Biogasreinigung mit Algen: In Mitteleuropa unwirtschaftlich

Die Schmack Biogas AG hat zusammen mit der rent a scientist GmbH untersucht, inwieweit Algen sich zur Reinigung von Biogas eignen. Das von Februar 2006 bis Juni 2008 laufende Projekt wurde von der FNR im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) gefördert.

“EBSIE – Effizienzsteigerung der Biogasnutzung durch Solarenergie”, auf diesen Namen haben die Forscher ihr Verfahren getauft. Im Kern geht es darum, das im Biogas enthaltene CO₂ für ein gezieltes und gesteigertes Algenwachstum zu nutzen und dadurch zwei Ziele zu erreichen:

Das aufgereinigte Biogas mit geringerem CO₂-Gehalt lässt sich mit höheren Wirkungsgraden im Blockheizkraftwerk (BHKW) verstromen. Möglicherweise ist es auch einfacher für die Einspeisung ins Erdgasnetz oder als Kraftstoff aufzubereiten.
Die gewachsene Algenbiomasse kann entweder vergoren werden oder für andere wirtschaftliche Nutzungen zur Verfügung stehen.

Im Projekt, das sich als Technikumsphase an ein erfolgreich beendetes Projekt im Labor anschloss, wurden dazu drei open pond Bioreaktoren (offene Tanks für das Algenwachstum) mit drei angeschlossenen Gaswaschtürmen errichtet und zahlreiche Versuche durchgeführt.

Ergebnisse
Projektteil Gaswäsche:

Die Methananreicherung von Biogas durch Gaswäsche mit basischer Algensuspension lässt sich sehr einfach und mit guter Abtrennung des CO₂ aus dem Biogas erreichen.
Je höher der pH-Wert in der Algensuspension ist, desto besser funktioniert die CO₂-Wäsche.
Je niedriger die Temperatur ist, desto besser funktioniert die CO₂-Wäsche (der Einfluss des Faktors Temperatur ist allerdings deutlich schwächer ausgeprägt als der des Faktors pH-Wert).
Der Prozess kann so geführt werden, dass das CO₂ nahezu vollständig aus dem Biogas entfernt wird, so dass es als Biomethan in das Erdgasnetz eingespeist werden kann.
Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigte allerdings, dass die Kosten für die Gaswäsche nach dem EBSIE-Verfahren höher als bei einer herkömmlichen PSA (Druckwechseladsorption)-Gaswäsche liegen, obwohl der Stromverbrauch der EBSIE-Anlage geringer als der einer PSA-Anlage ist.
Die Gasaufbereitung mit EBSIE kommt in den Wintermonaten in Mitteleuropa aus klimatischen Gründen komplett zum Erliegen, in den Übergangsmonaten ist sie eingeschränkt. Das Bereithalten einer Backup-Anlage zur ganzjährigen Gasaufbereitung ist nicht wirtschaftlich.

Projektteil Algen als Substrat:

Der mit Abstand größte Kostenanteil für die Algenkultivierung wurde durch deren Nährstoffversorgung verursacht. So lange hier keine Alternative zum Einsatz von Mineraldüngern aus der Landwirtschaft zur Verfügung steht, wird sich dies voraussichtlich nicht ändern.
Um die Algen für eine einfachere Ernte aufzukonzentrieren, wurden verschiedene Chemikalien/Flockungsmittel erprobt. Die besten Ergebnisse erzielten kationische Elektrolyte auf Acrylamid-Basis.
Die so entstandenen Flocken ließen sich durch Filtration leicht auf einen Trockensubstanz (TS)-Gehalt größer 50 Gramm pro Liter von der Flüssigkeit abscheiden.
Die so geerntete, geflockte Algenbiomasse war ebenso gut vergärbar wie mechanisch geerntete Algen.
Mikroalgen haben mittlere Gaserträge mit einem hohen Methangehalt
Während der Wintermonate stagniert das Algenwachstum. Frost stellt eine Gefahr für die flüssigkeitsführenden Teile der Anlage dar.
Zu vermeiden sind auch Stromausfälle. Bei mehrtägigem Ausfall des Rührwerks setzt sich ein Großteil der Algenbiomasse ab und geht durch Abbauprozesse verloren.
Die Produktionskosten für die Algen summierten sich unter den Projektbedingungen auf 0,92 Euro pro Kilogramm Algenbiomasse-TS. (Im Vergleich dazu ist Körnermais mit 0,21 Euro pro Kilogramm TS deutlich kostengünstiger).
Unter günstigeren klimatischen Bedingungen (subtropisches Klima, mehr Licht, höhere Temperaturen) halten die Schmack-Wissenschaftler eine Kostenreduktion auf 0,50 Euro pro Kilogramm Algenbiomasse-TS mittels EBSIE-Verfahrens für realisierbar.
Eine weitere Kostenreduktion von bis zu 25 Prozent der gegenwärtigen Gesamtkosten könnte nach Ansicht von Schmack realisiert werden, wenn es gelingt, eine geeignete Düngerquelle alternativ zu den bislang genutzten Mineraldüngern zu finden (z.B. speziell aufbereiteter Gärrest etc.).
Im Ergebnis war der Einsatz von Algenbiomasse als Substrat im EBSIE-Projekt, verglichen mit den Kosten herkömmlicher Energiepflanzen, unrentabel.

Fazit
Das EBSIE-Verfahren ist am Standort Mitteleuropa unrentabel. Die Ansiedelung einer EBSIE-Anlage in den Tropen oder Subtropen würde zu einer höheren Produktivität führen und die Möglichkeit schaffen, mit Hilfe der Gaswäsche ganzjährig Biomethan zu erzeugen, was eventuell zu einer Wirtschaftlichkeit führen würde.
Würde die Wertschöpfung pro kg Algenbiomasse mehr als 2 Euro betragen (alternative Algenverwertung anstelle Biogasverstromung), könnte das EBSIE-Verfahren evtl. auch in Mitteleuropa wirtschaftlich werden.

Weitere Informationen
Den Abschlussbericht erhalten Sie von Frau Dr. Schmack, Schmack Biogas AG (Tel.: 09431-751-0, E-Mail: info@schmack-biogas.com).