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Biogas

Brennwert für Biogas

von , am
23.07.2015

Sie holen einen Teil der Wärme aus dem Abgas und machen es nutzbar. Abgaswärmetauscher sind geeignet für Biogasanlagenbetreiber, die die Wärmenutzung ausbauen können. Für sie könnten diese Aggregate lukrativ sein.

Ziel der Hersteller ist, die Abgaswärmetauscher (AWT) so zu konstruieren, dass sie möglichst wenig Abgasgegendruck in Anspruch nehmen. © Foto: Green Energy Zintl
Für welche Biogasanlagenbetreiber macht mehr Wärme eigentlich Sinn? Viele Bestandsanlagen haben ja eher das Problem, die anfallende Abwärme überhaupt zu verwerten.
 
Wozu dann in einen zusätzlichen, nachgeschalteten Abgas-Wärmetauscher (AWT) investieren, der aus dem System mehr Wärme herausholt?
Technik vielversprechend für Betreiber mit Wärmesenke
 
AWT sind interessant für Betreiber, die eine Wärmesenke haben oder entwickeln wollen. „Hier lassen sich zusätzliche Einnahmequellen erschließen“, sagt Michael Kalb, Leiter Produktmanagement beim AWT-Hersteller Aprovis.
 
Davon haben sich schon einige Biogasanlagenbetreiber überzeugen lassen und einen AWT nachträglich eingebaut, zum Beispiel die Erste Biogas Ocholt GmbH & Co. KG. Sie findet sich auf der Referenzliste des AWT-Herstellers Bomat.
 
Wirkungsgrad hängt von Rücklauftemperatur ab

Bomat kommt aus dem Heizungsbau und nutzt die dort gewonnenen Erfahrungen mit Brennwertkonzepten nun auch in anderen Bereichen. Denn der Wirkungsgrad eines AWT wird auch in einer Biogasanlage von der Rücklauftemperatur im Heizkreislauf mitbestimmt.
 
Niedrigere Temperaturen sind besser, im Idealfall 40 °C oder darunter. Eine Frage an die Planung ist also, aus welchem Kreislauf der Rücklauf zum Vorlauf wird – aus dem Nah-/Fernwärmenetz, der Trocknung oder dem des Fermenters.
 
Andere Überlegungen fließen ein, die auch technisch-konstruktiv bedingt sind: „Wir empfehlen, AWT immer als Bypass einzubauen“, sagt Bomat-Vertriebsingenieur Volker Wiersbitzki.
 
Nach Bedarf zu- oder abschalten
 
Der Vorteil: Man kann den AWT je nach Bedarf zu- und wegschalten. „Zum Beispiel hat das im Sommer, wenn der Wärmebedarf eh geringer ist, den Vorteil, dass nicht noch zusätzlich Wärme ausgekoppelt wird, die dann über einen Notkühler abgeführt werden muss.
 
Dieses berührt auch einen nach wie vor unklaren Aspekt. Es gibt keine Klarheit, ob ein AWT als Bestandteil einer KWK-Anlage zu begreifen ist oder nicht. Wenn es so begriffen würde, könnte sich das auf die Stromkennzahl des BHKW auswirken, die wiederum wichtig für den KWK-Bonus nach EEG2004 und EEG2009 ist.
 
Das Thema ist ein heißes Eisen. Für die Amortisation des AWT in Ocholt wird zum Beispiel ein Zeitraum von unter drei Jahren prognostiziert. Der Tauscher wurde im vergangenen Jahr eingebaut. Erstaunlich, warum Bomat von Wärmerückgewinnungsmöglichkeit in Höhe von 10 % spricht, wohingegen andere AWT-Anbieter wie Aprovis und Green Energy Zintl von Wärmerückgewinnungsmöglichkeiten in Höhe von 20 bis 30 % sprechen.
 
Alle guten Anbieter liegen im Wert gleich
 
Die Diskrepanz erklärt sich aus den unterschiedlichen Bezugsgrößen: Aprovis und Green Energy Zintl beziehen sich auf die elektrische Leistung, Bomat auf die Feuerungsleistung.
 
Die Summe aus thermischer und elektrischer Leistung sowie Verlust ist die Feuerungsleistung. Auf sie bezieht Bomat prozentual den Wärmerückgewinn. Auch auf die elektrische Leistung allein zu beziehen ist legitim, aber man muss den unterschiedlichen Bezug wissen, um die Zahlen einordnen zu können.
 
Unterm Strich, sagt Wiersbitzki, liegen alle guten Anbieter im Wert gleich: 10 %, bezogen auf die Feuerungsleistung.
 
