Infobrief der FNR 02/2017: Systemische Integration der Bioenergie in bestehende Energiesysteme

Biogasanlagen: Energetische Effizienz von Repowering-Maßnahmen

Das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) hat deutschlandweit Repoweringmaßnahmen an Biogasanlagen und deren ökonomische und energetische Auswirkungen verglichen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens befragte das DBFZ 866 Biogasanlagenbetreiber, von denen rund ein Viertel Auskunft über die genauen Maßnahmen, ihre individuellen Anlagenkonzepte und Beweggründe sowie die Art und Weise der Durchführung gaben. Darüber hinaus gaben sie eine Einschätzung zum Erfolg ihrer Repoweringmaßnahmen im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Effizienzsteigerung und Emissionsminderung.

Das Durchschnittsalter der ausgewerteten Biogasanlagen betrug 7,5 Jahre. In diesem Zeitraum wurden im Schnitt 3,5 Repoweringmaßnahmen pro Anlage durchgeführt. Ein Ausbau der Wärmenutzung und die Leistungserhöhung der Blockheizkraftwerke (BHKW) stellen mit jeweils mehr als 70 % die am häufigsten umgesetzten Umbaumaßnahmen dar, gefolgt vom Ersatz von Alt-BHKW mit ca. 41 %. Die gasdichte Abdeckung von Gärrestlagern sowie die Erhöhung der Fermentervolumina wurden jeweils von rund 35 %, ein Substratwechsel von etwa 28 % der Biogasanlagenbetreiber realisiert. Seltener erfolgte ein Anschluss von Satelliten-BHKW, eine Substrataufbereitung oder eine Nachrüstung von Wärmespeichern.

Quelle: Studio-e.se
Quelle: Studio-e.se

Biogasaufbereitung mit innovativer Lösungsmittelregeneration

Die Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz ist eine Möglichkeit, die Produktion und die Nutzung von Biogas zeit- und ortsunabhängig zu gestalten. Bevor Biogas in das Erdgasnetz eingespeist werden kann, muss es auf eine bestimmte Gasqualität gereinigt werden. Energie- und kosteneffizientere Gasreinigungsprozesse können eine Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz auch für kleinere Anlagen wirtschaftlich machen und Aufbereitungspotenziale bei bisher mit BHKW-Stromerzeugung betriebenen Biogasanlagen erschließen.

Das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart hat für die zur Aufkonzentration von Rohbiogas zu Biomethan ein neues Verfahren mit deutlichen Energieeinsparungspotenzialen entwickelt. Während das abgetrennte CO2 bei der klassischen Aminwäsche bei Temperaturen von 120 °C aus der Absorberlösung ausgetrieben wird, arbeitet das optimierte Verfahren bei Temperaturen um 80 °C und mit dem Einblasen von Luft.

Für diese Vorgehensweise werden Absorberflüssigkeiten benötigt, die eine hohe CO2-Aufnahmekapazität besitzen und gleichzeitig unter dem Einfluss von Sauerstoff stabil bleiben. Dieses Ziel hat die Forschungsgruppe durch den Einsatz von Aminosäuresalzlösungen als Absorptionsmittel erreicht und in einer Technikumsanlage umfangreich geprüft. Ein weiterer Vorteil: Die eingesetzten wasserlöslichen Aminosäureverbindungen lassen sich auf biologischem Weg herstellen sowie biologisch abbauen.

Technikumsanlage zur Aufkonzentration von Rohbiogas zu Biomethan
Technikumsanlage zur Aufkonzentration von Rohbiogas zu Biomethan

Monitoring der Biogasaufbereitung

Im Rahmen des Verbundprojekts „Monitoring des Biomethan-Produktionsprozesses“ (MONA) wurden in den zurückliegenden Jahren verschiedene Biomethanaufbereitungsverfahren in ausgewählten Praxisanlagen, die eine Biogasaufbereitung für die Einspeisung ins Gasnetz bzw. zur Nutzung als Treibstoff vornehmen, untersucht. Biomethan entsteht durch die Aufbereitung von Biogas, wobei im Wesentlichen das Begleitgas Kohlenstoffdioxid mittels unterschiedlicher technischer Verfahren aus dem Rohbiogas abgetrennt und das entstandene Produktgas ggf. noch von weiteren unerwünschten Bestandteilen gereinigt wird. Unter Führung des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IWES) wurde die Aufbereitungsverfahren vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ), dem Fraunhofer Institut für Umwelt- Sicherheits- und Energietechnik (Fraunhofer UMSICHT), dem Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Universität Stuttgart analysiert. Im Projekt konnten dazu drei Anlagen mit Aminwäsche, eine Anlage mit Membranverfahren und jeweils zwei Anlagen mit Druckwechseladsorption und Druckwasserwäsche untersucht werden. Die untersuchten Biomethananlagen unterscheiden sich dabei in der Nutzung der Gärsubstrate und somit auch in der Rohgaszusammensetzung.

