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Das Auftreten von Schwefelwasserstoff bei Biogasanlagen

Es soll auf dieser Seite einmal speziell das Auftreten von Schwefelwasserstoff bei Biogasanlagen beschrieben werden.

Biogasanlagen sind Bestandteil der erneuerbaren Energietechnologie und werden in der Zukunft noch stärker unseren Energiebedarf decken. Deutschland ist bei dieser Technologie führend.

Neben der Verstromung von Biogas gewinnt auch die Einspeisung in das Gasnetz mehr und mehr an Bedeutung. Gerade hier ist ein schwefelwasserstofffreies Gas wichtig und unabdingbar. Hatten die Pioniere der Biogasproduktion dem Schwefelwasserstoffanteil noch geringe Aufmerksamkeit entgegengebracht, ist die Reinigung des Biogases von Schwefelwasserstoff inzischen ein Muss und wird teilweise über mehrere Stufen neben dem CO2 und der Restfeuchte dem Methan entzogen. Standzeiten von sechs Jahren für eine Anlage wegen der Korrosion durch Schwefelwasserstoff sind nicht rentabel. Ölwechsel bei Gasmotoren müssen wegen der Versäuerung durch Schwefelwasserstoff auf ein vernünftiges Mass verlängert werden. Auch wenn der Hersteller der Motoren einen Betrieb mit 500 ppm H2S erlaubt ist doch die Rentabilität mit niedrigeren Konzentrationen und dadurch geringeren Verbrauch von Öl sinnvoll.

Wo aber kommt der Schwefelwasserstoff her? Und warum kann man ihn nicht schon im Fermenter verhindern?

Der Grund ist, dass es keine Kohlenstoffquelle gibt, die ohne Schwefel vorkommt. Ob es Schlachthofabfälle sind, die hohe Konzentrationen an Eiweis enthalten oder Substatpflanzen, wie Mais, Getreide oder Gras. Überall ist ein Schwefelanteil vorhanden. Die Ursache liegt im Ursprung des Lebens. (siehe Wächterhäusers Biofilmtheorie )

Warum entsteht aus dem Schwefel im Fermenter Schwefelwasserstoff?

Die Bedingungen die ein Fermenter erfüllen muss, dass methanbildende Bakterien aus den Kohlenstoffquellen Methan bilden sind genau die gleichen, die Desulfurikanten, also die Schwefelwasserstoffbildenden Bakterien benötigen.

Je nach Substrat ist die Konzentration von Schwefel unterschiedlich und damit auch die daraus resultierende Schwefelwasserstoffkonzentration im Biogas. Sie liegt zwischen 50 mg/m³ und 30 000 mg/m³. Die folgende Tabelle zeigt die Schwankungsbreite und die Durchschnittswerte der wichtigsten Inhaltstoffe von Biogas nach der neuesten DVGW-Studie 2006:

 

 

Schwankungsbreite

Durchschnitt

Methan (CH4)

45 - 70 %

60 %

Kohlendioxid (CO2)

24 - 55%

35 %

Wasserdampf

0 - 10 %

3,1 %

Stickstoff

0,01 - 5 %

1 %

Wasserstoff

0 - 1 %

< 1 %

Ammoniak

0,01 - 2,5 mg/m³

0,7 mg/m³

Schwefelwasserstoff

50 - 30 000 mg/m³

500 mg/m³

  

 

 Gegenmaßnahme:

Es muss unterschieden werden ob man im Fermenter schon die Entschwefelung vollziehen will oder erst im Nachhinein das Gas reinigt. Oft ist eine Kombination sinnvoll, da man eine Grob- und Feinentschwefelung vornehmen muß. Von 20 000 ppm auf 5 ppm ist keine Entschwefelungsstufe allein in der Lage dazu

Es ist ja nicht allein die Frage wie bekomme ich den Schwefelwasserstoff aus dem Gas heraus. Es müssen auch die neben aufgeführten Fragen geklärt sein:  

Entschwefelung im Fermenter:

Dies ist mit Sicherheit die beste Methode für die Grobentschwefelung, da alle Funktionen mit dem Substrat zusammen erfolgen. Die Zugabe erfolgt mit dem Substrat, die Korrosion des Fermenters wird gestoppt, die Gasproduktion und -Qualität wird nicht negativ beeinflußt, es gibt keine Ablagerungen im Gasraum, der gebundene Schwefel verläßt mit dem Substrat das System und kann bedenkenlos als Dünger wieder auf Äcker aufgebracht werden.

Wie erreicht man dies? Mit Zugabe von zweiwertigen Eisensalzen. Sie können in flüssiger Form als Eisen-II-Chlorid oder in fester Form als Eisen-II-Sulfat zugegeben werden. Von dreiwertigen Eisensalzen ist abzuraten, da ein Drittel der Wirksubstanz durch andere Reaktionen verloren geht.

Mit einer einfachen Grunddosierung sind H2S-Konzentrationen, die für den Gasmotorenbetrieb nötig sind problemlos erreichbar, also um die 200 ppm. Es sind auch niedrigere Werte erreichbar, das setzt aber eine Steuerung und Regelung voraus.

Entschwefelung des Gases:

Hier gibt es verschiedene Lösungen die entweder zur Grobentschwefelung dienen oder als nachgeschaltete Feinentschwefelung zum Einsatz kommen.

Die Finger sollte man von der Sauerstoffzugabe im Gasraum mit einem Aquariumsbelüfter lassen. Das klingt sehr kostengünstig und umweltfreundlich, aber das Verfahren hat einen Hacken: Der Sauerstoff wandelt den Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel um. So weit so gut, aber wie verläßt der Schwefel den Gasraum??? Sicher brechen irgendwann Teile davon herab und fallen in das Substrat. Es gibt genügend Betreiber, die daraufhin sich von Ihrem Gasmotor verabschieden mussten. Die Lösung war doch nicht so preisgünstig.

Anders schaut das aus wenn extra nachgeschaltet ein Gasraum geschaffen ist wo die Zugabe von Sauerstoff erfolgt und der elementare Schwefel sich gezielt auf Platten ablagern kann, die von Zeit zu Zeit entfernt und gereinigt werden können.

Die am häufig benutze Methode ist das Durchleiten des Gases durch eisenhaltiges Filtermaterial. Der Nachteil ist, dass das Filtermaterial ausgetauscht werden muss, wenn es gesättigt ist. Betrieben als Feinentschwefeler sind die Standzeiten doch sehr viel länger und der Arbeitsaufwand ist vertretbar.

Auch Gaswäscher können eingesetzt werden. Gerade in Kombination mit einer nachgeschalteten Biogastrockung als Feinentschwefelung sinnvoll.

siehe: und was man dagen tun kann)

 

Grundsatzfragen:

Schädigt die Methode die Gasproduktion?

Schädigt die Methode die Gasqualität?

Wie entferne ich den Schwefel (in welcher Form auch immer) aus dem System?

Was mache ich damit dann?

Wieviel Arbeit und Kosten sind damit verbunden?