Biomethanherstellung mit dem BCM -Verfahren Biomethanherstellung mit Aminwäsche Ergebnisse einer systematischen Forschung seit 2001

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1 Biomethanherstellung mit dem BCM -Verfahren Biomethanherstellung mit Aminwäsche Ergebnisse einer systematischen Forschung seit Vortrag: Dr. Günther DGE GmbH Zeven am

2 Leistungsprofil der Firma DGE GmbH Unternehmen seit 1991 im Anlagenbau tätig Planung und Bau von Anlagen zur Abwasser und Abgasreinigung in der Industrie Von 1991 bis 2006 wurden über 300 Anlagen weltweit errichtet Schwerpunkte bei der Gasreinigung sind Einsatz eigener Verfahren, wie Wäsche, Adsorption, Biologie, Verbrennung und Katalyse und kombinierten Verfahren

3 Systematische Forschungs- und Entwicklungsstrategie seit Analyse des Marktes; Bau und Test von PSA und DWW-Anlagen 2. Bau und Analyse von Aminwäschen 3. Wissenschaftliche Auswertung und Verfahrenoptimierung Aufarbeitung von Biogas und Klärgas Pilotanlage Prototyp Großanlage Neues Fermentationskonzept Biogasherstellung und Biomethanherstellung bilden eine Einheit Laboranlage Autoklaven

4 Von allen alternativen Energien bietet Biogas und damit Bioerdgas die sicherste und vor allen stabilste Versorgungssicherheit

5 BCM -Verfahrensprozess Schema-vereinfacht Verfahrensvorteile - Prozessführung ab Normaldruck - Kaum Zusatzwärme erforderlich, da Abwärme für Fermenterheizung - Niedrige Waschmittelverluste - Neue Möglichkeiten für die wirtschaftliche Prozessführung

6 Vorteile des BCM-Verfahrens Energieaufwand bezogen auf Biomethan Wärme 6-11 % je nach Rohgasqualität davon Abwärmenutzung % für Fermenterheizung Elektroenergie 1-3 % Produktreinheit bis 99 % Methangehalt Flexibilität % Anlagenleistung Methanverluste <0,1 %

7 Wirtschaftlichkeit des BCM-Verfahrens Beispiel Wärmepreis Strompreis 38 /MWh oder 3,8 cent/kwh 165 /MWh oder 16,5 cent/kwh 1 Nm³ Biomethan = 10,8 kwh Aufbereitungskosten Wärme Wärmerückgewinnung (50%) Wärmekosten Strom Gesamtkosten oder Wenn heute Biomethan zu 7,5 bis 9,5 cent/kwh gehandelt wird, sind diese Aufbereitungskosten gerechtfertig! 2,46 4,51 cent/nm³bm 1,23 2,25 cent/nm³bm 1,23 2,25 cent/nm³bm 1,78 2,67 cent/nm³bm 3,01 4,92 cent/nm³bm 0,29 0,46 cent/kwh Biomethan ist besonders wirtschaftlich, wenn es wie in der Schweiz in Niedrigdrucknetze eingespeist wird.

8 BCM -Verfahren Anlagenbeispiele aus 2006 und 2007 Kleinanlage 25 Nm³/h Großanlage 600 Nm³/h Derzeit sind mehrere Anlagen im Bereich von 500 bis Nm³/h im Bau und in Planung.

9 BCM -Verfahren in Obermeilen Biomethan aus Klärschlamm mit Kofermentation Die ökologisch effektivste Art zur Herstellung von Bioerdgas Klärwerk für Einwohner Inbetriebnahme Juni 2008 Biomethanproduktion ca Nm³ bis Anlagenkapazität Versorgung von 200 bis300 Haushalten mit Erdgas pro Jahr oder für bis zu Personen Verhältnis Biomethanproduktion aus Klärschlamm:Kofermenten ist mit 1:5 realisierbar

10 BCM-Technolgie als Leuchtturmprojekt in der Schweiz Technischer Fortschritt setzt sich durch

11 BCM-Anlage in Obermeilen Weltweit erste BCM-Anlage mit Biomethaneinspeisung Erstes Aufbereitungs- und Einspeiseverfahren für Biomethan, das den Anforderungen der EMPA- Studie gerecht wird.

