Faulgase aus Klär- und Abfallverwertungsanlagen bilden eine noch keineswegs voll genutzte alternative Energiequelle. Ihr Einbezug in die Energiewende ist im Gange, wobei Wirtschaftlichkeit sowie einfacher und sicherer Betrieb wichtige Kriterien für die Bereitschaft der Betreiber zu entsprechenden Investitionen sind. Bei der entsprechenden Anlagentechnik spielt die Gasanalyse sowohl für die Prozessüberwachung als auch bei der Sicherung der mit dem Faulgas betriebenen Anlagenteile eine wichtige Rolle.

Faulgas, eigentlich ein eher negativ beladener Begriff, ist in Deutschland zu einer wichtigen Komponente der alternativen Energiegewinnung geworden. Gleiches ist für andere Länder zu erwarten angesichts der Vorgaben durch die europäische Deponie-Richtlinie 1999/31/EG, welche die Ablagerung von Abfällen auf Deponien untersagt und damit neue Verfahren zur Abfallverarbeitung zwingend notwendig macht. Deutschland hat mit seiner Deponieverordnung und der Verordnung über Anlagen zur biologischen Behandlung von Abfällen entsprechend reagiert und u.a. die Rahmenbedingungen für die Zulassung mechanisch-biologischer Abfallbehandlungsanlagen (MBA) vorgelegt. In diesen Anlagen wird das angelieferte Abfallmaterial zur weiteren Behandlung in spezifische Materialströme getrennt: die organischen Anteile werden durch Vergärung und Nutzung des dabei entstehenden Faulgases als Brennstoff energetisch wiederverwendet. Eine weitere Quelle von Faulgas sind Kläranlagen, bei welchen jedoch die energetische Nutzung des Gases noch keinesfalls durchgängig erfolgt.

Die Umsetzung des Energieinhaltes von Faulgas in nutzbare Wärme und/oder Elektrizität erfolgt über Brenner zur direkten Feuerung, über Gasmotoren und Gasturbinen oder in Blockheizkraftwerken.

Entstehung von Faulgas

Faulgas bildet sich durch Zersetzung organischer Substanzen mittels Bakterien unter Luft- und damit Sauerstoffabschluss (anaerobe Gärung) und ähnelt damit dem Biogas. Der Hauptbestandteil von Faulgas ist Methan mit einem Anteil von 30-60% und einem Energieinhalt von ca. 10 kWh/m³. Die übrigen Bestandteile sind Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Wasserdampf sowie Restgase. Die Menge des jeweils entstehenden Faulgases ist abhängig von der Menge an organischem Ausgangsmaterial sowie von Prozessparametern wie Temperatur oder pH-Wert.

Im Gegensatz zu Methan ist der giftige Schwefelwasserstoff ein höchst unerwünschter Bestandteil von Faulgasen, nicht nur wegen seines stechenden Geruchs, sondern speziell auch wegen seiner Eigenschaft,  nachgeschaltete Anlagenteile zu beschädigen, den Gärprozess durch Vergiftung der Bakterien zu beeinträchtigen und die Umweltbelastung durch das Abgas zu erhöhen. H₂S kommt in Faulgasen im ppm-Bereich vor, kann jedoch innerhalb dieses Bereiches in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen stark schwanken. Dabei können Werte bis 2000 ppm und höher auftreten, während für die Verwendung in Gasmotoren aus den genannten Gründen eine Konzentration von 200 ppm nicht überschritten werden sollte.

Das Faulgas muss daher vor seiner Nutzung entsprechend aufbereitet werden, speziell durch Entfernen bzw. Reduzieren des H₂S -Anteils mittels Aktivkohle oder biologischer Verfahren. Die Kontrolle dieses Vorganges übernimmt die Gasanalyse, die damit sowohl für die ungestörte Faulgasbildung als auch vor allem für den sicheren Betrieb des Gasmotors bezüglich Beschädigungen sorgt. Neben H₂S werden dabei auch die für die Prozesssteuerung wichtigen Konzentrationen von CH₄, CO₂ und O₂ an verschiedenen Stellen der Anlage einschließlich des Hydrolysereaktors mittels zyklischer Messgas-Umschaltung auf den Gasanalysator bestimmt.

Ein Gasanalysator nach Maß

Die Biogasbranche hat einen neuen Typ von Gasanalysator entstehen lassen, der bei vergleichsweise geringen Investitionskosten den Herausforderungen genügt, neben Messgenauigkeit, Betriebssicherheit und einfacher Bedienung die bekannt problematische H₂S-Bestimmung zu beherrschen. Der Gasanalysator INCA von Union Instruments hat sich nach unzähligen Installationen in Biogasanlagen auch in Chemieanlagen und an MBA-Standorten bewährt, nicht zuletzt wegen seiner besonderen Eignung für eine stabile H₂S-Bestimmung auch bei hohen Konzentrationen.

INCA ist ein modular aufgebauter und flexibel konfigurierbarer Gasanalysator zur Mehrkomponentenanalyse mit besonderer Ausrichtung auf die Untersuchung von Erdgas sowie Bio- und Faulgasen. Das Gerät besteht aus Bausteinen für Probengaszuführung, Probengasaufbereitung, Sensorik (unter Einsatz verschiedener Detektionsverfahren), Steuerung und Datenverarbeitung, aus denen ein auf die jeweilige Applikation zugeschnittenes Analysensystem aufgebaut wird. Die eigentliche Messtechnik bildet eine eigene Einheit und kann in Gehäusen für Innen- oder Außeninstallation oder Betrieb in Ex-Bereichen montiert werden. Zur Komplettierung stehen optional auch Messgaskühler sowie eine automatische Messstellenumschaltung für bis zu 10 Messstellen zur Verfügung. (vo)