Biomethan-Anlage: Technologien, Produktionsprozess und Wartung.

Biomethan ist ein Kraftstoff, der aus der Reinigung von Rohbiogas gewonnen wird, das wiederum aus der Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen stammt: landwirtschaftliche Biomasse (Nebenprodukte, landwirtschaftliche Abfälle und tierischer Dünger), agroindustrielle Biomasse (Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung) oder die organische Fraktion von festen Hausabfällen (Biomüll).

Nach dem Upgrading des Biogases zu Biomethan muss es aufbereitet werden, um die für die Nutzung ungeeigneten Bestandteile zu entfernen. Nach einer entsprechenden chemisch-physikalischen Behandlung eignet sich Biomethan zur Einspeisung in das Erdgasnetz oder zum Transport in kryogenen Tankwagen.

Biomethan, das aus Viehdung, agroindustriellen Abfällen, organischen Abfällen und landwirtschaftlicher Biomasse hergestellt wird, ist in jeder Hinsicht eine erneuerbare und nachhaltige Energiequelle.

• Kreislaufwirtschaft: Biomethan reduziert nicht nur die Emissionen in die Atmosphäre, sondern ist auch kohlenstoffneutral, d. h. es gleicht die zu seiner Erzeugung entstandenen Emissionen vollständig aus, indem es organische Stoffe in den Boden zurückführt;

• Dekarbonisierung: Anlagen zur Erzeugung von Biomethan könnten, wenn sie gesetzlich gefördert werden, bis 2030 zur Versorgung mit 10 % des gesamten in der Europäischen Union verbrauchten Gases beitragen und so die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern;

• Energieunabhängigkeit: Dies ist eine Lösung, die einen wichtigen Beitrag zur Energiewende und zum ökologischen Wandel leisten kann, mit erheblichen Auswirkungen auf die Unabhängigkeit von Energielieferungen aus dem Ausland.

Biomethan ist eine hervorragende Investitionsmöglichkeit für viele Unternehmen im Agrar- und Industriesektor, die nicht nur die Nachhaltigkeit ihrer Produktion verbessern wollen, sondern auch die Chance haben, Gewinne zu erzielen und ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Einem kürzlich erschienenen Bericht des European Biogas Association zufolge war Biomethan sogar 30 % billiger als Erdgas. 

Um Biomethan zu erzeugen, müssen Sie mehrere Aspekte berücksichtigen und ein festgelegtes Verfahren einhalten. Die Erzeugung kann durch den Umbau einer bestehenden Anlage oder durch die Inbetriebnahme einer neuen Anlage erfolgen. In beiden Fällen gibt es Verfahren, die eingehalten werden müssen, um die Erzeugung aufzunehmen und Fördermittel zu erhalten.

In einer Biomethan-Anlage sind mehrere Technologien integriert. Neben dem System der anaeroben Vergärung, das Biogas aus der Biomasseverarbeitung erzeugt, gibt es noch weitere Elemente:

• Ein System zur Reinigung und Vorbehandlung von Biogas;

• Ein Upgradingsystem: Hierbei handelt es sich um eine Behandlung zur Entfernung von CO₂ aus dem Rohbiogas. Unter den verschiedenen Upgradingtechnologien für Biomethan ist das Membransystem die am weitesten verbreitete und effizienteste. In diesem Fall eignet sich das erzeugte Biomethan zur Einspeisung in die Verteilernetze; 

• Eventuell ein Verflüssigungssystem: Wo logistische Zwänge einen Anschluss an das Erdgasnetz unmöglich machen, ist flüssiges Biomethan die Lösung. Verflüssigtes Biomethan ist nicht nur leicht zu transportieren, sondern auch effizienter in der Verwendung als Kraftstoff.

Die Biomethan-Anlage kann von unterstützenden Technologien begleitet werden, die zahlreiche Vorteile bieten, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung: effizienter und nachhaltiger Eigenverbrauch, Maximierung der Anlagenproduktion, Dialog und Kompatibilität sowie Kosteneinsparungen.

• RTO (Abgasaufbereitung): Restmethan im Abgas spielt eine entscheidende Rolle für die Nachhaltigkeit und erfordert daher eine spezielle Aufbereitung;

• CO₂-Verflüssigung: Das CO₂-Verflüssigungssystem reinigt und verflüssigt kohlendioxidreiches Gas aus der Biogas-Upgradinganlage, um flüssiges CO₂ zu erhalten, das für Lebensmittel und industrielle Zwecke geeignet ist;

• Lösungen zur Kraft-Wärme-Kopplung: Eine mit Biogas betriebene KWK-Anlage, die den Strom- und Wärmebedarf der Anlage deckt, kann vollständig erneuerbare Energie erzeugen;

• Photovoltaikanlage: Die Installation von Photovoltaikmodulen, die durch die KWK-Anlage moduliert werden, kann die Deckung des Strombedarfs der Anlage optimieren.

