Die Feldtests an großtechnischen Biogas- und Klärgasanlagen mit einer mobilen Versuchsanlage zur Entschwefelung von Rohbiogas im Rahmen des „Fabio“-Projekts zeigten, dass Filtersande aus Filteranlagen zur Enteisenung und Entmanganung von Grundwässern, welche eisen- und manganhaltige Ablagerungen aufweisen, als Adsorbentien zur Entschwefelung von Biogas unter realitätsnahen Bedingungen geeignet sind.
Ziel des F&E-Projekts „Fabio“ war der Nachweis der Eignung von Filtermaterialien aus der Trinkwasseraufbereitung als Adsorbens zur Entschwefelung von Biogas unter realitätsnahen Bedingungen.
Vorbereitend wurde hierzu eine Umfrage unter Betreibern von Trinkwasseraufbereitungsanlagen zu den konkreten Verfahren der Enteisenung und Entmanganung durchgeführt, um auf der Basis der Ergebnisse des Vorgängerprojekts „HiPur“ (Az.: 34036/01) Zusammenhänge zur Eignung als Gasreinigungsmasse zu identifizieren.
Zum vertiefenden Verständnis erfolgten detaillierte Untersuchungen an konkreten Materialien mittels Rasterelektronenmikroskop, um Aufbau und Zusammensetzung geeigneter Materialien zu untersuchen.
Kern des Projekts Fabio war die Durchführung von Feldtests mittels eines mobilen Labors, in denen die H₂S-Adsorption an Filtersanden an realem Biogas bzw. Klärgas durchgeführt wurde. Die Versuche erfolgten an einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit Schwerpunkt Güllevergärung in Oschätzchen (Brandenburg), sowie einer Kläranlage mit Co-Vergärung industrieller Abfälle in Radeberg (Sachsen).
In Laborversuchsreihen zur Entschwefelung mittels der Filtermaterialien in Originalfraktion (Korngröße) wurden grundlegende Abhängigkeiten ermittelt. Neben dem Nachweis der erfolgreichen H₂S-Abscheidung an den eingesetzten Materialien wurde der Einfluss verfahrenstechnischer Prozessgrößen wie Beheizung der Reaktoren, Gas- und Materialfeuchte, Raumgeschwindigkeit und Kaskadierung untersucht. Insbesondere die Raumgeschwindigkeit zeigte eine zentrale Bedeutung sowohl hinsichtlich der erreichbaren Abscheideleistung als auch bei der praktischen Behälterauslegung.
Die resultierenden Ergebnisse der Feldtests dienten als belastbare Grundlage zur Auslegung von praxisrelevanten Adsorbern und der Ermittlung voraussichtlicher Standzeiten unter Realbedingungen. Hinweise und Empfehlungen für die praktische Anwendung wurden abgeleitet.
Im Ergebnis wurde festgestellt, dass Filtermaterialien aus der Trinkwasseraufbereitung als Adsorbens zur Enschwefelung von realen Biogasen grundsätzlich geeignet sind. Je nach Herkunftsort der Filtersande zeigten sich erhebliche Unterschiede in der Leistungsfähigkeit der H₂S-Abscheidung. Zukünftig sollte vor dem großtechnischen Einsatz der Massen – zur verfahrenstechnischen Auslegung der Apparatetechnik – Labortests analog den dargestellten Arbeiten durchgeführt werden.
Die Feldtests haben gezeigt, dass – bei grundsätzlicher chemischer Eignung der Materialien – die Entschwefelung an Filtermaterialien aus der Trinkwasseraufbereitung mit geringem Aufwand in Originalkorngröße möglich ist. Ein Nachweis der Eignung sowie Versuche zur Auslegung und Standzeit sind materialspezifisch erforderlich und möglich.
Als mögliche Hemmnisse des Einsatzes wurden die volatile Verfügbarkeit der Materialien sowie die Notwendigkeit von Deklarationsanalysen bei der Inverkehrbringung der beladenen Materialien als Dünger bzw. bei der ggf. notwendigen abschließenden Deponierung identifiziert. Dieses Hemmnis muss in Relation zu steigenden Preisen kommerziell verfügbarer Adsorbentien gesetzt werden, sodass lokal und zeitlich begrenzt die Filtermaterialien einen wirtschaftlichen Vorteil bieten können.
Aus wirtschaftlicher Sicht sind Materialien somit als interessant einzustufen. Weiterhin sind die umweltrelevanten Effekte Schließung von Stoffkreisläufen und Ressourcenschonung bei der höherwertigen Nutzung vom „Abfallprodukt“ Filtersand uneingeschränkt positiv zu bewerten.
Veröffentlichungen
Manig, R.; Birkner, C.; Lipp, P.; Dammann, E.: Entschwefelung von Biogas mittels Filtersand. DVGW energie | wasser-praxis 01/2021, 44-48 (2021)
Lipp, P.; Schwotzer, M.; Manig, R.; Birkner, C.: Entschwefelung im Fokus – Einsatz von Filtermaterialien aus der Enteisenung/Entmanganung als Gasreinigungsmasse auf Biogas- und Kläranlagen. DVGW energie | wasser-praxis 09/2023, 66-73 (2023)
Birkner, C.; Lipp, P.: Feldtest zur höherwertigen Nutzung von Filtersanden als Sorbens zur Aufbereitung biogener Gase (FABIO). Vortrag beim DVGW Forum Wasseraufbereitung am 08.11.2023
