DE | EN | FRSucheNavigation öffnen
DE | EN | FRSucheNavigation öffnen
ZUSE - GemeinschaftZUSE - Gemeinschaft
Startseite / LEISTUNGEN / Halbtechnische Versuchsanlagen / Biogas-Entschwefelung

Innovative Lösungswege zur Biogasaufbereitung

Entwicklung eines Verfahrens zur Nutzung von Nitrat aus Abwasser als Sauerstoff-Donator für eine biologisch oxidative Biogas-Entschwefelung

Biogas, ein energiereiches, brennbares Gas, ist das Endprodukt des anaeroben Abbaus organischer Masse. Hauptbestandteil des Biogases ist das energetisch nutzbare Methan (CH4). Biogas enthält neben Methan jedoch auch große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2) und weitere Begleitgase. Sehr problematisch ist dabei Schwefelwasserstoff (H2S), welcher vermehrt bei der Umsetzung von proteinhaltigem Substrat gebildet wird. Hierbei können häufig H2S Konzentrationen von 200 bis 5.000 ppm (0,02 bis 0,5 Vol.-%) im erzeugten Biogas auftreten.

Bei der Verbrennung von H2S entsteht Schwefeldioxid (SO2). SO2 wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas. Gleichzeitig führt es durch Korrosion und Schmiermittelversäuerung zu einer Schädigung der Gasmotoren. Apparate zur katalytischen Abgasreinigung werden durch Schwefeloxide (SOX) in ihrer Funktion eingeschränkt. Zudem hat H2S schon in sehr geringen Dosen eine hoch toxische Wirkung auf viele Organismen.

Aktuelle Aspekte, wie die stetige Verschärfung der gesetzlichen Emissionsanforderungen und der Bedarf zur energetischen Optimierung, erfordern eine innovative Weiterentwicklung der Biogasreinigung, insbesondere die Entfernung von Schwefelwasserstoff. Die Verwendung eines biologisch-oxidativen Reinigungsverfahrens stellt eine nachhaltige und ganzheitliche Vorgehensweise bei der Biogasentschwefelung dar, um den vorgesehenen Wirkungsgrad für Biogasmotoren und einen wartungsarmen Betrieb ohne Laufzeitverkürzungen gewährleisten zu können.

Beschreibung des Verfahrens

Im Rahmen des ZIM Förderprogrammes vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) wurde das innovative Nitro-SX Entschwefelungsverfahren konzipiert und eine Versuchsanlage geplant und gebaut, um den H2S-Gehalt von Biogas mikrobiologisch zu reduzieren. Dazu wird die Anlage mit Gärrest und Biogas aus einer Biogasanlage betrieben, um realistische und praxisnahe Betriebsbedingungen abzubilden. Es werden die natürlich vorkommenden Mikroorganismen sowie Nährstoffe aus dem Gärrest verwendet, welche reduzierte Schwefelverbindungen zur Energiegewinnung umsetzen (chemolithotrophen Bakterien). Bei der biologischen Entschwefelung werden diese Stämme genutzt, um H2S im Biogas gemeinsam mit Nitrat (NO3) abzubauen. Der Umsatz erfolgt stufenweise über elementaren Schwefel bis zum Sulfat. Die gewonnene Energie wird für den Stoffwechsel und das Wachstum benötigt.

Die Versuchsanlage besteht aus einer Biogasgegenstromabsorptionskolonne mit angeschlossenem Moving-Bed-Bio-Reactor (MBBR), um die Rahmenbedingungen zur Verfahrenstechnik zu validieren. Die Versuchsanlage incl. Mess-Steuer-Regelungs-Technik (MSR) wurde kompakt in Containerbauweise in Kooperation mit den Firmen EvU Innovative Umwelttechnik und aquatec-Reuter gefertigt.

Ausblick

Die Untersuchungsarbeiten dauern fort. Im Rahmen des derzeit und bis Juli 2022 laufenden Folgeprojektes, welches über die Förderrichtlinie Inno-Kom vom BMWi gefördert wird, sollte das Verfahren weiterentwickelt werden. Ziel dieses Folgeprojektes ist es, ein vertieftes Verständnis der mikrobiologischen Phänomene über Langzeitversuche zu generieren, sowie das Nitro-SX-Verfahren auf eine Marktreife zu bringen, die für Betreiber eine wirtschaftliche und umweltschonende Möglichkeit für Bau- und Betrieb ermöglicht. Bei dieser Betrachtung sollen sowohl energetische als auch verfahrenstechnische Fragen beantwortet werden. Insbesondere werden folgende Aspekte erarbeitet:

  • Entwicklung eines großtechnischen Anlagenkonzeptes inkl. chemischer Berechnungen, Reaktordesign und Bemessung der zugehörigen Komponenten
  • Detaillierte Konzeptentwicklung für die Steuerung und Automatisierung der großtechnischen Anlage
  • Monetäre Bewertung der betrieblichen und verfahrenstechnischen Aspekte und Scale-Up des Verfahrenskonzeptes

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Alejandra Lenis
+49 (0) 241 80 2 68 42 / E-Mail

Dr.-Ing. Kristoffer Ooms
+49 (0) 241 80 2 68 22 / E-Mail

Jochen Schunicht
+49 (0) 241 80 2 79 71 / E-Mail