Die Durchführbarkeitsstudie ist der erste und wichtigste Schritt bei der Erzeugung von Biomethan, da sie die richtige Dimensionierung der Anlage, die Energieleistung und die Amortisationszeit bestimmen muss. Im Einzelnen sind drei Schritte erforderlich, um die tatsächliche Durchführbarkeit der Anlage zu beurteilen.

•  Der erste Schritt besteht darin, einen vorläufigen Entwurf der Anlage zu erstellen, an den sich der wirtschaftliche und finanzielle Businessplan anschließt. In dieser Phase ist es wichtig, die zu installierenden Technologien zu bewerten und die entsprechenden Technologiepartner auszuwählen;

• Der nächste Schritt ist die Beantragung einer Genehmigung für den Umbau oder die Errichtung der Anlage, und zwar unter Hinzuziehung kompetenter Techniker.

• Schließlich ist es notwendig, einen Dialog mit dem Kreditinstitut aufzunehmen, um die Finanzierbarkeit des Vorhabens zu prüfen.

Beim Upgrading von Biogas geht es darum, CO₂ aus dem Rohbiogas zu entfernen, um komprimiertes Biomethan zu erhalten. Unter den verschiedenen Technologien zum Upgrading von Biomethan ist das Membransystem die am weitesten verbreitete und leistungsfähigste, da es sich durch seine selektive Permeabilität für die Trennung von CH₄ und CO₂ eignet. Der Upgradingprozess gliedert sich in drei Stufen:

•   Biogasfiltration: Der Upgradingprozess beginnt mit der Reinigung des Biogases aus dem anaeroben Fermenter zur Entfernung von Wasser, Schadstoffen und Verdichtung. Das gefilterte und entfeuchtete Gas wird komprimiert, gekühlt und dem nächsten Behandlungsschritt zugeführt;

• Reinigung von Schadstoffen (H₂S, VOC): Durch den Durchlauf durch ein Aktivkohlebett wird das Biogas von Schadstoffen gereinigt. Die Lead-Lag-Kohlekonfiguration umfasst eine Reihe von Ventilen, die eine Flussumkehr, einen Bypass und eine Aufteilung des einzelnen Filters ermöglichen und so Flexibilität, Zuverlässigkeit und Kontinuität des Betriebs gewährleisten;

• Upgrading: Das vorbehandelte und gereinigte Biogas ist bereit für das eigentliche Upgrading, d. h. die Trennung von Methan und Kohlendioxid. Das Verfahren ist verbrauchsoptimiert und ermöglicht die Gewinnung von Biomethan mit den gewünschten Eigenschaften für verschiedene Anwendungen. Biomethan wird mit einem Druck zwischen 7 und 15 bar erzeugt, um den Verbrauch zu minimieren und die Einspeisung in die Verteilernetze zu erleichtern.

Der Upgradingprozess wird durch eine Reihe von Optionen für die Einspeisung und weiteres Zubehör ergänzt, das den Betrieb der Anlage begleitet:

• Entschwefelungsanlage und Waschturm: Der Biogasaufbereitung vorgeschaltet sind die Entschwefelungsanlage zur Senkung des Schwefelwasserstoffgehalts und der Waschturm zur Senkung des Ammoniakgehalts;

• Sauerstoffkonzentrationssystem: Ist die Sauerstoffkonzentration im Biogas niedrig, sorgt ein System zur Konzentration von Sauerstoff aus der Umgebungsluft in einem spezifischen Shelter für die nötige Menge, damit die chemischen Reaktionen der Schadstoffadsorption an der Aktivkohle korrekt ablaufen können;

• Regenerative thermische Nachverbrennung (RTO): zur Beseitigung selbst geringer Restmethananteile im Abgas;

• Booster-Verdichter: Um den für die Transportnetze erforderlichen Druck zu erreichen, kann ein Booster-Verdichter geliefert werden. Vor der Einspeisung in das Netz misst die REMI-Kabine die Durchflussmenge des Biomethans und analysiert dessen Qualität.

Zu den wichtigsten Vorteilen und Pluspunkten der Membranupgradingtechnologie gehören:

•  Einfacher Upgradingprozess

• Hohe Effizienz und niedriger Verbrauch

• Hohe Skalierbarkeit und Flexibilität

• Erschwingliche Anlagekosten

Der Anschluss an das Erdgasnetz ist nicht immer möglich. Wo es logistische Einschränkungen gibt, ist flüssiges Biomethan (Bio-LNG) die Lösung. Verflüssigtes Biomethan ist nicht nur leicht zu transportieren, sondern aufgrund seiner dreifachen Dichte im Vergleich zu komprimiertem Erdgas auch effizienter in der Verwendung als Kraftstoff.

