Forschungsprojekt Mona

Im Mai 2011 haben die Projektpartner Fraunhofer IWES, DBFZ, Fraunhofer UMSICHT, KTBL, PTB und die Universität Stuttgart durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) eine Zuwendung für das Forschungsprojekt „MONA – Monitoring des Biomethanproduktionsprozesses“ erhalten.

Gesamtziel dieses Projektes war eine Bewertung von Biogasaufbereitungstechniken zur Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz oder zur Nutzung als Treibstoff hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen, Wirtschaftlichkeit, Betrieb und Technik. Dazu wurden bestehende Anlagen in Deutschland betrachtet. Schwerpunkte dieser Betrachtung waren die Analyse von: Investitionskosten, Betriebskosten, Personalbedarf, Energiebedarf, Betriebsmittelbedarf, Abfallstoffe, Anlagenverfügbarkeit und Umweltauswirkungen.

Dafür wurde zuerst der aktuelle Stand der Technik der Biogasreinigungs- und Biogasaufbereitungstechnologien umfangreich dargestellt.
Mit dem Ziel, wissenschaftlich beleg- und belastbare Daten zu erhalten, wurde neben der Aufnahme verschiedener Betriebsparameter ein Messprogramm zur Quantifizierung und Qualifizierung der Rohgas-, Produktgas- und Abgasströme an 8 Biogasaufbereitungsanlagen (BGAA) aus der Praxis durchgeführt. Die dafür benötigten Messgeräte wurden in einem speziell konzipierten Pkw-Messanhänger untergebracht und waren damit mobil verfügbar.

An den in 2014 und 2015 untersuchten Biogasaufbereitungsanlagen wurde eine Spurengasanalytik durchgeführt, die Methanverluste bestimmt, sowie eine verfahrenstechnische und energetische Bilanzierung vorgenommen.

So konnte an den Anlagen ein Methanschlupf zwischen 0,04 und 4,1 Vol.-% (Volumenprozent) festgestellt werden. Bei den untersuchten Aminwäschen war die Methan-Emission mit durchschnittlich 0,04 - 0,12 Vol. - % am geringsten, gefolgt von der Druckwasserwäsche mit 1,3 Vol. - % und der Druckwechseladsorption mit 1 - 1,6 Vol.-%. Die jüngste Aufbereitungstechnologie zum Untersuchungszeitpunkt war die Membrananlage, welche mit 4,1 Vol. - % den höchsten Methanschlupf aufwies. Damit lagen alle Verfahren bis auf die Aminwäschen über dem Grenzwert von 0,2 Vol.-% Methan gem. Gasnetzzugangsverordnung (gewertet als maximale Methanemissionen in die Atmosphäre) und benötigen einer Abgasnachbehandlung.

Bei der Betrachtung der Kosten der Aufbereitung zeigten sich signifikante Größendegressionseffekte und Unterschiede hinsichtlich der Verfahren. Die höchsten Aufbereitungskosten hatten mit bis zu 2,3 ct/kWhHs die kleinsten BGAA mit einer Aufbereitungskapazität bis 500 mn³/h Rohgas. Bei den untersuchten Anlagen mit einer Aufbereitungskapazität von 700 mn³/h Rohgas lagen die Kosten zwischen 1,29 bis 1,89 ct/kWhHs. Bei einer Aufbereitungskapazität von 2.800 mn³/h Rohgas wurden mit 0,66 – 0,83 ct/kWhHs die geringsten Kosten für die Aufbereitung ermittelt.

Es muss festgestellt werden, dass die ermittelten Ergebnisse an den Projektanlagen nicht in jedem Fall repräsentativ für das gesamte Anlagenspektrum eines Aufbereitungsverfahrens sein können, sondern sich auf die entsprechende Anlagenkonstellation des jeweiligen Verfahrens beziehen. Dies ist auf die erheblichen Markt- und Technologieentwicklungen und die Vervielfachung des Anlagenbestandes der letzten Jahre zurück zu führen.

Abschließend wurde der online öffentlich zugängliche KTBL Wirtschaftlichkeitsrechner „Biogas“ mithilfe der technischen Kennwerte und ökonomischen Annahmen der Biogasaufbereitung um ein Modul zur Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz erweitert.