quelle für Biogas sind Deponien für feste Siedlungsabfälle. Biogas wird auf natürliche Weise von anaeroben Bakterien in Hausmülldeponien produziert und wird als Deponiegas bezeichnet. Deponiegas mit einem hohen Methangehalt kann für Mensch und Umwelt gefährlich sein, da Methan brennbar ist. Methan ist außerdem ein starkes Treibhausgas. Biogas enthält geringe Mengen Schwefelwasserstoff, eine schädliche und in hohen Konzentrationen potenziell giftige Verbindung.

In den Vereinigten Staaten schreiben die Vorschriften des Clean Air Act vor, dass kommunale Feststoffdeponien ab einer bestimmten Größe ein System zur Erfassung und Kontrolle von Deponiegas installieren und betreiben müssen. Einige Deponien reduzieren die Deponiegasemissionen, indem sie das Deponiegas auffangen und verbrennen - oder abfackeln. Bei der Verbrennung des Methans im Deponiegas entsteht zwar CO₂, aber CO₂ ist kein so starkes Treibhausgas wie Methan. Viele Deponien sammeln und behandeln Deponiegas, um CO₂, Wasserdampf und Schwefelwasserstoff zu entfernen, und verwenden es zur Stromerzeugung oder verkaufen es als Ersatz für Erdgas.

Die U.S. Energy Information Administration (EIA) schätzt, dass im Jahr 2021 etwa 232 Milliarden Kubikfuß (Bcf) Deponiegas auf 311 US-Deponien gesammelt und verbrannt wurden, um etwa 9,4 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom zu erzeugen. Dies entsprach etwa 0,2 % der gesamten Stromerzeugung in den USA im Jahr 2021.

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 erneuerbares Erdgas auch Kohlendioxid sowie weitere Spurengase.

Die Gastrennmembran SEPURAN® Green von Evonik ermöglicht es, das bei der anaeroben Vergärung von Hausmülldeponien anfallende Biogas zu hochreinem RNG zu reinigen und in die Kreislaufwirtschaft zurückzuführen. Das CO₂-neutrale Gas kann direkt in das kommunale Erdgasnetz eingespeist oder als grüner Kraftstoff C-RNG (Compressed Renewable Natural Gas) zum Antrieb kommunaler Fahrzeuge wie Müllwagen 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 ermöglicht 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.