Einfachere Messmethode für die Sauberkeit von Biogas

Forschende am Paul Scherrer Institut haben eine neue Analysemethode entwickelt, die selbst geringste Mengen kritischer Verunreinigungen in Biogas erfasst. Das Verfahren soll auch für kleine Biogasanlagen ohne grossen Investitionsaufwand einsetzbar sein und ermöglicht damit die Qualitätskriterien für Biogas zu sichern.

Der Markt für Biogas wächst: Nach Angaben des Bundesamts für Energie hat die Schweiz im letzten Jahr 471 Gigawattstunden des Energieträgers ins Erdgasnetz eingespeist – in etwa doppelt so viel wie noch vor zehn Jahren. Damit wächst auch die Notwendigkeit, schnell und zuverlässig Verunreinigungen in Biogas messen zu können, denn das grüne Gas unterliegt strengen Qualitätskriterien. Dafür haben Forschende am Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften des Paul Scherrer Instituts (PSI) jetzt eine Lösung vorgestellt. Sie haben eine Analysemethode entwickelt, welche die beiden kritischsten Verunreinigungen in Biogas gleichzeitig erfasst: Schwefelverbindungen und Siloxane.

Konzentration auf bestimmte, zuvor ausgewählte Elemente

Ein Gaschromatografiegerät trennt zunächst die Bestandteile im Biogas auf. Anschliessend werden sie der Reihe nach über eine Methode erfasst, die sich «Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma» nennt. Dabei werden die Probenbestandteile verdampft, in ihre atomaren Bestandteile zerlegt und zu geladenen Teilchen umgewandelt. Anschliessend erfasst das Massenspektrometer die Isotope der einzelnen Elemente und quantifiziert sie.

Der Trick dabei: Das Gerät erfasst nur ganz bestimmte, zuvor ausgewählte Elemente und ignoriert alle anderen. So ist es möglich, Schwefel und Silizium auch in sehr geringen Mengen neben einer Fülle anderer Verbindungen im Biogas nachzuweisen. «Unseres Wissens ist das die erste Methode dieser Art, die Schwefel- und Siliziumverbindungen gleichzeitig bestimmen kann», ist Ayush Agarwal überzeugt, der sich in seiner Doktorarbeit am PSI der Analyse von Biogas gewidmet hat und Erstautor der Studie ist.

Verunreinigungen in kleinsten Mengen

Biogas und Biomethan können viele Verunreinigungen in nur millionstel Anteilen enthalten. Gefürchtete Störstoffe sind z.B. organische Schwefelverbindungen: Sie entstehen, wenn Bakterien Proteine zerlegen, die Schwefelatome enthalten. Siloxane wiederum sind siliziumhaltige Verbindungen, die in Duschgelen enthalten sind und durch den Abfluss in den Kläranlagen landen.

Schädlich für Brennstoffzellen

Wird Biomethan für die Energieerzeugung verbrannt, wird aus den Siloxanen Siliziumdioxid. Das ist ein Bestandteil von Sand und eine der stabilsten Verbindungen auf der Erde. «Es verstopft die Brennsysteme, beispielsweise benötigen die Anlagen dann mehr Energie, um die gleiche Menge an Wasser zu erwärmen», so Agarwal.

Sowohl Siloxane als auch organische Schwefelverbindungen verhindern zudem bisher, dass sich Biomethan in einer Brennstoffzelle nutzen lässt. Brennstoffzellen produzieren Strom aus energiereichen Gasen. Schwefelverbindungen sind aber für Brennstoffzellen schädlich. Mit Biomethan lassen sich deshalb momentan keine Brennstoffzellen betreiben. Auch bei der Aufbereitung von Biogas zum einleitbaren Biomethan stören die Verunreinigungen.