Verwertung oder dauerhafte Lagerung von CO2 aus Biogasanlagen
Utilisation or permanent storage of CO₂ from biogas plants
Creators: name: Siegwart, Muriel
name: Stalder, Natalie
name: Hunziker, Manuel
name: Rohrer, Jürg
name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2024
Subjects: Biogasanlage
CO2-Verwertung
CO2-Speicherung
CO2-Lagerung
CCUS
Kohlendioxid
660: Technische Chemie

description: Dokument in englischsprachiger und deutschsprachiger Version vorliegend.
description: Ausgangslage: Im Rahmen des vom BFE geförderten Konsortium SWEET EDGE plant die Genossenschaft Laveba in Wittenbach den Bau einer Biogasanlage mit innovativen Technologien. Das Biogas aus der landwirtschaftlichen Anlage soll zu Biomethan aufbereitet und ins Gasnetz eingespeist werden. Da Biogas ca. 40 Vol% CO2 enthält und das ins Gasnetz eingespeiste Biomethan maximal 4 Vol% CO2 enthalten darf, soll das CO2 mittels eines Membrantrennverfahrens abgetrennt werden. Anstatt dieses CO2 in die Atmosphäre zu entlassen, könnte es einer Verwertung zugeführt werden, z.B. zur Herstellung synthetischer Treibstoffe oder dauerhaft gelagert werden. Letzteres würde der Atmosphäre dauerhaft CO2 entziehen und somit negative Emissionen generieren. 
In Wittenbach wird die Biogasanlage jährlich rund 1’200 Tonnen CO2 produzieren. Im Vergleich zu den meisten Biogasanlagen in der Schweiz und in Europa, die Biomethan ins Gasnetz einspeisen, ist diese Menge gering. Die Aufbereitung des CO2 (Reinigung und Verflüssigung) stellt aufgrund fehlender Skaleneffekte insbesondere bei kleinen Mengen eine wirtschaftliche Herausforderung dar.
Zielsetzung: Dieser Bericht untersucht ökologische und ökonomische Möglichkeiten zur Verwertung oder dauerhaften Lagerung von CO2 aus einer Biogasanlage. Die Abklärungen werden anhand der in Wittenbach geplanten Biogasanlage durchgeführt. Es werden verschiedene Optionen, wie z.B. die Verwendung als «Luftdünger» in einem Gewächshaus oder die Nutzung zur Kohlesäureproduktion für Getränkehersteller sowie die dauerhafte Lagerung in geologischen Lagerstätten oder in recyceltem Beton aus Abbruchbeton betrachtet.
Empfehlungen: Für die geplante Biogasanlage in Wittenbach wird empfohlen, den grössten Anteil des bei der Biogasaufbereitung anfallenden CO2 an Recyclingbetonwerke für die dauerhafte Lagerung des CO2 in Abbruchbeton abzugeben (bioenergy with carbon capture and storage, BECCS). 
Für die Verwertung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie (carbon capture and usage CCU) müsste das CO2 für Lebensmittelqualität aufbereitet und die Qualität kostspielig überprüft werden. Ohne Subventionen kann die Qualitätskontrolle für die geringe Menge nicht wirtschaftlich betrieben werden. Eine Subventionierung wäre zwar über den Verkauf von Klimaschutzzertifikaten möglich. Die Klimaschutzwirkung einer Verwertung ist jedoch aus heutiger Sicht eher gering: Das in der Biogasanlage abgetrennte biogene CO2 würde auf dem schweizerischen und europäischen CO2-Markt hauptsächlich CO2 ersetzen, das als «Abfallprodukt» in der chemischen Industrie (z.B. Ammoniakproduktion) anfällt. Die Wirkung wäre grösser, wenn damit geogenes oder fossiles CO2 auf dem Markt ersetzt würde. Gegebenenfalls könnte ein Teil des CO2 an Gemüsebaubetriebe für die Luftdüngung ihrer Gewächshäuser geliefert werden. Für diese Anwendung ist keine aufwendige Qualitätskontrolle erforderlich, jedoch wären logistische Herausforderungen zu lösen, da Gewächshäuser einen saisonal stark schwankenden CO2-Bedarf haben.
