Wie wählt man Geokunststoffe für Biogas-Rückhaltesysteme aus?

Die Biogasproduktion aus anaeroben Abwasserteichen, die üblicherweise für die Aufbereitung von Abwässern aus landwirtschaftlichen Betrieben und aus der Industrie verwendet werden, ist eine intelligente, nachhaltige und umweltgerechte Möglichkeit. Eine Schlüsselkomponente dieser Systeme ist das geosynthetische Material, das für das Abdichtungssystem verwendet wird. Warum sind Geomembranen aus Polyethylen die bessere Wahl, und wie wählt man das richtige Material aus? 

Angesichts zunehmender Energiekrisen und der Herausforderungen durch den Klimawandel versuchen wir Wege zur Verbesserung der Energieresilienz und zur Diversifizierung der Energieversorgung zu finden. Vor diesem Hintergrund wird der Wert der Biogasgewinnung immer deutlicher. Die vergleichsweise geringen Kosten (im Vergleich zu konventionellen Materialien) und die einfache Biogasgewinnung durch den Einsatz von Geomembranen sind die treibenden Kräfte für die Einführung von Biogaslösungen. HDPE-Geomembranen können an der Oberfläche des Auffangbeckens schwimmen – in der Regel ist dafür keine zusätzliche Stütze erforderlich. Darüber hinaus bieten Geomembranen eine Reihe weiterer Vorteile. 

Der Wert der Biogasgewinnung 

Für die Abwasseraufbereitung errichtete Teiche reduzieren den organischen Gehalt und beseitigen Krankheitserreger, welche die Umwelt schädigen oder Süßwasserkörper durch natürliche Prozesse verschmutzen können. Die Teiche dienen zur Aufbereitung von kommunalen Abwässern, tierischen Abfällen sowie Abwässern aus Industrie und Produktion oder landwirtschaftlichen Prozessen z.B. aus der Fleisch-, Milch und Palmölverarbeitung. Nach der Aufbereitung können die Abwässer je nach Reinheitsgrad zur Bewässerung oder Verarbeitung verwendet oder in das Oberflächenwasser rückgeführt werden. 

Diese Teiche können einzeln oder in Reihe geschaltet für die sukzessive Abwasseraufbereitung genutzt werden. Bei einer effektiven Serienbehandlung wird das Abwasser häufig in einem anaeroben Teich, einem fakultativen Teich und einem aeroben Teich aufbereitet. Die anaerobe Aufbereitung, die erste Stufe, reduziert die organische Belastung um bis zu 60 Prozent, indem sie organischen Kohlenstoff in Methan umwandelt. 

Herkömmliche offene Teichsysteme setzen Biogas in die Atmosphäre frei, verursachen Geruchsprobleme und tragen zu den Treibhausgasemissionen (THG) bei. Zugleich sind diese Systeme unwirtschaftlich. Studien zeigen, dass die Methanabscheidung signifikant zur Energieproduktion beitragen kann. Diese Energie kann zur Befeuerung von Heizkesseln und Turbinen oder zum Erzeugen von Strom und Wärme für Haushalte und Gewerbe genutzt werden. 

Je verwertbarer die organischen Abfälle sind, die durch anaerobe Vergärung verarbeitet werden, umso mehr Gas kann potenziell gewonnen werden. Ein gutes Beispiel ist folgende Studie aus Neuseeland: Die Biogasgewinnung aus anaeroben Abwasserbecken, in denen Abwässer aus der Schweinezucht und aus Molkereien aufbereitet werden, wurde mit Hilfe von schwimmenden, 25m² großen HDPE-Geomembranen an der Teichoberfläche gemessen. Die Studie ergab, dass die Umwandlung der durchschnittlichen Methangasmenge aus diesen Teichen in Elektrizität die Treibhausgasemissionen um 5,6 bzw. 0,6 Tonnen CO2-Äquivalente pro Tag reduzieren und 1.180 kWh/d bzw. 122 kWh/d erzeugen würde. 

Diese Studie fasst die Erfahrungen in asiatischen Entwicklungsländern zusammen, die schwimmende Abdeckungen auf Abfalllagunen installiert haben, sowie die erzielten Vorteile durch den Einsatz von Geomembranen aus Polyethylen (HDPE oder LLDPE) für die Gewinnung und Verwertung von Biogas, die Energieerzeugung, die Rauch- und Geruchskontrolle und für den Schutz vor Verdunstung und Grundwasserverunreinigung. Die Untersuchung beleuchtet die Qualitätssicherung bei der Herstellung und das Qualitätskontrollprogramm, die Konstruktion der Schwimmdecke und die Installation. 