12 23:00:00 00:00:00 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen Biomethan aus Klärgas mit Kofermentation mit dem BCM-Verfahren Wochenprofil 3.kW 2009 Anlagenflexibilität praktisch ohne Grenzen Biomethanmenge in m³/h 0 00:00:00 01:00:00 02:00:00 03:00:00 04:00:00 05:00:00 06:00:00 07:00:00 08:00:00 09:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 Uhrzeit

13 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen Bio-Erdgas aus Klärgas mit Kofermentation mit dem BCM-Verfahren Wochenprofil 4. kw Bio-Erdgasmenge in m³/h :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:00 Uhrzeit

14 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen BCM-Regelcharakteristik Tagesprofil einer Biomethanproduktion aus Klärschlamm mit Kofermentation Leitstung % Füllstand % Biomethanmenge m³/h :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:00 Uhrzeit Verdichter A Verdichter B Gasspeicher Biomethanmenge in m³/h

15 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen Ergebnisse der Leistungsfahrt vom mit konstanten Bedingungen Anlagenleistung Verbräuche incl. Einspeisung und Trocknung el. Strom Wärme in % kw el./m³ BM kw th./m³ BM 50 0,27 0, ,24 0, ,20 0, Garantiewerte 0,30 0, Ziel ,15 0,62

16 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen Biomethanproduktion mit dem BCM-Verfahren Tagesprofil spezifischer Verbauch an eleltrischem Strom und Wärme inc. Einspeisung Tagesmittelwerte bezogen aud Biomethan 7,3 % Wärme und 2,01% el. Strom 0,2 0,18 0,16 Energiebedarf in kwh/kw 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0, :00:00 02:24:00 04:48:00 07:12:00 09:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00 00:00:00 Uhrzeit Wärme kwh/kw BM Elektroenergie kwh/kw BM

17 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen BCM-Wärmeverbrauch für Klärgas Tagesprofil mit Lastschwankungen von 1:3 Wärmeverbrauch in kwh/m³ 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Biomethanmenge in m³/h :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00:00 Uhrzeit BCM-Wärmeverbrauch Biomethanmenge

18 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen BCM-Wärmeverbrauch für Klärgas mit Kofermentation Tagesprofil mit Lastschwankungen 1:3 1,4 Wärmeverbrauch kwh/m³ Klärgas 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Biomethanmenge m³/h kw/m3 Linear (kw/m3)

19 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen Zusammenstellung der einzelnen Stromverbraucher 100 % Anlagenleistung = 100 Nm³/h Klärgas Einspeisungsdruck: 30 mbar Anlagenleistung Aminwäsche Einspeisung Tischkühler Kaltwassersatz Thermalöl Trocknung Lüftung/MSR Summe % kw kw kw kw kw kw kw kw 30 1,55 0,29 0,1 1,8 1,7 0,28 1,3 7, ,3 0,82 0,3 1,8 1,7 0,28 1,3 8, ,7 1,2 0,7 1,8 1,7 0,28 1,3 9,68

20 Ergebnisse der BCM-Anlage in Obermeilen gemeinsame Erfolge machen uns stark Eine außergewöhnliche Ehrung Auszeichnung von Dr. Günther durch die Erdgas Zürich AG mit der Ehrenkuhglocke für die erste Bio-Erdgaseinspeisung aus Klärgas in der Schweiz ohne Methanverluste

21 Klärschlamm mit Kofermentation die ökologische Zukunft auch für Deutschland Klärschlammaufkommen in Deutschland 3 Mio t TS/a Methanproduktion pro t TS Klärschlamm 300 m³/t TS Theoretische Methankapazität 900 Mio m³ /a in Kombination mit Kofermentation Mio m³/a Biogasproduktion in Deutschland 2007 gesamt Mio m³/a Gigantische, bisher ungenutzte Potentiale zur Energieversorgung ermöglichen der Biogasbranche eine weltweit neue Dimension. Die Technik mit dem BCM-Verfahren dazu ist nachweisbar erprobt verfügbar. Initiative Mitteldeutschland des Netzwerk Innogas

22 BCM-Anlagentechnik Anlagenentwicklung Waschmittel Reaktionsgeschwindigkeiten für unterschiedliche Amine Geschwindigkeitskonstante k[ l/gmol s] Temperatur C MEA DEA MDEA

