Neben den Ressourcen Wasser, Wind, Sonne und Erdwärme ist auch Biomasse eine regenerative Energiequelle. Der prozentuale Anteil der Bioenergie an der Bruttostromerzeugung 2020 betrug 7,8 % (Quelle: Statista). Für die regenerative Energieversorgung besteht auch hier die Möglichkeit eines weiteren Ausbaus.
Für die Erzeugung von Biogas werden nachwachsende Rohstoffe bzw. Abfallstoffe verwendet. Das sind Energiepflanzen, Bioabfälle und Speisereste, aber auch Gülle und Mist. Neben der Erzeugung von Strom, kann Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet werden. Daher ist eine Nutzung mit Verwendung der vorhandenen Infrastruktur (Erdgasnetz) ohne großen Aufwand möglich.
Biogas ist ein brennbares Gas, das durch die Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen entsteht. In der Praxis bilden sich in Abhängigkeit von den Ausgangssubstraten (Mais, Getreide, Gülle, etc.) die Hauptbestandteile Methan und Kohlendioxid, sowie andere Gase in verschiedenen Zusammensetzungen. Darüber hinaus ist Methan ein effizienter Energieträger und verbrennt in Gegenwart von Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Zusammensetzung Biogas
Methan ist die Komponente, die in einer Biogasanlage produziert werden soll mit dem größten Nutzen für die Energiegewinnung. Als CH4 liegt der Kohlenstoff in seiner reduziertesten Form vor. In Verbindung mit Sauerstoff oxidiert der Stoff und liefert Energie bis er zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt ist.
Kohlendioxid liefert keine Energie mehr, da dies die oxidierteste Kohlenstoffverbindung ist.
Wasserdampf ist eine Komponente wie auch CO2, die durch die Oxidation keine Energie mehr abgeben kann.
Ammoniak (NH3) und Schwefelwasserstoff (H2S) zählen ebenfalls zu den unerwünschten Gasbestandteilen. Vor allem Schwefelwasserstoff ist in jedem Biogas in messbarer Größe vorhanden und liegt meistens im Bereich von 0 bis 1500 ppm (10.000 ppm entspricht 1 Vol.%). Die Grundlagen der Messbereiche ppm und Vol.% können Sie hier noch einmal nachlesen.
Optimal sind eine hohe Konzentration von Methan und eine niedrige Konzentration von Schwefelwasserstoff.
Biogas ist aufgrund der Inhaltsstoffe und den sich daraus ergebenden physikalisch-chemischen und toxischen Eigenschaften gefährlich. Durch den Methananteil kann Biogas extrem entzündbar werden und in Verbindung mit Luft eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre bilden.
Explosionsbereich
Die Ex-Zonen auf einer Biogasanlage fallen in den Bereich Arbeitsschutz und sind über die BG ETEM im Bereich systematische Gefährdungsbeurteilung – Einteilung von Explosionsschutz-Zonen bei Biogasanlagen – nachzulesen. Typische Bereiche dieser Ex-Zonen sind Rührwerksverstellungen, Über-, Unterdrucksicherungen und die direkten Behälteranbindungen an die Gasfolie. Diese sind oftmals durch Podeste, Bühnen oder Leitern leicht zugänglich. Darüber hinaus ist an gasführenden Leitungen, in Schächten und besonders in Vorgruben immer mit Gas zu rechnen. Hier sollten entsprechende Personenschutzmaßnahmen, wie das Tragen eines Gaswarngerätes, ergriffen werden (OLLI).
Toxische Gefahren
Neben der Explosionsgefahr durch Methan sind die toxischen Gefahren für den Menschen nicht außer Acht zu lassen. Folgende Gefahren können durch das toxische Gas Schwefelwasserstoff verursacht werden:
- Zerstörung des roten Blutfarbstoffes und damit einer Lähmung der intrazellularen Atmung führen.
- Bei Kontakt mit Schleimhäuten und Gewebeflüssigkeit im Auge, der Nase, des Rachens und in der Lunge kann durch Alkalisulfide eine sehr starke Reizwirkung verursacht werden.
- Kann Schäden im zentralen und evtl. auch peripheren Nervensystem hervorrufen.
Wirkung Schwefelwasserstoff
Toxizität in unterschiedlichen ppm Bereichen
Personenschutz
Aufgrund dieser Gefahren wird für den Personenschutz bei Arbeiten an Rohbiogasleitungen der Einsatz eines Gaswarngerätes für die Arbeitsplatzüberwachung empfohlen. Folgende Gasinhaltsstoffe sind laut „DGUV 203-081“ zu erfassen: Methan, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff. Dadurch wird ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet. Geräte dieser Kategorie sind zur Verwendung in Bereichen bestimmt, in denen damit zu rechnen ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftreten kann. Wir empfehlen die Nutzung eines explosionsgeschützten Mehrbereichsmessgerätes (OLLI mit IR + H2S Sensor). Die wesentlichen Funktionen die zum Personenschutz bei der Arbeit auf bzw. an Biogasanlagen zu erfüllen sind, werden durch die Überwachung der Arbeitsumgebung auf Annäherung an die untere Explosionsgrenze und das Überschreiten von bestimmten Konzentrationen bei toxischen Gasen, gewährleistet.
In einem weiteren Blogbeitrag zum Thema Biogas beschäftigen wir uns näher mit der Analyse des Biogases und der damit verbundenen Qualität.