Biogas aus Spaghetti?

Membranen von Evonik machen die Aufbereitung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen einfach und effizient

(PresseBox) (Essen, ) Biogas gilt als umweltfreundlicher Energieträger und wird immer bedeutender für die moderne Energieversorgung. Es kann zur Gewinnung von Strom, Wärme oder als Kraftstoff genutzt werden und erzielt einen hohen Energieertrag - pro Quadratmeter Acker gerechnet. Bevor jedoch Biogas ins Erdgasnetz eingespeist wird, sind eine umfangreiche Aufbereitung und Reinigung nötig. Neue, besonders selektive Polymermembranen von Evonik verwandeln Rohbiogas einfach und effizient in hochreines Biomethan. Das steigert den Ertrag und schont wertvolle Ressourcen.

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.

Effiziente Biogasaufbereitung

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 Polyimid-Hohlfasern. Sie bilden die neuen Hohlfasermembranmodule unter dem Markennamen SEPURAN® Green.

Hochselektive Membranen

Polyimide sind Hochleistungskunststoffe, die sehr druck- und temperaturbeständig sind. "Für SEPURAN® setzen wir auf eine speziell optimierte Form der bewährten Polyimid-Familie von Evonik. Die Membranen zeigen eine beständig hohe Selektivität und sind insbesondere für die Trennung von CO2 und Methan geeignet", 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 weisen unterschiedliche Löslichkeit in Polymeren auf. Das zu reinigende Biogas wird an einem Ende der Membran mit Hochdruck eingeleitet. "Die CO2-Moleküle sind kleiner als die Methanmoleküle und lösen sich zudem besser in Polymeren. Daher passieren sie auch wesentlich schneller die Mikroporen der Membran und trennen sich vom Methan ab", erklärt Baumgarten. CO2, Wasserdampf sowie Spuren von Ammoniak und Schwefelwasserstoff werden an der Niederdruckseite (seitliche Öffnungen Bild 2) abgezogen, während sich am anderen Ende der Membran - der Hochdruckseite - das Methan ansammelt. Das methanreiche Gas wird zudem an der Hochdruckseite direkt abgezogen und muss für die Einspeisung nicht mehr eigens verdichtet werden. Dies spart nicht nur Kosten für einen zusätzlichen Kompressor. So aufbereitet kann das Biomethan auch bei kleinen Anlagen verwendet werden und ermöglicht damit eine dezentrale Energieversorgung.

Im österreichischen Neukirchen an der Vöckla erproben die Experten von Evonik seit Anfang 2011 die Produktionsmodule in einer Testanlage. "Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass die neuen SEPURAN® Green Membranmodule ein robustes und einfaches Instrument zur Gasreinigung sind. Das Methan aus dem Rohgas lässt sich auf über 99 Prozent aufreinigen. Bei ihrem Einsatz zeigen die Membrannen eine höhere Anlagenverfügbarkeit, geringeren Energiebedarf und niedrigere Wartungskosten gegenüber alternativen Verfahren", fasst Baumgarten zusammen. Wichtige Argumente bei global steigendem Interesse an der grünen Energie.

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