23 Bildung von Alterungsprodukten mit DEA Bildung von Alterungsprodukten mit DEA Gaschromatogramme der Waschlösung aus Zürich 14,8 14,0 13,0 12,0 11,0 1 - KALIBRIERUNG MEA DEA Dezember 2007 GC #127 [modified by freier] Zürich beladen fid 2 - KALIBRIERUNG MEA DEA Dezember 2007 GC #163 [modified by freier, 2 peaks manually assigned] Zürich beladen vom fid mv 30 %ige DEA-Lösung nach Befüllung der Anlage DEA-Lösung nach dreimonatigem Betrieb DEA - 13,508 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 TEA - 17,690 BHEP - 18,675 2,0 1,0 0, ,204 21,272 22,929 min -0,9 2,3 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,8

24 Chemische Reaktionen bei der Bildung der Alterungsprodukte aus DEA OH O OH OH OH H N + CO 2 O N - H 2 O + DEA - CO 2 N N H DEA OH HEOD - H 2 O OH THEED HO N N OH BHEP DEA ist ein sekundäres Amin und nimmt Kohlendioxid schnell auf. Die stabilen Alterungsprodukte (THEED und BHEP) sind im Gegensatz zu DEA tertiäre Amine. Sie leisten auch einen Beitrag zur Beladungskapazität der Lösung. Ihre Kinetik ist jedoch deutlich schlechter.

25 BCM-Anlagentechnik Anlagenentwicklung Waschmittel Entwicklung von Waschmittelkombinationen mit dem Zielen hohe Kapazität geringe Energiekosten zur Regeneration Alterungsstabilität Von DGE GmbH wurden in den Jahren 2007/2008 viele Waschmittelkombinationen untersucht. Fragestellungen: Alterungsbeständigkeit Verhalten der Schwefelverbindungen (stabile Salze) BCM-Sorb grenzt sich deutlich durch erhöhte Gebrauchseigenschaften von allen bekannten Aminkombinationen ab.

26 BCM-Verfahrensentwicklung-Gesamtüberblick Ökologischer und wirtschaftlicher Verbund von alternativer Energieerzeugung aus Abfall oder NaWaRo

27 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Bio Thermophile Eigenproduktion extrazellulärer Enzyme zur Erhöhung der Biogasausbeute Forschungsvorhaben bis Durch verbesserte Fermentationstechnik wird in Kombination mit einer neuen mehrstufigen Hydrolyse und einem gezielten Biomassemasseaufschluss ein Biogas von 75 bis 82 Vol.% erzeugt Völlig neues Konzept der Entschwefelung Kosten für die Biomethanerzeugung werden drastisch reduziert Gegenüber dem derzeit erreichten Stand der Technik wird die Methanausbeute deutlich verbessert Ergebnisse wurden in einer Labor- und Technikumsanlage bereits nachgewiesen

28 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Clean Neues druckloses Verfahren einer Wasserwäsche als Vorbehandlungsverfahren zur Biogasaufbereitung. Aufkonzentration des Methangehaltes von 51 auf 70 Vol.% und darüber. Strippung des Waschwassers erfolgt mit Normaldruck oder unter Vakuum. Bisher wurden mit einer Anlage für 50 Nm³/h Biogas sehr gute Ergebnisse erzielt.

29 BCM-Verfahrensentwicklungen Biogas Prinzipschema BCM-Clean-Verfahren Waschkolonne Strippkolonne 1 Strippkolonne 2 (Normaldruck oder Vakuum) Waschwasserkreislauf

30 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Clean-Verfahren in Kombination mit BCM-Sorb-Verfahren links Aminwaschkolonne mitte Wasserwäsche rechts Vakuumstrippung

