Biogas-Anlagen und Power-to-Gas

Mehr Methan erzeugen mit Elektrolyse-Wasserstoff

Die MicrobEnergy GmbH entwickelt mit Unterstützung des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) ein direkt im Fermenter ablaufendes Power-to-Gas-Verfahren. Dabei wird der Kohlendioxidanteil des Biogases und im Fermenter erzeugter Elektrolysewasserstoff in zusätzliches Methan umgewandelt. Das Verfahren hat nicht nur das Potenzial, die Produktion des wertvollen Energieträgers Methan zu erhöhen. Es trägt auch dazu bei, überschüssigen Strom aus fluktuierenden erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind speicherbar zu machen.

Mikroorganismen wandeln in Biogasanlagen Kohlenstoffverbindungen aus Biomasse in Methan um. Dafür benötigen sie Wasserstoff, der ihnen über die zuvor abgelaufenen Prozessschritte zur Verfügung steht. Das Problem: Der Wasserstoff "reicht" nicht für eine vollständige Methanisierung der Biomasse, das Biogasgemisch besteht am Ende zu höchstens drei Viertel aus Methan, der Rest sind Kohlendioxid, Wasserdampf und diverse Spurengase. Könnte man zusätzlichen Wasserstoff in die Biogasanlage einschleusen, ließe sich mehr Methan erzeugen. Hier setzen die Forscher der MicrobEnergy GmbH mit ihrem Vorhaben "BioCharge" an. Sie wollen Wasserstoff über eine Elektrolyse direkt im Fermenter erzeugen.
Erste Laborversuche konnten zeigen, dass die Mikroorganismen zusätzlichen Wasserstoff sofort zur Methanisierung des vorhandenen CO2 nutzen und der Biogasprozess dabei nicht zum Erliegen kommt. Die Methanausbeute ließ sich so auf bis zu 95 Prozent steigern.

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Im Einzelnen widmen sich die Wissenschaftler des Unternehmens nun folgenden Aufgaben:

  • Erarbeitung und Überprüfung von zwei In-situ-Elektrolysekonzepten in einer Laborphase.
  • Bau und Optimierung einer mit realem Biogassubstrat betriebenen Technikumsanlage.
  • Dauertest der Technikumsanlage zur Ermittlung realer Leistungsdaten unter variablen Betriebs- und Lastbedingungen.

Messlatte ist der klassische externe und in der Regel kostenintensive Elektrolyseur. Ihm gegenüber  haben beide "In-situ-Elektrolyse"-Konzepte zwar den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades und geringerer Stromdichten. Dem stehen jedoch  potenzielle Vorteile gegenüber wie:

  • Eine optimale Nutzung der technologisch unvermeidlichen Abwärme des Elektrolyseurs als Prozesswärme in der Biogasanlage.
  • Bestmögliche Verteilung des erzeugten Wasserstoffs im Fermenter.
  • Einfache und sichere Konstruktion.
  • Wegfall teurer Komponenten, etwa des Kühlwasserkreislaufs, der Gaszwischenspeicherung und möglicherweise sogar der Reinstwasserversorgung.
  • Keine besonderen Anforderungen an die Anlagensicherheit, da kein reiner Wasserstoff an irgendeinem Teil der Anlage anfällt.

Ziel des Projektes ist es, nachzuweisen, dass diese Vorteile die genannten Nachteile überkompensieren können. Letztendlich geht es aber um mehr: Um die Vision einer Low-invest-Energiespeichertechnologie, die aus Biogasanlagen effektive Stromspeicher machen könnte. Der besondere Clou: Die zu entwickelnden Komponenten sollen sich auch zum Einbau in bestehende Biogasanlagen eignen. Damit könnte das neue Verfahren, wenn es seine technische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit unter Beweis stellt, in breiterem Umfang eingeführt werden und deutlich mehr Methan für den Ausgleich der unsteten Energieträger Sonne und Wind zur Verfügung stellen.

Nähere Informationen zum Projekt finden sich in der Projektdatenbank der FNR (www.fnr.de - Projekte & Förderung) unter dem Förderkennzeichen 22400612.

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