SEPURAN® Green: Methan und CO₂ aus Biomasse

We go beyond to push renewable energies

In Müll, Gülle und Klärschlamm steckt jede Menge Potenzial: Als Ausgangsstoffe für die Erzeugung von Biogas ermöglichen sie es, nachhaltige Rohstoffe für die Industrie und umweltfreundliche Energieträger zu gewinnen. Um ihr Potenzial nutzbar zu machen, hat Evonik SEPURAN® Green entwickelt, eine Hohlfasermembran für die effiziente Gasseparation. Mit ihrer Hilfe können Methan und Kohlendioxid in hoher Reinheit aus Rohbiogas abgetrennt werden. Beide Stoffe ersetzen Erdgas beziehungsweise CO₂ fossilen Ursprungs in zahlreichen Anwendungen und tragen so dazu bei, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Energiewende voranzutreiben.

Auf den Markt gebracht wurde SEPURAN® Green im Jahr 2011. Seitdem hat Evonik die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt und gemeinsam mit Partnern als Qualitätsstandard in der Biogasaufbereitung etabliert. Ursprünglich waren die Hochleistungsmembranen nur für kleine Mengen vorgesehen, längst werden sie aber auch in großem Maßstab in Biogasanlagen eingesetzt. „Weltweit gibt es heute mehr als 1.000 Anlagen, die unsere Technologie für die Herstellung von Biomethan und Bio-CO₂ nutzen“, sagt Götz Baumgarten, Leiter des Innovationswachstumsfeldes Membranes bei Evonik. „Ein Grund für den Erfolg ist unsere überlegene Technologie. Zudem erfordert SEPURAN® Green von Biogasanlagenbetreibern nur geringe Investitionen, ist schnell installiert und einfach zu bedienen.“

Das für den Separationsprozess nötige Biogas kann aus allen Arten von Biomasse erzeugt werden. Neben Gülle, Rest- und Abfallstoffen oder Klärschlamm eignen sich auch sogenannte Energiepflanzen, die nicht für die Nahrungsmittelproduktion vorgesehen sind. Der große Vorteil von Hirse, Zuckerrüben, Mais und Co.: Sie ermöglichen eine besonders hohe Gasausbeute.

Genauso vielfältig wie die Ausgangsstoffe sind die Einsatzgebiete der mit SEPURAN® Green gewonnenen Stoffe. Biomethan kann als regenerative Strom- und Wärmequelle oder in der Industrie als Ausgangsprodukt für technische Synthesen von Wasserstoff, Methanol oder Ammoniak genutzt werden. Komprimiert zu CNG (Compressed Natural Gas) oder verflüssigt zu LNG (Liquefied Natural Gas) kommt es auch als umweltfreundlicher Kraftstoff für Pkw und Lkw zum Einsatz. Bio-CO₂ wiederum ist ein wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie. Getränkehersteller setzen es zudem als Kohlensäure ein. In Gewächshäusern wird Bio-CO₂ als gasförmiger Dünger genutzt. „Die Vielfalt der Anwendungsfelder zeigt: SEPURAN® Green eröffnet Biogasanlagenbetreibern beste Vermarktungschancen“, sagt Baumgarten.

Neben SEPURAN® Green bietet Evonik weitere innovative Membrantechnologien für die effiziente Gasseparation an, etwa zur Stickstofferzeugung, zur Erdgasaufbereitung oder zur Wasserstoffextraktion. Herzstück der Membran sind feine Hohlfasern aus dem Hochleistungskunststoff Polyimid, die in Form und Farbe an Makkaroni erinnern. Am Evonik-Standort Schörfling in Oberösterreich werden die Fasern produziert und zu Tausenden in rohrförmige Edelstahlmodule eingebaut. Das druck- und temperaturbeständige Polyimid bezieht der Standort Schörfling vom Evonik-Werk im benachbarten Lenzing.

Das Funktionsprinzip der SEPURAN®-Membranen ist vergleichsweise simpel. Um etwa Biogas in seine Hauptbestandteile Methan und Kohlendioxid aufzutrennen, wird es zunächst durch das eine Ende der Module hindurchgepresst. Aufgrund der unterschiedlichen Molekülgrößen entweichen Kohlendioxid und Wasserdampf seitlich durch die Membran, das Methan tritt am anderen Ende des Moduls aus. Evonik hat außerdem ein Verfahren für die Biogasaufbereitung entwickelt, das die Trenneigenschaften von SEPURAN® Green optimal nutzt: Durch die geschickte Verschaltung der Membranen lässt sich das Methan aus dem Rohgas auf bis zu 99 Prozent aufreinigen. Alles, was es dazu braucht, ist ein Kompressor.

Die Produktion der Hohlfasermembranen hat Evonik in den vergangenen Jahren stetig verbessert. In Schörfling werden seit fast 100 Jahren Kunststoffe zu Fasern gesponnen – früher Viskose, heute Polyimid. „Eine besondere Herausforderung ist es, den flüssigen Kunststoff in die gewünschte Form zu bringen“, sagt Peter Aigner, Chemieverfahrenstechniker und Schichtleiter im Evonik-Werk Schörfling. „Aber wir haben den Prozess so perfektioniert, dass wir unsere Kunden zuverlässig mit unseren Produkten versorgen können.“ Auch die Kapazität und Effizienz der Membranen konnte Evonik im Laufe der Jahre immer weiter erhöhen.

Weil die Nachfrage nach SEPURAN®-Membranen kontinuierlich wächst, erweitert Evonik die Kapazitäten in Schörfling und Lenzing. Bereits Anfang 2023 ging eine neue Hohlfaserspinnanlage in Betrieb, nun wird eine weitere hinzukommen. Darüber hinaus baut Evonik die Infrastruktur für die Modulfertigung in Schörfling aus. In Lenzing wird zudem die Polyimid-Produktion entsprechend aufgestockt.

Einen wertvollen Beitrag zur Energiewende leistet Evonik in Oberösterreich aber nicht nur durch die Herstellung der SEPURAN®-Membranen. Der Standort Schörfling wird bereits heute vollständig mit grünem Strom aus Wind-, Wasserkraft oder Biomasse versorgt. Seit Anfang 2022 deckt das Werk zudem seinen Gasbedarf zu 100 Prozent mit Biomethan aus regionaler Erzeugung. Der Nutzen für die Umwelt: Durch den Umstieg auf eine umweltschonende Energieversorgung konnte Evonik ihre direkten CO₂-Emissionen in Oberösterreich um circa 5.000 Tonnen pro Jahr senken.

Fotos: Evonik Industries AG (3), Christian Vorhofer / Evonik Industries AG, Staudinger + Franke / Evonik