Aufbau und  Funktionsweise 
 
Zu empfehlen sind AWT mit Rohrbündelwärmetauschern. Laut Ralph Pasternak, AWT-Experte bei ABX Energy Services, sind sie bewährte Systeme, die zudem gut zu reinigen sind (siehe Interview Seite 73). Aprovis, Bomat und Green Energy Zintl verwenden diese.
 
In der technischen Umsetzung schlagen sie unterschiedliche Wege ein. Ziel ist jeweils, den Abgasgegendruck möglichst wenig in Anspruch zu nehmen.
 
Green Energy verwendet eine stehende Bauweise. „Wir haben bewusst diese Bauweise gewählt, damit sich keinerlei Schmutz ablagern kann. Das Kondensat spült den CHiP-Tuner frei“, erläutert Benjamin Haberkorn von Green Energy Zintl. Das Abgas strömt von oben nach unten. Das gelingt allein mit Hilfe des Abgasdrucks. 
 
Sind Grenzwerte überschritten, erlischt die Gewährleistung
 
Die Motorhersteller geben in der Regel einen maximal zulässigen Abgasgegendruck von 30 bis 50 mbar für ihre Motoren an (vom Austritt Motor bis zum Austritt Kamin). Wird der Grenzwert durch den AWT überschritten, erlischt die Gewährleistung, sagt Haberkorn.
 
„Darüberhinaus ist der Wirkungsgrad nicht mehr gegeben“, erläutert Michael Kalb von Aprovis. „Für den Abgaswärmetauscher bedeutet dies, dass ein Teil der 30 bis 50 mbar vom Abgaswärmetauscher „verwendet“ werden darf. Stehen für den Abgaswärmetauscher statt zum Beispiel 10 mbar nur 5 mbar Abgasgegendruck zur Verfügung erhöht sich der Invest bei einem 500-kW-Motor um zirka 6.000 €.“
 
Brenngas sollte entschwefelt werden
 
Bei Bomat fließt das Abgas um die Rohre. Dadurch wird der Wärmeübergang verbessert und der Abgasgegendruck minimiert.
 
Muss das Abgas zuvor entschwefelt werden, um Korrosion im Wärmetauscher zu vermeiden? „Es sollte immer das Brenngas entschwefelt werden, um Korrosion im Abgaswärmetauscher zu vermeiden“, sagt Kalb: „Der im Brenngas vorhandene Schwefel wird im Motor zu Schwefeldioxid (SO2) umgesetzt. Ein Katalysator oxidiert wiederum das SO2 zu Schwefeltrioxid (SO3). Das SO3 bildet mit dem im Abgas vorhandenen Wasser Schwefelsäure, die Korrosion verursacht.“ Problematisch wird das für Edelstahl, wenn das Abgas zu sehr abgekühlt wird (unter 200 °C). Green Energy Zintl und Bomat verwenden Graphit. „Dieses Material bietet den besten Korrosionsschutz gegen Säuren“, sagt Haberkorn.
 
Bezüglich der Wärmeübertragung unterscheiden sich die Materialien (Edelstahl & Graphit) in der Praxis aber nicht viel.
 
Wie lange dauert die Montage? 
 
Der Wärmetauscher muss an Abgasstrom und Heizsystem angeschlossen, die Temperaturüberwachung in die vorhandene BHKW-Steuerung eingebunden werden. Abgasseitig wird der AWT immer nach dem Katalysator angeschlossen. Wasserseitig entsprechend der Anforderung an die Wärme – zu Heizzwecken auf Biogasanlagen häufig in Serie mit dem Motorkühlkreis.
 
Die Stromproduktion steht in dieser Zeit in der Regel. „Bei einer gut vorbereiteten Baustelle ist der Einbau in zwei bis drei Werktagen erledigt“, sagt Kalb. Haberkorn beziffert den Montageaufwand auf ein bis zwei Tage, je nach Aufwand.
 
Reinigung: Einmal im Jahr ist wichtig 
 
In der Regel sollte der Abgaswärmetauscher einmal im Jahr gereinigt werden. „Dies kann mit einer regulären Motorwartung zusamengelegt werden, so dass keine zusätzlichen Stillstandszeiten entstehen. Des Weiteren empfiehlt sich eine regelmäßige Sichtkontrolle“, sagt Kalb.
 
Die Entsorgung des Kondensats ist auch zu klären. Für Brennwertkessel in der häuslichen Wärmeversorgung gibt es klare Regeln. Was das Kondensat aus Biogas-AWT betrifft, nicht. Sofern es ins öffentliche Netz eingespeist wird, gelten die Regeln des zuständigen Abwasserverbands. Möglicherweise kann es alternativ in den Fermenter oder ins Endlager eingebracht werden.
 
 

 
 
 












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