Biogas mit Asche reinigen

Wie man Biogas mit Holzasche reinigen kann, untersuchen unter anderem Heribert Insam und Alexander Knapp vom Institut für Mikrobiologie sowie Wolfgang Müller und Sandra Tertsch vom Institut für Infrastruktur an der Uni Innsbruck. Das zweijährige FFG-Projekt, das sich „BioGas and Ash Processing“ nennt, wird im Frühjahr 2015 abgeschlossen.
BioGAP
Bild: Die semi-industrielle Forschungsanlage in der Biogasanlage Hofer in Neustift. (Bild: Alexander Knapp)

„Im Rahmen des Projektes BioGAP soll ein neues Verfahren zur Aufbereitung von Biogas entwickelt und optimiert werden. Die neue Aufbereitungstechnik nutzt die Eigenschaften von Biomasseasche aus der Holz- bzw. Rindenverbrennung zur Fixierung von Kohlendioxid (CO2) und zur gleichzeitigen Abtrennung von Schwefelwasserstoff (H2S) aus dem Rohbiogas“, fasst Alexander Knapp vom Institut für Mikrobiologie die Kernpunkte des Projektes zusammen. Der Versuchsaufbau wurde bereits im Labor getestet, bevor die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine semi-industrielle Forschungsanlage errichteten. Ideale Bedingungen für diese fanden Knapp und sein Team in der Biogasanlage Armin Hofer in Neustift. „Das Projekt BioGAP wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms ‚Neue Energien 2020’ durchgeführt“, so Knapp.

Natürlicher Reinigungsprozess

„Die Holzasche, die wir verwenden, stammt von der Verbrennung von unbehandeltem Holz mit einem sehr geringen Anteil an Schadstoffen und Schwermetallen“, betont Knapp die hohe Qualität der Asche. Sandra Tertsch, Wissenschaftlerin am Institut für Infrastruktur im Arbeitsbereich Umwelttechnik, erklärt: „Die Biomasseasche, die wir verwenden, ist eigentlich ein Abfallprodukt, die sonst kostenpflichtig auf Deponien gelagert wird. Mit unserem Versuch suchen wir einen alternativen Verwertungsweg für die Asche, der günstiger ist als die Deponierung.“ Der Versuchsaufbau, den die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entworfen haben, ist grundsätzlich ein sehr einfacher. Ein Reaktor mit einem Hubraum von einem Kubikmeter wird mit der entsprechenden Asche gefüllt, durch die das zu reinigende Gas strömt. „Das Biogas ist ein sehr feuchtes Gas, das aus Methan, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff besteht“, erläutert Tertsch. In der ersten Phase der Reinigung passiert im Reaktor die Abbindung von CO2. Diese bewirkt die Entstehung von Kalzit, wodurch der pH-Wert und die Reaktivität der Asche gesenkt wird. Ein Nebeneffekt, die Bindung von Schwefelwasserstoff (H2S), könnte sich als wichtigste Eigenschaft der Asche entpuppen, da H2S als ein besonders aggressives Gas in Spuren im Biogas vorhanden ist. „Durch die Bildung von Säure zerstört es die Aggregate und Motoren“, erklärt Heribert Insam, der Initiator des Projektes. Wolfgang Müller verdeutlicht: „Je weniger Schwefelwasserstoff im Gas bleibt, desto höher ist die Lebensdauer des Blockheizkraftwerkes.“ Ein Punkt, auf den die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit BioGAP zusätzlich ein Auge werfen, ist die Untersuchung von Siloxanen im Biogas: „Biogas aus Kläranlagen enthält Siloxane. Dabei handelt es sich um Siliciumverbindungen, die im Blockheizkraftwerk Schäden anrichten können.“ Es sei für Anlagenbetreiber bereits üblich, spezielle Filter zur Siloxanreduktion einzubauen, um Schäden wie Blockaden des Heizkraftwerks und die damit zusammenhängende Leistungsreduktion zu verhindern. Mit BioGAP haben Insam, Müller und ihr Team bereits tolle Ergebnisse erzielt und sind mit ihren Untersuchungen sehr zufrieden: „Die ersten Ergebnisse überstiegen die Erwartungen bei weitem, denn die Reinigung von H2S wird nach sechs Wochen Laufzeit immer noch fast bis zu 100 Prozent erreicht“, so Müller. Ob das Projekt noch einmal in einem um den Faktor zehn größeren Maßstab realisiert wird, bleibt noch offen. „Das hängt noch stark von den Kosten ab, da wir eine vollständige Bilanz erst noch erstellen müssen“, so Knapp.

Die Idee – ein Kreislauf

„Das Ziel wäre es, die Asche so zu Granulat zu verarbeiten, dass man diese nach dem Reinigungsprozess wieder in der Land- und Forstwirtschaft als Kalkersatz, einem sogenannten Bodenhilfsstoff, verwenden kann“, erklärt der Mikrobiologe Insam die weiterführende Idee von BioGAP, „das wäre ein sehr schöner Kreislauf.“ Wie die Granulierung von Asche funktioniert, haben Knapp und sein Team bereits in einem anderen Projekt untersucht und abgeschlossen. „Wir konnten den Nachweis erbringen, dass das Verfahren so schon funktioniert. Der weitere Schritt wäre nun, beide Projekte miteinander zu verbinden. Damit ist die Biogasreinigung mittels der Asche und die anschließende Granulierung dieser gemeint, mit dem Ziel, die Asche anschließend wieder in den Wald zurück zu bringen“, so Knapp. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler machen darauf aufmerksam, dass man bei einer Rückführung der Asche in den Wald nicht nur vorgeschriebene Grenzwerte, wie pH-Werte oder Schwermetallkonzentrationen, einhalten muss, sondern dass auch eine Bewusstseinsbildung in der Bevölkerung nötig sein wird. „Bei uns gibt es noch keine Tradition, dass man Asche oder Nährstoffe in anderer Form in den Wald zurückbringt. Die in der Asche gebundenen Nährstoffe, wie Kalium, Kalzium und Magnesium, wären allerdings besonders wertvoll für den Wald. Ein Problem, vor dem die Beteiligten noch stehen, ist die Rentabilität der Projekte. „Wenn man beide Projekte unabhängig voneinander bilanziert, dann sind die Verfahren leider noch zu teuer. In einem weiteren Schritt werden wir errechnen, ob die Kombination beider Verfahren einen Kostenvorteil gegenüber der derzeit üblichen Deponierung bringt“, erläutert Knapp weitere Vorgehensweisen.

Vernetztes Arbeiten

BioGAP ist ein kooperatives Projekt der Universität Innsbruck, bestehend aus dem Team von BioTreaT Research aus dem Institut für Mikrobiologie und dem Institut für Infrastruktur Fachbereich Umwelttechnik, der Universität für Bodenkultur Wien (Institut für Abfallwirtschaft) und der Biogasanlage Armin Hofer in Neustift sowie dem Bauunternehmen DI Josef Hautz in Steinach am Brenner. Das Projekt, das für den Zeitraum von Oktober 2012 bis März 2015 angesetzt ist, wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds im Rahmen des Programms „Neue Energien 2020“ gefördert.