Warum Geomembranen die bessere Wahl für die Biogaserzeugung sind 

HDPE-Geomembranen sind als Bodenabdichtungssysteme und als schwimmende Membranabdeckungen in Biogassystemen äußerst effektiv. Durch ihre Abdichtungsfähigkeit verhindern sie den Eintritt von Regenwasser sowie andere Verunreinigungen und halten Flüssigkeiten und Gase im Teich zurück. Durch den Ausschluss von Sauerstoff fördern sie die anaerobe Verdauungstätigkeit. Zudem dichten sie Gerüche ab, die bei anaeroben Prozessen entstehen können. 

Zu den Hauptmerkmalen von Dichtungsbahnen, die sich für den Einsatz in Biogasanlagen eignen, gehören eine ausgezeichnete UV- und Chemikalienbeständigkeit, höhere mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Windverwehungen, höhere Undurchlässigkeit für Methanmigration, eine bessere mehrachsige Zugbelastung, höhere Flexibilität (für einfachere Installation, Schweißqualität und Geschwindigkeit) sowie eine verbesserte Spannungsrissbeständigkeit. Doch wie werden diese Eigenschaften erreicht, und wie werden sie geprüft? 

Die ausgewählten Dichtungsbahnen müssen verschiedene Industrienormen erfüllen und Qualitätstests im Labor bestehen, wobei die Anforderungen der spezifischen Anwendung entsprechend der Definition vom Designingenieur überprüft werden.  

Prüfung auf Qualität 

HDPE-Geomembranen werden aus Polyethylenharz hergestellt. Zu den Zusatzstoffen gehören Ruß, Hitze- und UV-Stabilisatoren sowie Antioxidantien. Qualitativ hochwertige Dichtungsbahnen enthalten Rohstoffe, die den Herstellerstandards für spezifisch definierte Widerstandsfähigkeiten gegen Oxidationsabbau, Spannungsrisse und Hitzebeständigkeit sowie UV-Stabilisierung entsprechen. All das trägt zur Langlebigkeit des Materials in exponiertem Zustand bei. Die Verwendung heller oder weißer Dichtungsbahnen mit ihrer Fähigkeit, UV-Licht zu reflektieren, kann bei bestimmten Anwendungen zusätzliche Vorteile bringen. 

Die Intaktheit von Innenbehältern und Abdeckungen – bei der Herstellung und beim Einbau – muss sichergestellt werden. Die Hersteller führen bei der Produktion elektrische Funkentests durch, um Nadelstiche und Defekte zu erkennen, aber auch bei der Installation muss die Unversehrtheit der Auskleidung geprüft werden, um ein sicheres System zu gewährleisten. 

Eine Fallstudie – Biogas aus der Palmölproduktion 

In einer Palmölfabrik in Indonesien hat Solmax dazu beigetragen, die Abwässer einer Palmölmühle (POME) für die Erzeugung erneuerbarer Energie nutzbar zu machen und zugleich die Umwelt vor den schädlichen Auswirkungen der Methan-Biogasemissionen zu schützen. 

POME ist ein hervorragendes Substrat für die Produktion von erneuerbarem Biogas – Biogas entsteht auf natürliche Weise, wenn POME zersetzt wird. Für die Auskleidung und Abdeckung der errichteten Lagune wurde ein hellbraunes GSE® HD für die Biogasspeicherung gewählt. Die fertige Methangewinnungsanlage bestand aus einer Premium-HDPE-Auskleidung an der Unterseite und einer Premium-HDPE-Abdeckung, wobei das POME zwischen diesen beiden Auskleidungen eingeschlossen war, sodass ein anaerober Fermenter entstand. 

Diese Premium-HDPE-Auskleidung ist das Ergebnis umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, um den Anforderungen der Bioabfallindustrie an überdachte anaerobe Lagunen gerecht zu werden. Es wurde ein Feldversuch im POME durchgeführt, um die Leistung und Kompatibilität der Auskleidung hinsichtlich organischer Abfälle zu überprüfen. 

Der Nutzen für den Anlagenbetreiber ist beträchtlich. Das Biogas wurde gewonnen, verteilt, aufbereitet und als Brennstoff für zwei 1.200-kW-Biogasaggregate sowie für einen Biogasbrenner verwendet, der im bestehenden Biomassekessel installiert ist. Dadurch konnte der Betreiber die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern und die Treibhausgasemissionen senken.