Spurenanteile im Deponiegas Analytiktrends
Die energetische Nutzung von Deponie-, Klär- und Biogasen in Gasmotoren hat sich seit den 80/90er Jahren als sinnvolle und umweltschonende Art der Energieerzeugung etabliert. Trotz standardisierter und ausgereifter Technik kommt es jedoch immer wieder zu erhöhtem Verschleiß und Motorschäden, deren Ursache in den spezifischen Gaszusammensetzungen liegen. Im folgenden Beitrag sollen daher die in Faulgasen typischerweise auftretenden Schadstoffe vorgestellt und ihre Auswirkungen auf die motorische Verwertung beschrieben werden. Da in jüngster Vergangenheit die Themenkomplexe 'Silizium' und 'Gasreinigung' einen immer breiteren Stellenwert einnehmen, werden diese im Rahmen des Beitrages detailliert betrachtet.
Die gasmotorischen Anforderungen an die Gasbeschaffenheit lassen sich in die Gruppen energetisch-physikalische Eigenschaften sowie vorhandene Verunreinigungen und die zeitliche Veränderung dieser Eigenschaften unterteilen.
Aus energetisch-physikalischer Sicht sind die Methankonzentration (CH4), die Methanzahl und die laminare Flammengeschwindigkeit die bestimmenden Faktoren. Im Regelfall liegt die CH4-Konzentration bei Deponiegasen deutlich über 45 % und bei Bio- und Klärgasen im Bereich um 55-60 %. Der Heizwert der Gase liegt somit über dem von den meisten Motorenherstellen zur gasmotorischen Nutzung genannten Mindestheizwert von > 4 kWh/mN³. Darüber hinaus liegen i.d.R. die Kohlendioxidkonzentrationen in der Größenordnung von 20-35 %. Das geforderte Verhältnis CO2/Heizwert von <10 ist somit ebenfalls gewährleistet. Durch den hohen CO2-Anteil ergibt sich eine höhere Klopffestigkeit des Brenngases.
Einen wesentlichen Einfluss auf eine wirtschaftliche Verwertung üben die in geringen Spuren vorhandenen Schadstoffe, auch als Spurenkomponenten bezeichnet, aus. Bis vor einigen Jahren standen hier lediglich die halogenierten Kohlenwasserstoffe im Blickfeld. Diese sind sowohl wegen der möglichen Bildung von Dioxinen und Furanen bei unzureichenden Verbrennungstemperaturen, als auch wegen der Korrosionsgefahr durch Bildung von Salz- und Flusssäure bei Kondensation der Verbrennungsprodukte im Aggregat von Bedeutung. Daneben beeinträchtigen sie auch die Schmiereigenschaften des Motoröles. Seitens der Motorenhersteller wurden daher die maximal zulässigen Konzentrationswerte für Chlor auf 100mg/mN³und für Fluor auf 50mg/mN³ begrenzt. Die Summe Chlor und Fluor darf hierbei 100 mg/mN³ nicht überschreiten. Die genannten Konzentrationswerte beziehen sich auf 100% Methan. Dies bedeutet, dass bei einem realen Gas mit einer CH4-Konzentration von 50% der maximal zulässige Chlorwert bei 50 und der Fluorwert bei 25mg/mN³ liegt. Eine Überschreitung der vorgenannten Grenzwerte ist nicht mit dem Ausschluss einer motorischen Verwertung gleichzusetzen, sondern bedeutet das zunächst spezielle Maßnahmen (z. B. kürzere Ölstandszeiten, höhere Ölumlaufmengen, verkürzte Wartungsintervalle etc.) zu ergreifen sind. Im Regelfall führt dies jedoch zu einer verringerten Anlagenwirtschaftlichkeit. Weiterhin wirken im Motorabgas enthaltene Chlor-, Fluor- und insbesondere Schwefelanteile als Katalysatorgifte und verhindern somit je nach Katalysatortyp eine NOx- bzw. CO-Reduktion. Der Einsatz von Katalysatoren gewinnt hierbei wegen der zu erwartenden Absenkung des Formaldehydgrenzwertes zusehends an Stellenwert. Da die Katalysatorhersteller zur Gewährleistung der Katalysatorfunktion nahezu Nullemissionen an Chlor, Fluor und Schwefel fordern, wird zukünftig der Bedarf an Gasreinigungsanlagen erheblich ansteigen.
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