Biomethan und Biogas
Biomethan ist eine erneuerbare Energiequelle, die aus organischen Abfallstoffen durch anaerobe Vergärung gewonnen wird. Es trägt zur Bekämpfung des Klimawandels bei, indem es Treibhausgasemissionen verringern kann und dient als dezentrale Energiequelle, die die Energiesicherheit fördert. Mit ansteigender Nachfrage nach Biomethan gewinnt dessen Herstellung heutzutage an Relevanz, was beispielsweise für Betreiber von Biogasanlagen ohne Nahwärmeanschluss ein zukünftiges Geschäftsmodell sein kann. Der Prozess der Biomethanherstellung ist komplex, da sämtliche Stoffströme und Umwandlungen, sowie Strom- und Wärmebedarfe, Eigenerzeugung und Abwärme ganzheitlich berücksichtigt werden müssen. Das stellt eine Herausforderung dar, die man mit energyPRO bewältigen kann, indem man solche Prozesse modelliert, miteinander vergleicht und technoökonomisch analysiert.
Grundlagen zu Biomethan
Der Einsatz von fossilem Erdgas wird an vielen Stellen heute als problematisch gesehen und Alternativen sind in Hinblick auf die Energiewende ein Thema, das immer relevanter wird. Insbesondere im Wärmesektor ist unser derzeitiges Energiesystem stark auf die Nutzung von fossilem Erdgas ausgelegt. Das hat zur Folge, dass der Einsatz von grün hergestelltem Methan, also Biomethan, eine Option darstellt, die vorhandene Infrastruktur weiter zu nutzen und den CO2-Ausstoß des Wärmesektors zu verringern.
Das Prinzip der Herstellung von Biomethan fußt darauf, organische Gase wie Biogas zu veredeln, indem Kohlendioxid abgeschieden wird. Damit wird der Methananteil konzentriert und kann nach weiteren Bearbeitungsschritten in das öffentliche Gasnetz eingebracht werden. Für die Aufbereitung gibt es unterschiedliche Technologien, wobei die Konzepte häufig unter Einsatz von Strom funktionieren und bisweilen auch Abwärmepotenziale besitzen, wie beispielsweise die Methanisierung mittels Membranverfahren.
Methanisierung aus Biogas
Die Stromerzeugung aus Biogas wird für Anlagenbetreiber aufgrund veränderter Förderbedingungen immer weniger attraktiv, sofern sie nicht zusätzlich an ein Nahwärmenetz angeschlossen sind. Die Aufbereitung von Biogas zu Biomethan kann eine Möglichkeit sein, Biogasanlagen zukunftsfähig zu betreiben.
Die Erzeugung von Biogas ist komplex und setzt viele Kenntnisse über verwendete Einsatzstoffe, Technik und Temperaturniveaus voraus. In einem gekoppelten System mit einer Biogasaufbereitung zu Biomethan ist das Zusammenspiel der Abwärmepotenziale und der Temperaturhaltung im Fermenter eine zentrale Fragestellung zur Optimierung des jeweiligen Betriebs. Eine technoökonomische Betrachtung ist maßgeblich für die Entscheidung, ob eine Biomethanerzeugung an einer bestehenden Biogasanlage ohne Nahwärmeanschluss eine sinnvolle Investition darstellt. Auch ist der optimale Substrateinsatz eine Fragestellung, die über die Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems entscheiden kann.
Biomethanherstellung in energyPRO
In energyPRO kann ein solches Konzept dank der flexiblen Möglichkeiten der Software nachgebildet und unterschiedliche Konstellationen miteinander verglichen werden. Dabei ist es möglich, die Massenströme der Einsatzstoffe, des Rohbiogases und des Biomethans individuell zu modellieren und Optimierungen vorzunehmen. Auch Restriktionen bezüglich der vorhandenen Speicherkapazitäten lassen sich abbilden. Die Funktionalität, beliebige Brennstoffe und deren Umwandlungsprozesse frei zu definieren, nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. So können beispielsweise Substrate wie Maissilage oder Rindergülle mit ihren jeweiligen Energieinhalten nachgebildet werden, die dann mithilfe einer benutzerdefinierten Anlage in einer Biogasanlage zu Rohbiogas fermentiert werden. Der Wärmebedarf der Biogasanlage kann dabei über ein BHKW, einen weiteren Wärmeerzeuger oder über die Biogasaufbereitungsanlage gedeckt werden. Das Rohbiogas wird mit einem Gasspeicher modelliert, auf den sowohl das BHKW als auch die Biomethananlage Zugriff haben. Über eine weitere benutzerdefinierte Anlage kann dann die Veredelung zu Biomethan mithilfe von elektrischer Energie nachgebildet werden. Dem definierten Output wird im nächsten Schritt ein Gasbedarf gegenübergestellt, in dem die Erlöse für die Vermarktung des Biomethans zugrunde gelegt werden. 
Es ist auch möglich, die Prozesskette noch weiter zu denken und den Transport sowie die Kompression des Gases für eine Einspeisung in das Erdgasnetz abzubilden. energyPRO ist in der Lage, ein solches vernetztes System für jeden Simulationsschritt technoökonomisch zu optimieren und Auskunft darüber zu geben, ob für die gewählten Rahmenbedingungen die Biomethanerzeugung einen wirtschaftlichen Nutzen liefert. Im Nachgang kann dann untersucht werden, welchen Effekt beispielsweise der Umstieg auf andere Biogassubstrate hat. Auch könnten verschiedene Aufbereitungsverfahren miteinander verglichen werden, um herauszufinden, welches für die vorhandene Anlagenkonstellation am besten geeignet ist.
Eine solche Flexibilität in der Definition und Darstellung unterschiedlichster Modelle ist einer der Vorteile, die energyPRO auszeichnen. Mit wenigen Schritten könne das gezeigte Modell beispielsweise auch für den Einsatz in Klärwerken mit Faulgas angepasst werden. Die Möglichkeit, auch unterschiedliche Aufbereitungsverfahren als Varianten technoökonomisch miteinander zu vergleichen, macht das Programm für Fragestellungen dieser Art ideal.