Ziel der Entwicklung

Logo: Demonstrator zur kombinierten Entfernung von H2S und O2 aus regenertaiv erzeugtem Methan, © DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg
Demonstrator zur kombinierten Entfernung von H2S und O2 aus regenertaiv erzeugtem Methan, © DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg

Die Biogasbranche stellt eine wesentliche Säule in der angestrebten Energiewende in Deutschland dar. Hierbei spielt der Ausbau der Einspeisekapazität regenerativ erzeugten Methans ins deutsche und europäische Erdgasnetz eine zentrale Rolle. Das DVGW-Regelwerk schreibt seit 2011 in Gasnetzabschnitten mit einem maximalen Betriebsdruck (MOP) von mehr als 16 bar einen Grenzwert für Sauerstoff von 10 ppmv vor (0,001 Vol.-%), um die Gasnetzinfrastruktur vor Korrosion zu schützen. Ebenso sind die Grenzwerte anderer EU-Staaten für den Sauerstoffanteil von aufbereitetem Biogas zur Einspeisung in das Erdgasnetz in den letzten Jahren kontinuierlich gesunken.
Aus begleitenden Studien zur Gasqualität ist bekannt, dass der Anteil von Sauerstoff im Biogas vergleichsweise hoch ausfallen kann. Neben der Substratzufuhr sind vor allem die Grobentschwefelung mit Luft und die Regeneration der Waschflüssigkeit mit Stripluft bei physikalischen Wäschen typische Quellen für den Eintrag von Sauerstoff.
Der innovative Ansatz des Forschungsprojekts „O2Phy“ liegt in der Kombination der physikalischen Wäsche mit dem Konzept zur gekoppelten Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffentfernung an Eisenoxiden. Hintergrund ist die besonders bei Goethiten (FeOOH) ausgeprägte Eigenschaft, durch H2S-Adsorption entstandenes Eisensulfid mit Hilfe von Sauerstoff regenerieren zu können (unter Abscheidung von elementarem Schwefel). Damit bilden diese Massen bei entsprechender prozesstechnischer Einbindung und verfahrenstechnischer Verschaltung mehrerer Kolonnen die Möglichkeit, zyklisch sowohl H2S wie auch O2 aus dem Gasstrom abscheiden zu können.

Vorteile und Lösungen

Im Rahmen des Projektes wurden als erster Schwerpunkt geeignete Eisenmassen für dieses Verfahren identifiziert und erprobt. Im zweiten Schritt wurde ein Demonstrator konzipiert, ausgelegt und in einem mobilen Labor an einer Biogaseinspeiseanlage zur Durchführung eines umfangreichen Feldtests integriert.
Kernstück des Demonstrators sind zwei mit Eisenmasse befüllte Kolonnen, die wechselseitig mit Rohgas (Entschwefelung) und Biomethan (Sauerstoffentfernung) beaufschlagt werden.
Für potenzielle Anwender liegt der Vorteil in der Effizienz des Verfahrens, die Schwefelwasserstoffentfernung mit der Sauerstoffentfernung nach der physikalischen Wäsche zu kombinieren, und damit ihre Biogaseinspeiseanlagen zu optimieren. Die Eisenmassen stellen ein kostengünstiges Adsorbens für beide Prozesse dar, sodass sich wirtschaftliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Verfahren der Sauerstoffentfernung ergeben.

Zielgruppe und Zielmarkt

Im Feldtest konnte die Eignung des Verfahrens zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte für Sauerstoff nachgewiesen und das Verfahren optimiert werden.
Die Untersuchungen im Rahmen des Projekts „O2Phy“ haben gezeigt, dass das materialabhängige Verhältnis von optimaler Schwefelwasserstoff- und Sauerstoffkonzentration von entscheidender Bedeutung für die Anwendung des Verfahrens ist. In der Konsequenz ist es zielführend auf eine biologische Grobentschweflung im Fermenter zu verzichten.
Die Ergebnisse des Projekts bieten eine gute Grundlage zur Weiterentwicklung des Verfahrens insbesondere in Hinblick auf die Anpassung auf die konkreten Verfahrensbedingungen der betrachteten Biogasanlage, da die Konzentrationen der zu entfernenden Gase substrat- und verfahrensbedingt sehr unterschiedlich sein können. Hierfür gilt es anwendungsnahe Auslegungsmethoden und Handlungsempfehlungen zu entwickeln. Die genannten Vorteile sind somit auch für Betreiber konventioneller Anlagen interessant, die eine Umstellung auf Biogaseinspeisung planen.