Methanisierung biogener Gase

Flexible Methan-Produktion aus Strom und Biomasse

Die Verknüpfung von Strom- und Gasnetz soll die Energieversorgung in Zukunft nachhaltig und robust machen. So könnte etwa fluktuierender Wind- und Sonnenstrom in Form des chemischen Energieträgers Methan gespeichert werden. Forscher des KIT und des DVGW zeigen nun, dass dieser Baustein der Energiewende technisch machbar ist. Die Pilotanlage DemoSNG wurde am KIT fertiggestellt und wird nun in Schweden eingesetzt, um mittels Kohlendioxid aus Biomasse und variablen Anteilen von Wasserstoff aus Öko-Strom verlässlich und effektiv Methan herzustellen.

„Die variablen Betriebszustände waren die größte Herausforderung bei der Entwicklung“, sagt Projektleiter Siegfried Bajohr vom Engler-Bunte-Institut (EBI) des KIT. Aus den Produkten einer Biomasse-Vergasungsanlage, also Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, produziert die Pilotanlage DemoSNG mittels eines Nickel-Katalysators direkt Methan und Wasser (SNG-Betrieb).

Wenn Öko-Strom zur Verfügung steht, wird er zur Elektrolyse und Erzeugung von zusätzlich einbindbarem Wasserstoff genutzt. Dann kann sich der Volumenstrom in der Anlage verdoppeln, die Ausnutzung des Kohlenstoffs aus der Biomasse auf nahezu 100 % steigen und eine große Menge nutzbarer Abwärme am Katalysator entstehen (PtG-Betrieb).

„Da herkömmliche Methanisierungsverfahren hier an ihre Grenzen stoßen, haben wir ein neues Reaktorkonzept entwickelt“, so Bajohr. Die Ausgangsstoffe treffen in einem wabenförmigen Katalysatorträger aufeinander, der so ausgelegt werden kann, dass beide Betriebszustände und Mischzustände effizient ablaufen können. „Mit der DemoSNG-Anlage haben wir nun gezeigt, dass unser Konzept auch in einer großformatigen Pilotanlage funktioniert.“

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Metallische Wabenträger werden bereits als Abgaskatalysatoren in Autos eingesetzt. Sie zeichnen sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit und mechanische Robustheit bei geringem Druckverlust in wechselnden Betriebszuständen aus.

Die Anlage DemoSNG wurde in einem handelsüblichen Frachtcontainer (12 x 2,4 x 2,4 m) installiert und ist mobil. Ihr nächster Einsatzort, nach den nun abgeschlossenen Betriebstests am KIT, ist das schwedische Köping. Sie wird im Dauerbetrieb unter realen Bedingungen in die Stoffströme einer Biomassevergasungsanlage eingebunden, die Holzabfälle verwertet. Der wabenförmige Katalysator lässt sich einfach in verschiedenen Anlagengrößen implementieren. Damit könnte es in Zukunft möglich werden, auch kleinere, dezentrale Einheiten etwa an ländlichen Biogasanlagen wirtschaftlich zu betreiben.

„DemoSNG weist den Weg, um Ökostrom in Form von Methan in unseren Gasnetzen zu speichern und zu transportieren“, hebt Thomas Kolb hervor, Leiter des Engler-Bunte-Instituts des KIT. Frank Graf, Bereichsleiter der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) am KIT, ergänzt: „Bislang wird die Beimischung von Wasserstoff ins Erdgasnetz auf wenige Prozent beschränkt, da sowohl bei der Speicherung und der Verteilung als auch der Nutzung verschiedene technische Hürden überwunden werden müssen.“

Die Methanisierung bietet den Vorteil, dass die existierende Infrastruktur für Verteilung und Speicherung von Erdgas, wie auch die üblichen Verbrauchseinrichtungen, ohne Änderungen und Umstellungen weiter genutzt werden können. Über eine effektive Methanisierung lässt sich Strom aus Wind und Sonne ohne Beschränkung in das Erdgasnetz einspeisen.

„DemoSNG stellt unter Beweis, wie nachhaltig europäische Innovationen sind“, freut sich Karl-Friedrich Ziegahn, Bereichsleiter Natürliche und Gebaute Umwelt des KIT und Aufsichtsratsvorsitzender des europäischen KIC InnoEnergy. Mit Anlagen wie DemoSNG kann überschüssiger Ökostrom besser genutzt werden. Beispielsweise könnte dieser mit dem Kohlendioxid, der an den rund 8000 deutschen Biogasanlagen anfällt, dezentral umgesetzt und als Methan gespeichert werden. Dank des neu entwickelten, wabenförmigen Katalysators könnten auch kleinere und mittlere Anlagengrößen wirtschaftlich betrieben werden.

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