Da unsere Analyse deutlich zeigt, dass potenzielle Biogasbetreiber bei der Suche nach Abnehmern für ihr CO2 unterstützt werden sollten, ist es für die Schweiz rat-sam, Massnahmen zur Reduktion oder Vermeidung des Imports von CO2 insbesondere aus geogenen Quellen zu prüfen. In ganz Europa werden mit grossem Aufwand Projekte zur unterirdischen Speicherung von CO2 (CCS) entwickelt. Es wäre kontraproduktiv, den Import von geogenem CO2 in die Schweiz zuzulassen und gleichzeitig die Klimaschutzbemühungen zu fördern.
Für Biogasanlagen, die ins Netz einspeisen, wird empfohlen, die Verwertung oder die permanente Speicherung von CO2 zu fördern. Zudem sollten geeignete Vorgaben, wie z.B. ein rechtlicher Rahmen, geschaffen werden, um die begrenzten CO2-Speicherplätze effizient auf die verschiedenen CO2-Quellen aufzuteilen.

Starting point: As part of the SWEET EDGE consortium funded by the SFOE, the Laveba Cooperative in Wittenbach is planning to build a biogas plant which employs innovative technologies. The biogas from the agricultural plant is to be processed into biomethane and fed into the gas network. As biogas contains approx. 40% CO₂ by volume and the biomethane fed into the gas network may contain a maximum of 4%, the CO₂ is to be separated by means of a membrane separation process. Instead of releasing this CO₂ into the atmosphere, it could be utilised, e.g. for the production of synthetic fuels, or permanently stored. The latter would lead to negative emissions. 
In Wittenbach, the biogas plant will produce around 1,200 tonnes of CO₂ per year. Compared to most biogas plants in Switzerland and Europe that feed biomethane into the gas grid, this amount is low. The processing of CO₂ (purification and liquefaction) poses an economic challenge due to the lack of economies of scale, especially for small quantities. 
Objective: This report examines ecological and economic possibilities for the recycling or permanent storage of CO₂ from a biogas plant. The evaluation will be carried out on the basis of the biogas plant planned in Wittenbach. Various options are considered, such as use as 'air fertiliser' in a greenhouse or use for carbon dioxide production for beverage manufacturers, as well as permanent storage in geological deposits or in demolition concrete. 
Recommendations: For the planned biogas plant in Wittenbach, it is recommended that the majority of the CO₂ produced during biogas processing is transferred to concrete recycling plants for permanent storage of the CO₂ (bioenergy with carbon capture and storage, BECCS). 
For utilisation in the food and beverage industry (carbon capture and usage CCU), the CO₂ would have to be processed for food quality and the quality would have to be checked at great expense. Without subsidies, quality control for the small quantity cannot be carried out economically. Although subsidisation would be possible through the sale of climate protection certificates, from today's perspective, the climate protection effect of utilisation is rather low: the biogenic CO₂ captured in the biogas plant would mainly replace CO₂ on the Swiss and European CO₂ market, which is produced as a 'waste product' in the chemical industry (e.g. ammonia production). The effect would be greater if geogenic or fossil CO₂ were to be replaced on the market. Potentially, some of the CO₂ could be supplied to vegetable growers to fertilise the air in their greenhouses. No elaborate quality control is required for this application, but logistical challenges would have to be overcome as, depending on the season, greenhouse demands for CO₂ fluctuates greatly. 
Since our analysis clearly shows that potential biogas operators should be supported to find customers for their CO₂, it is advisable for Switzerland to examine measures to reduce or avoid the import of CO₂ especially from geogenic sources. Throughout Europe, projects to store CO₂ underground (CCS) are being developed at great expense and effort. It would be counterproductive to allow the import of geogenic CO₂ into Switzerland while promoting climate protection efforts. 
For biogas plants feeding into the grid, it is recommended that the recycling or permanent storage of CO₂ be promoted. In addition, appropriate guidelines, such as a legal framework, should be established to allocate the limited CO₂ storage sites efficiently to the various CO₂sources.