Mit Hilfe eines Sauerstoffgenerators von Atlas Copco wird Biomethan als sauberes Gas in das Versorgungsnetz eingespeist
Ein Sauerstoffgenerator von Atlas Copco unterstützt Nat-Ur-Gas Solschen bei der Produktion von sauberem Methan in deren Biogasanlage in Deutschland. Die Entschwefelung von Biogas mithilfe von Sauerstoff ergibt eine nachhaltige Energiequelle für das Netz. Ein weiterer Vorteil ist die Senkung der Betriebskosten um bis zu 50 % durch eine verbesserte Energieeffizienz.
Die Verwendung eines Kompressors mit variabler Drehzahl von Atlas Copco ermöglicht zudem eine genaue Regelung des Sauerstoffgehalts unterhalb der unteren Explosionsgrenze, wodurch die Sicherheit der Anlage gewährleistet wird.
Die Druckluft aus dem Kompressor gelangt mit einem Druck von 10 bar über einen Aktivkohlefilter, einen Ölabscheider und einen Schmutzfang in einen Speicherbehälter (links im Bild). Von diesem aus wird der Sauerstoffgenerator gespeist.
Mit der Konzeption und dem Bau der Biogasanlage haben Heinrich Schaper und Michael Klawitter von der Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & Co. KG 2016 die Bioconstruct GmbH mit Sitz in Melle beauftragt. Zurzeit erzeugt die Anlage stündlich 1500 m3 Biogas mit einem durchschnittlichen Methangehalt von 53 %. Das erzeugte Biogas wird in einer Aufbereitungsanlage über Membranen kontinuierlich auf einen Methangehalt von 94 % konzentriert. „Stündlich speisen wir 700 Kubikmeter Biomethan ins Gasnetz ein“, bilanziert Klawitter. Das Biogas wird im Rahmen eines langfristigen Abnahmevertrags an den Münchner Energieversorger BayWa verkauft.
Das Herzstück des Biogas-Prozesses von Bioconstruct sind die Fermenter, in denen Bakterien organisches Material zersetzen, um Biogas zu produzieren. 3,5 Tonnen frische Biomasse oder Substrat benötigen die beiden Fermenter jeweils pro Stunde. Nachhaltigkeit ist ein wesentliches Merkmal des Geschäftsmodells: Das Substrat kommt von Landwirten aus der Region und der entstehende Gärrest wird als Dünger wieder zurückgeliefert.
„Das größte Problem bei der Herstellung von Biogas ist der entstehende Schwefelwasserstoff.Er verklebt zum einen die Filter in der Aufbereitungsanlage. Zum anderen wird er bei der Verbrennung des Biogases in Schwefeldioxid umgewandelt und führt zu Korrosion in Armaturen und Motoren. Deshalb müssen wir versuchen, so viel Schwefelwasserstoff wie möglich aus dem Gas zu eliminieren.“
Die biologische Entschwefelungsmethode
Die Biogasanlage im niedersächsischen Solschen erzeugt Biogas mit einem durchschnittlichen Methangehalt von 53 %.
In Solschen hat man sich für die sogenannte biologische Entschwefelung entschieden. Bei diesem Verfahren wird der Schwefelwasserstoff unter Zugabe von Luft oder Sauerstoff von speziellen Bakterien im Fermenter zu elementarem Schwefel und Wasser umgesetzt. Der Schwefel verbleibt im Gärrest und erhöht dessen Düngewert, während das gereinigte Gas die weiteren Aufbereitungsstufen durchlaufen kann.
„Wir haben uns bewusst für eine Entschwefelung mit Sauerstoff entschieden“, erklärt Klawitter. „Denn anders als bei der Entschwefelung mit Umgebungsluft können wir unseren O2-Generator genau steuern. Dadurch haben wir unter anderem in puncto Explosionsschutz die volle Kontrolle. Wir wissen, dass wir einen O2-Gehalt von 94 Prozent haben und können die Sauerstoffzugabe so dosieren, dass wir definitiv immer unter der unteren Explosionsgrenze von 2,3 Prozent liegen.“ Der Sauerstoff wird von oben in die Fermenter geblasen. Zusammen mit dem Biogas wird er unter den Kuppeln der halbkugelförmigen Gärrest-Zwischenlager verteilt.
Die Anlage zur Sauerstoffversorgung wurde von Atlas Copcos Handelspartner D & N Drucklufttechnik GmbH & Co. KG, ebenfalls mit Sitz in Melle, geplant und realisiert. Sie besteht aus einem öleingespritzten drehzahlgeregelten Schraubenkompressor GA 11 VSD+, einem O2-Generator vom Typ OGP 8, jeweils einem Speicher für Druckluft und Sauerstoff sowie den notwendigen Filterstufen für die Druckluft- und O2-Aufbereitung. Die erzeugte Druckluft gelangt mit einem Druck von 10 bar über einen Aktivkohlefilter, einen Ölabscheider und einen Schmutzfang in einen Speicherbehälter. Von dem aus wird der O2-Generator gespeist, der die Luft auf einen Sauerstoffgehalt von 94 % anreichert. Über einen weiteren Puffertank und zwei elektronische Durchflussmesser gelangt der Sauerstoff schließlich in die Fermenter.
„Momentan blasen wir im Schnitt pro Stunde neun Kubikmeter Sauerstoff in die Fermenter ein“, sagt Klawitter. Der Volumenstrom schwankt in Abhängigkeit von der produzierten Biogasmenge zwischen sechs und elf Kubikmetern, damit der Sauerstoffgehalt die untere Explosionsgrenze niemals überschreitet. Dafür muss auch die Druckluftversorgung flexibel sein – ein Grund, warum man sich für die drehzahlgeregelte Maschine von Atlas Copco entschieden hat.
Der zweite große Vorteil der Drehzahlregelung ist der geringe Energieverbrauch, der die Betriebskosten senkt. Die GA-VSD+-Kompressoren von Atlas Copco arbeiten mit einer Drehzahlregelung der neuesten Generation und sind mit besonders energiesparenden Permanentmagnetmotoren ausgestattet. Im Vergleich zu einem System mit Last-Leerlauf-Regelung ermöglicht dies Einsparungen von bis zu 50 %.
Die Entschwefelung von Biogas schützt auch die Aktivkohlefilter, die der Aufbereitungsanlage vorgelagert sind. Ohne Entschwefelung würde der Schwefelgehalt des Rohgases die Lebensdauer der Filter radikal verkürzen und so die Betriebskosten erhöhen. Außerdem braucht die Aktivkohle mindestens 0,4 bis 0,5 Prozent Sauerstoff, um ihre volle Wirksamkeit zu entfalten. Die Sauerstoffversorgung der Anlage in Solschen ist daher so kritisch, dass Nat-Ur-Gas Solschen bereits an der Umsetzung einer Redundanzlösung arbeitet.
Auch den Service von Atlas Copco hebt Michael Klawitter positiv hervor.
Bei einem selbstverschuldeten Ausfall des Generators hätten Servicetechniker den Generator sehr schnell wieder zum Laufen gebracht. Im Zuge der letzten Wartung sei man zudem – ohne darum gebeten zu haben – komplett in die Anlagentechnik eingewiesen worden.