DVGW Technologie-Report Nr. 3/09

Biogas aus pflanzlicher Biomasse oder Gülle kann als Zusatz- und Austauschgas für Erdgas eingesetzt werden. Bevor das Gas die erforderliche Qualität für die Einspeisung ins Erdgasnetz aufweist, muss es allerdings gereinigt werden. Gase der öffentlichen Gasversorgung müssen den Anforderungen gemäß DVGW-Arbeitsblatt G 260 bzw. G 262 entsprechen. Um diese zu erfüllen, sind Grenzwerte für die Anteile an Wasser, Schwefelwasserstoff oder Kohlenstoffdioxid einzuhalten. Diese Inhaltsstoffe werden daher mit den entsprechenden technischen Verfahren entfernt. Zur Steigerung des Brennwerts wird dabei auch der Stickstoffgehalt reduziert. In einer Studie der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Universität Karlsruhe wurden verschiedene Reinigungsverfahren miteinander verglichen. Weitere Forschungsprojekte des DVGW befassten sich mit der Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze und mit der Entwicklung der Biogastechnologie in Europa.

Die Biogasaufbereitung geschieht in mehreren Reinigungsschritten. Hierzu gehören im Wesentlichen die Trocknung, die Schwefelentfernung und die CO₂-Entfernung. Die verschiedenen Verfahren unterscheiden sich durch die Anordnung dieser Einzelschritte. Auch der Energiebedarf der Anlagen variiert. Bei einer Betriebstemperatur zwischen 35 und 55 °C müssen die meisten der Anlagen beheizt werden. Hierzu kann eine externe Energiezufuhr verwendet werden, oder die Wärme wird intern erzeugt, wofür bis zu 10 Prozent der Energie des Biogases aufgewendet werden müssen.

Bei der Aufbereitung sind die Entfernung von CO₂ und die Druckerhöhung auf den Netzdruck besonders energieaufwändig. Chemische Verfahren haben einen hohen thermischen Energiebedarf, während physikalische Verfahren wie die Druckwechseladsorption oder die Druckwasserwäsche hauptsächlich elektrische Energie benötigen. Den niedrigsten Gesamtwirkungsgrad weist mit 61 Prozent die chemische Wäsche auf.

Auf der Basis von ausgewählten Beispielen und Literaturangaben berechneten die Forscher auch die spezifischen Kosten für die Biogasaufbereitung. Diese betragen, je nach Anlagengröße (1000 oder 500 m³/h Rohbiogas), zwischen 1,7 und 2,3 Cent/Kilowattstunde. Betrachtet wurde dabei jeweils die Prozesskette von der Grobentschweflung des Biogases bis zur Nachtrocknung für einen H₂S-Gehalt im Rohbiogas von 500 ppm.

Ein Projekt des Gaswärme-Instituts in Essen untersuchte die Bedingungen für die regelkonforme Einspeisung von aufbereitetem und konditioniertem Biogas in die Erdgasnetze. Um die Einspeisung ohne netzseitige Maßnahmen zu ermöglichen, muss das Biogas bestimmte Anforderungen bezüglich der Beschaffenheit und der verbrennungstechnischen Kenndaten erfüllen. Durch schematisierte Handlungsempfehlungen können die Zielbeschaffenheiten unter Berücksichtigung der geltenden Regelanforderungen einfach identifiziert werden. Hierzu wurden Diagramme entwickelt, die bereits in der Planungsphase die Anforderungen der Einspeisung aufzeigen und von Gasversorgungsunternehmen und Anlagenbetreibern genutzt werden können.

Um auf brennwertgleiche Gasbeschaffenheiten im Netz zu kommen, sind bei der Biogaseinspeisung gegebenenfalls Flüssiggas-Zumischungen notwendig. In dem Projekt wurden die entsprechenden Zumischraten für Erdgase unterschiedlicher Herkunft ermittelt, die Anforderungen für die Zumischung zur Erreichung des Zielbrennwertes erläutert und anschließend die Pfade zur „Ziel-Qualität“ beschrieben. Damit konnten die regelwerksseitigen Voraussetzungen geschaffen werden. Außerdem sind Aspekte zur Methanzahl und zur Kondensation für die wichtigsten Gemische mit aufgenommen worden. Die Ergebnisse flossen in die DVGW-Prüfgrundlage VP 265 (Anlagen für die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze) ein.

Schweden hat mit 230 Anlagen zur Biogasaufbereitung eine beachtliche Anzahl an Anlagen, wobei das Biogas vor allem lokal als Brennstoff verwendet wird. Acht Anlagen zur Biogaseinspeisung in die Netze existieren dort bereits. In Deutschland sind über 4000 Biogasanlagen in Betrieb, davon bisher 15 Anlagen mit Einspeisung von aufbereitetem Biogas, weitere 21 Anlagen zur Biogasaufbereitung und Einspeisung sind in Bau bzw. in der Planung.

Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass in Deutschland durch gesetzliche Regelungen die größte Unterstützung für die Einspeisung von Biogas in die Netze geleistet wird. In den Ländern mit geringerer Unterstützung wird auch signifikant weniger Biogas produziert. Dies liegt zum Teil auch am starken Anstieg der Preise bei den Rohstoffen bzw. den Substraten. Hierfür werden im europäischen Raum verschiedene Konzepte angewendet. Neben nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo) oder Gülle werden insbesondere in der Schweiz Abfälle aus der Lebensmittelbranche bzw. dem Einzelhandel mit anderen Preisstrukturen für die Biogasproduktion eingesetzt.

Wie aus der Studie hervorgeht, beeinflussen strengere Maßnahmen zur Kontrolle und Überwachung der Biogasqualität in den verschiedenen Ländern nicht den Ausbau der Biogasnutzung. Ausschlaggebend ist im Gegenteil die Förderung der Technologieentwicklung. Mit diesen Randbedingungen wächst die Chance auf eine wirtschaftliche Biogaserzeugung und -einspeisung, so dass bald mit einem nennenswerten Beitrag zur öffentlichen Gasversorgung zu rechnen ist. Der DVGW trägt dazu mit seinen Forschungen und der Erarbeitung des Regelwerkes bei.