Der Methanschlupf der untersuchten Anlagen bewegte sich zwischen 0,04 und 4,1 Vol.-% (Volumenprozent). Die untersuchten Aminwäschen emittierten mit durchschnittlich 0,04 - 0,12 Vol. - % am wenigsten Methan, gefolgt von der Druckwasserwäsche mit 1,3 Vol. - % und der Druckwechseladsorption mit 1 - 1,6 Vol.-%. Das Membranverfahren, die zum Prüfzeitpunkt jüngste Aufbereitungstechnologie im Test, wies mit 4.1 Vol. - % den höchsten Methanschlupf auf.

Die Aufbereitungskosten zeigen deutliche verfahrensspezifische Unterschiede und Skaleneffekte. Die kleinsten Anlagen mit Aufbereitungsvolumina bis 500 mn³/h Rohbiogas (Normkubikmeter Rohbiogas pro Stunde) haben mit bis zu 2,3 ct/kWhHs (Euro-Cent pro Kilowattstunde unterer Heizwert) die höchsten Aufbereitungskosten. Im Kostenvergleich reichen die Kosten von 1,29 bis 1,89 ct/kWhHs, bei einem Aufbereitungsvolumen von 700 mn³/h Rohbiogas. Noch niedrigere Kosten pro Normkubikmeter Rohbiogas werden durch Skaleneffekte bei den größeren Anlagen verzeichnet: 0,66 – 0,94 ct/kWhHs bei 2.800 mn³/h Rohbiogas.

Aufgrund des geringen Anlagenumfanges sind die an den Praxisanlagen gewonnenen Ergebnisse nicht repräsentativ für das gesamte Anlagenspektrum an Biogasaufbereitungsverfahren. Während der rund fünfjährigen Projektkonzeptionierung und -durchführung hat sich zudem eine weitere Markt- und Technologieentwicklung vollzogen.

Stoffflussdiagramm einer Aminwäsche, Quelle: Fraunhofer IWES
Stoffflussdiagramm einer Aminwäsche, Quelle: Fraunhofer IWES

5. Kongress Biogas in der Landwirtschaft in Bayreuth

Am 26. & 27. September 2017 treffen sich in Bayreuth Fachleute aus Politik, Wirtschaft und Forschung zum Thema „Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven“. Organisiert wird der Kongress vom Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. (KTBL) und der FNR. Im Fokus des Kongresses stehen in diesem Jahr die Chancen der Bestandsanlagen im EEG 2017, Flexibilisierung, Systemintegration, Power-to-Gas, Bioökonomie und die Optimierung der biologischen Prozesse. Begleitend zum Kongress findet eine Posterausstellung (mit geführtem Rundgang) statt, in der Ergebnisse aus aktuellen (Forschungs-)Projekten präsentiert werden.

Informationen zum Programm, Online-Anmeldung und weitere Hinweise zum Biogaskongress finden Sie auf https://veranstaltungen.fnr.de/biogaskongress/.

Kongress "Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven"
Kongress "Biogas in der Landwirtschaft - Stand und Perspektiven"

17. Fachkongress für Holzenergie in Würzburg

Am 28. und 29.9.2017 findet der 17. Fachkongress Holzenergie des Fachverbandes Holzenergie (im Bundesverband Bioenergie e. V.) statt. Der bisher in Augsburg beheimatete Kongress wird in diesem Jahr erstmals auf der Festung Marienberg in Würzburg ausgerichtet. Zur Leitveranstaltung des deutschen Holzenergiemarktes werden rund 200 Branchenvertreter erwartet. Gegenstand und Ziel des Fachkongresses ist es, die für die Holz- und Bioenergiebranche aktuell vielfältigen Gesetzesinitiativen vorzustellen und diesbezügliche Handlungsempfehlungen im Plenum zu diskutieren, aktuelle Marktentwicklungen aufzuzeigen und besondere Projektbeispiele vorzustellen. Zudem soll der Kongress breiten Raum für den Erfahrungsaustausch und für persönliche Gespräche bieten.

Als Partner wird die FNR den Kongress unterstützen sich mit einem Informationsstand im Ausstellerforum beteiligen.