In Kooperation mit der Forschungsstelle des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) ist es Forschern des KIT gelungen, eine Pilotanlage zu bauen, in der Biogas aus der Verg\u00e4rung organischer Reststoffe zu synthetischem Methan (Synthetic Natural Gas, kurz SNG) aufgewertet werden kann. Das bio-basierte Methan ist nicht nur nachhaltiger Energietr\u00e4ger f\u00fcr den W\u00e4rme- und Verkehrssektor, sondern er\u00f6ffnet auch neue Chancen f\u00fcr die Zwischenspeicherung erneuerbarer Energien.<\/p>\n
Doch die sogenannte Methanisierung, also die Herstellung von Methan (CH4) aus Kohlenstoffmonoxid (CO) oder Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) mittels einer chemischen Reaktion, ist nicht neu \u2013 bereits 1902 wurde die zugrundeliegende Reaktion von dem Chemiker P. Sabatier entdeckt1. Die eigentliche Innovation befindet sich im Inneren der Pilotanlage und besteht aus metallischem Nickel. Es handelt sich um wabenf\u00f6rmige Katalysatortr\u00e4ger, die die Methanisierung in einem einstufigen Verfahren erm\u00f6glichen und so eine hohe Effizienz gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n
Hocheffizientes Methanisierungs-Verfahren er\u00f6ffnet neue Chancen f\u00fcr die Bio\u00f6konomie
\nDr.-Ing. Siegfried Bajohr, der Leiter des EBI-Teilinstituts Chemische Energietr\u00e4ger – Brennstofftechnologie (EBI ceb), an dem die metallischen Nickel-Katalysatoren entwickelt wurden, sieht in dem neuen Verfahren gro\u00dfes Potenzial; vor allem f\u00fcr die Bio\u00f6konomie. Denn durch die Biomassevergasung organischer Reststoffe wie Altholz oder die Verg\u00e4rung von Biomasse k\u00f6nnen gro\u00dfe Mengen Biogas hergestellt und in einem nachgeschalteten Schritt zu hochwertigem Methan aufgereinigt werden.<\/p>\n
Dabei gilt: je h\u00f6her der Methan-Gehalt, umso h\u00f6her der Brennwert des Gases. Ab einem Methan-Gehalt von knapp 80 Vol. % kann das erzeugte Gas in das Erdgas-Netz eingespeist werden und so das fossile \u00c4quivalent ersetzen2. Von dort aus kann der biobasierte Energietr\u00e4ger dann nicht nur zu Heizungszwecken, sondern auch im Mobilit\u00e4tssektor als Treibstoff eingesetzt werden. Denn derzeit basiert der W\u00e4rme- und Verkehrssektor noch vorwiegend auf fossilen Energietr\u00e4gern: Mit nur 13,9 % im W\u00e4rme- und 5,6 % im Verkehrssektor ist der Anteil der Erneuerbaren Energien (Wind, Photovoltaik und Biomasse) im Jahr 2018 nach wie vor als sehr gering einzustufen3.<\/p>\n
Vom Altholz zum hochwertigen Erdgas-Substitut<\/p>\n
Gro\u00dfansicht: Methanisierung am Beispiel von Kohlenstoffdioxid \u00a9 Viola Hoffmann
\nDem gegen\u00fcber stehen j\u00e4hrlich 7 Mio. Tonnen Altholz in ganz Deutschland, von denen bisher etwa 30 % (2,2 Mio. Tonnen) stofflich und der Rest energetisch (Feuerungsanlagen) verwertet werden4. Das neue Methanisierungs-Verfahren stellt nun einen weitaus effizienteren und umweltfreundlicheren Verwertungsweg dar. Denn die Umwandlung der im Holz enthaltenen chemischen Energie in das Erdgas-Substitut Methan bietet gleich mehrere Vorteile. Der f\u00fcr die Methanisierung ben\u00f6tigte Wasserstoff kann per Elektrolyse mithilfe von elektrischer Energie aus Wasser gewonnen werden. Da die Stromgewinnung aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen bekanntlich fluktuiert und die Zwischenspeicherung ein Problem darstellt, k\u00f6nnte \u00fcbersch\u00fcssige Energie zur Wasserstoff-Herstellung genutzt werden. Der erzeugte Wasserstoff wird dann zur Synthese von Methan eingesetzt und dieses in das Erdgasnetz eingespeist5.<\/p>\n
Modulare Bauweise erm\u00f6glicht Flexibilit\u00e4t und Skalierbarkeit<\/p>\n