Die Verflüssigung von Biomethan ist ein komplexer Prozess, der darin besteht, gasförmiges Biomethan bei sehr niedrigen Temperaturen abzukühlen und zu verdichten. Der Verflüssigungsprozess basiert auf einem integrierten, kryogenen Niederdruckverfahren, das in drei Stufen unterteilt ist: Aufbereitung, Verflüssigung und Lagerung.

• Aufbereitung: Im ersten Teil des Prozesses senkt das TSA-Reinigungssystem (Temperature Swing Adsorption) den Feuchtigkeits- und CO₂-Gehalt durch Filter und Molekularsiebe;

• Verflüssigung: Durch mehrere Abkühlungsstufen geht unter Druck stehendes Biomethan in einen flüssigen Zustand über und wird bei Bedingungen von < -142 °C und 3 bar oder bei niedrigeren Temperaturen und Drücken verfügbar gemacht. Das Herzstück des Prozesses ist der Kryokühler, der auf der Stirling Cryogenics-Technologie basiert. Dabei handelt es sich um eine alternative Kühlmaschine, die durch Komprimierung und Expansion von Helium in einem geschlossenen Kreislauf funktioniert;

• Lagerung: Das Bio-LNG wird in einen Transferbehälter befördert, in dem die gewünschten Druck- und Temperaturbedingungen des Endprodukts erreicht werden.

Unabhängig von der Art der Biomethan-Anlage muss sie durch eine Reihe koordinierter und geplanter Maßnahmen vor Störungen und Ausfällen geschützt werden, um ihre Nutzbarkeit zu maximieren. Die Vorteile eines integrierten Service liegen bereits bei der Installation der Anlage auf der Hand: die AB-Spezialisten erleichtern die Inbetriebnahme, überwachen die Einschaltung und optimieren die Anlaufphase der Anlage.

Zusätzlich zur Vor-Ort-Hilfe und einem Notfallservice überwacht AB Service alle Systeme 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr, mit Ferndiagnose und -hilfe. AB Service bietet auch Schulungen und kontinuierliche Aktualisierungen an, um dem Kunden den besten Betrieb und eine korrekte Verwaltung und Wartung der Anlage zu gewährleisten.

Die Service- und Wartungsverträge für Anlagen werden auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten, um dessen Anforderungen zu erfüllen, eine hohe Effizienz über die gesamte Lebensdauer der Anlage zu gewährleisten und eine bessere Vorhersagbarkeit der Betriebskosten zu ermöglichen.

Die Zukunft der Biomethan-Anlagen

Sowohl in Italien als auch im Ausland spielt der Biomethan-Sektor eine immer wichtigere Rolle bei der Energiewende und der Entwicklung der erneuerbaren Energien. Biogas- und Biomethan-Anlagen sind daher zwei wichtige Instrumente, um die Kreislaufwirtschaft zu fördern, einen nachhaltigen grünen Übergang zu begleiten und zu Energiesicherheit und Unabhängigkeit beizutragen.

Die Maßnahmen des Wiederaufbauplans sind ein wichtiger Impuls in Richtung eines Landwirtschaftsmodells 4.0, das eine Optimierung und höhere Effizienz der Produktionsprozesse, einen geringeren Einsatz von Chemikalien und Bodenschutz gewährleistet. In diesem Zusammenhang stellen Biogas und Biomethan wichtige strategische Vorteile dar, um die Herausforderung der erneuerbaren Energien zu meistern, die Eigenversorgung zu gewährleisten, den Boden zu schonen und das Klima zu schützen.

AB-Technologien für die Biomethanerzeugung

Seit 1981 unterstützt AB Unternehmen, die ihre Wettbewerbsfähigkeit verbessern und dabei Energie sparen und den Schadstoffausstoß begrenzen möchten. Die Gruppe zeichnet sich durch Fachwissen, Produktionskapazitäten und eine hohe Servicequalität aus, mit dem Ziel, den Kunden die besten Lösungen für eine nachhaltige Energieversorgung zu bieten.

AB ist die zentrale Anlaufstelle, die Ihrem Unternehmen alle Vorteile von Biomethan garantiert. Mit AB können Sie ein komplettes und nachhaltiges Energiesystem aufbauen, das Biogasaufbereitung, Biomethan- und CO2-Verflüssigung, Kraft-Wärme-Kopplung und Photovoltaik-Technologien kombiniert und durch ein umfassendes Angebot an Leistungen unterstützt wird: von Machbarkeitsstudien bis zur Wartung der Anlage.