Der Schweizer Biogasmarkt wächst kontinuierlich. Laut Bundesamt für Energie wurden im vergangenen Jahr 471 Gigawattstunden Biogas ins Erdgasnetz eingespeist – rund doppelt so viel wie vor zehn Jahren. Mit dem Marktwachstum steigen auch die Anforderungen an die Gasqualität, da Biogas für die Einspeisung und energetische Nutzung strengen Grenzwerten unterliegt.
Insbesondere Spurenverunreinigungen stellen eine Herausforderung dar. Biogas besteht zu 50 bis 75 Prozent aus Methan und zu mindestens einem Viertel aus Kohlendioxid. Daneben können selbst millionstel Anteile unerwünschter Substanzen enthalten sein. «Diese verursachen trotz ihrer winzigen Konzentration riesige Probleme», sagt Ayush Agarwal, Erstautor der Studie und ehemaliger Doktorand am Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften des PSI.
Schwefelverbindungen und Siloxane im Fokus
Zu den problematischsten Verunreinigungen zählen organische Schwefelverbindungen sowie Siloxane. Schwefelverbindungen entstehen beim bakteriellen Abbau schwefelhaltiger Proteine. Siloxane stammen unter anderem aus Kosmetikprodukten und gelangen über Abwässer in Kläranlagen und schliesslich ins Biogas.
Beim Einsatz von Biomethan in Gaskesseln oder Brennstoffzellen können diese Stoffe erhebliche Schäden verursachen. «Es verstopft die Brennsysteme, beispielsweise benötigen die Anlagen dann mehr Energie, um die gleiche Menge an Wasser zu erwärmen», erklärt Agarwal mit Blick auf die Siloxan-bedingte Bildung von Siliziumdioxid. Zudem gilt: «Selbst in Spuren sind Siloxane und organische Schwefelverbindungen schädlich.»
Neue Analysemethode für den breiten Einsatz
Forschende am PSI haben erstmals eine Methode entwickelt, die Schwefelverbindungen und Siloxane gleichzeitig erfasst. Die Analytik basiert auf Gaschromatografie in Kombination mit Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma. Damit lassen sich Verunreinigungen bis zu Konzentrationen von fünfzehn milliardstel Anteilen nachweisen.
Die Methode ist nicht nur für grosse Anlagen relevant. Für kleinere Biogasanlagen ohne eigene Messtechnik wurde ein mobiles Probenahmesystem entwickelt, bei dem die Gase in einer Flüssigkeit gebunden werden. Diese Proben bleiben laut PSI mindestens 28 Tage stabil und können in spezialisierten Laboren analysiert werden.
Eine zuverlässige Analytik gilt als zentrale Voraussetzung für die Weiterentwicklung der Biogasnutzung. «Man kann nur etwas verbessern, wenn man es auch gut messen kann», fasst Agarwal zusammen.
Beitrag zur Energiewende
Die universelle Einsetzbarkeit der Methode ermöglicht eine breitere Qualitätskontrolle von Biogas in der Schweiz. «Das ist ein gutes Beispiel dafür, wie wir am PSI angewandte Forschung betreiben, die konkrete Lösungen für aktuelle Herausforderungen liefert», sagt Christian Ludwig, Co-Autor der Studie und Forscher am Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften des PSI.
Literatur
Ayush Agarwal, Laura Torrent, Julian Indlekofer, Sylvain Bouchet, Lucy P Culleton, Serge M A Biollaz, Christian Ludwig; "Sampling to analysis: simultaneous quantification of siloxanes and sulfur compounds in biogas for cleaner energy"; Progress in Energy, Volume 8, 2025-11-27