31 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Clean Technische Daten GC-Messungen CH4 CO2 N2/O2 (Angaben in Vol.%) Rohbiogas 53,0 46,1 0,86 Reinbiogas 60,46 38,01 1,50 Normadruckstrippung 70,52 26,72 2,73 Normaldruckstrippung bei Unterdruckstrippung N2/O2-Anteile über 50% geringer Vorteile: Wärmeverbrauch mit BCM-Sorb in Obermeilen 100-Anlagenleistung 61Vol% CH4 0,73 kwh/m³ BM = 0,445 kwh/m³ Klärgas nachgewiesen 0,62 kwh/m³ BM = 0,378 kwh/m³ Klärgas ist Zielstellung für 2009 Durch Vorwäsche erreichbare Aufkonzentration auf 71 Vol.% CH4 ermöglicht Die Absenkung des Wärmeverbrauches auf 0,28 kwh/m³ Klär- oder Biogas Nachteile: Zusätzlich 0,2 % Methanschlupf und 0,5 bis 1 Vol.% Inerte im Biomethan

32 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Dry Drucklose Trocknung des Biomethans mittels PTSA. Pressure-temperature-swing-adsorption Das Biogas wird auf eine Temperatur von etwa 5 C vorentfeuchtet (8725 vppm) und danach mittels PTSA auf die Bedingungen Taupunkt 8 C bei 5 bar Netzgasdruck getrocknet (2.191 vppm Wasser) neue Vorschrift der Bio-Erdgaseinspeisung in der Schweiz vppm Wasser bei 1013 mbar entspricht einem Taupunkt von -11,8 C bzw. einer relativen Feuchte von Erdgas von 9,4 %. Trocknung - so gut wie nötig und nicht so gut wie möglich.

33 BCM-Verfahrensentwicklungen BCM-Dry-Verfahren drucklose Biomethantrocknung als Tagesprofil Temperatur C relative Feuchte % Biomethan m³/h :00:00 03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 00:00: Wasseranteil in vppm -80 Uhrzeit 1 re.feuchte Temperatur Biomethanmenge" Taupunkt 1 bar vppm H2O

34 BCM-Anlagenentwicklungenen BCM-Deponie Aufbereitung von Deponiegas zu Biomethan und deren Kombination in der Aufbereitung mit landwirtschaftlichen und kommunalen Biogasanlagen. BCM-LNG Eigenes Verfahren zur Verflüssigung von Biomethan BCM-Syn Eigenes Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus Biogas Weltweit erste Patenterteilung dazu.

35 BCM-Referenzanlagen Deutschland 2009 Kunde Powerfarm Tuningen Aufbereitung von 500 m³/h NaWaRo-Biogas und 250 m³/h Deponiegas auf H-Gas-Qualität Inbetriebnahme ab Februar 2009

36 BCM-Referenzanlagen Deutschland 2009 Kunde Gut Wotersen Aufbereitung von 750 m³/h Biogas aus NaWoRo Erzeugung von H-Gas durch Aminwäsche in Kombination mit BCM-Clean Inbetriebnahme ab März 2009

37 Notwendige Gesetzesanpassungen Forderungen an Gesetzesauslegung 1. Anforderungen aus Gesetzesgrundlage mit G265 und G262 werden unterschiedlich interpretiert in Bezug auf erforderliche Gasbeschaffenheit am Austritt der Biomethanaufbereitung 2. Taupunkt des einzuspeisenden Biomethans an Übergabestelle nicht klar festgelegt. Wer ist für spezielle Trocknungsanforderungen zuständig, wer legt diese fest und ist die zulässig? 3. Wärmebedarf bei chemischer Wäsche aus alternativer Energie ist sittenwidrig, eine nicht gerechtfertigte Benachteiligung und ökologischer Blödsinn. Wenn Bezug zu alternativer Energie, dann konsequent für alle und alles. Eigenverbrauch für Produktion, Aufbereitung und Einspeisung wird von der Einspeisung oder dem Verkauf für alle abgezogen und die Vergütungen werden angepasst. Ein Energiebedarf für alle Prozesse mit ca. 10% der verkauften Energie ist immer erforderlich. Wärmeversorgung über Biogas reduziert die Vergütung Eigenstromverbrauch wird von der Einspeisevergütung abgezogen Vermeidung von Fehlentwicklungen erforderlich. 4. Und sicher vieles mehr, dazu sollten wir alle Stellung nehmen 5. Im Ausland liegen oft einfachere Einspeisbedingungen als derzeit in Deutschland vor. Damit behindern wir uns selbst die neue Technik wirtschaftlich einzusetzen. In der Schweiz geht man einen guten Weg, der für viele europäische Länder Vorbild ist. Wir sollten den Anschluss nicht verpassen!