Als Kohlenstofflieferant kommen je nach gew\u00fcnschter Gr\u00f6\u00dfenordnung sowohl kleine Biogasanlagen als auch gro\u00dfe Kraftwerke infrage. Durch die intelligente Kopplung der Methanisierung mit der jeweiligen Kohlenstoffquelle k\u00f6nnte sogar Energie eingespart werden: So kann beispielsweise die Abw\u00e4rme aus der Methanisierung zur Beheizung des Biogas-Fermenters eingesetzt werden.<\/p>\n
Ein Blick auf den aktuellen Erdgas-Verbrauch und die Quellen, aus denen dieses bezogen wird, macht deutlich, wie wichtig Verfahrensentwicklungen wie die von Bajohr und seinen Kollegen sind, um die Substitutionspotenziale bis 2020 (4 Mrd. m\u00b3) voll auszusch\u00f6pfen und die Abh\u00e4ngigkeit von Erdgas-Importen zu verringern. Da stimmt es zuversichtlich, dass die Forscher ihr Verfahren bereits im Pilotma\u00dfstab erfolgreich testen konnten. Die Methanisierungs-Anlage in der Gr\u00f6\u00dfe eines normalen Frachtcontainers wurde unter dem Namen DemoSNG im schwedischen K\u00f6ping bei dem Kooperationspartner Cortus Energy AB getestet. Dabei wurde aus Altholz Bioerdgas produziert und als Treibstoff f\u00fcr die firmeneigenen Erdgas-Fahrzeuge genutzt6.<\/p>\n
Inzwischen ist die Pilotanlage wieder zur\u00fcck am Campus Nord des KIT und wird dort als Teil des Energy Lab 2.0 im Hinblick auf die industrielle Nutzung weiter erprobt. Der Einsatz der Anlage in Kombination mit kleineren Biogasanlagen ist aufgrund der flexiblen, mobilen Container-Bauweise kein Problem \u2013 die Herausforderung besteht laut Bajohr nun im Upscaling des Verfahrens in den industriellen Ma\u00dfstab. Die Wabenstruktur des Methanisierungs-Reaktors, durch den das Gas w\u00e4hrend des Umwandlungsprozesses zu Methan str\u00f6mt, hat den entscheidenden Vorteil, dass die Struktur einen hohen radialen W\u00e4rmetransport erm\u00f6glicht. Das hei\u00dft, die Prozessw\u00e4rme kann sehr schnell aus dem System abgef\u00fchrt werden, was den Reaktoraufbau im Gegensatz zu anderen Methanisierungs-Reaktoren vereinfacht. Ob dies auch im gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab funktioniert, wird sich zeigen. Im Energy Lab 2.0 ist das Methanisierungsverfahren nun zun\u00e4chst in ein gro\u00dfskaliges, intelligentes Energienetz eingebunden, welches verschiedene neue Technologien verkn\u00fcpft und als Simulationsplattform f\u00fcr eine nachhaltige und effiziente Energieversorgung dient.<\/p>\n
Im Hinblick auf das Ziel, bis 2050 den Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch auf 60 % zu steigern und gleichzeitig die CO2-Emissionen drastisch zu senken, kann die Umsetzung der im Energy Lab 2.0 erprobten Technologien gar nicht schnell genug gehen8,9.<\/p>\n
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Literatur:<\/p>\n
1 HELMETH (2019): Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion.
\nwww.helmeth.eu\/index.php\/technologies\/methanation-process<\/p>\n
2 Paschotta, R. (2019): Erdgas. www.energie-lexikon.info\/erdgas.html<\/p>\n
3 Umweltbundesamt (2019): Erneuerbare Energien in Zahlen.
\nwww.umweltbundesamt.de\/themen\/klima-energie\/erneuerbare-energien\/erneuerbare-energien-in-zahlen<\/p>\n
4 Umweltbundesamt (2014): Holzindustrie.
\nwww.umweltbundesamt.de\/themen\/wirtschaft-konsum\/industriebranchen\/holz-zellstoff-papierindustrie\/holzindustrie<\/p>\n
5 Bajohr, S.; G\u00f6tz, M.; Graf, F.; Ortloff, F. (2011): Speicherung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie in der Erdgasinfrastruktur. Fachberichte, Rohrnetz.<\/p>\n
6 KIT (2018): Presseinformation: Aus Holzabf\u00e4llen erfolgreich erneuerbares Gas produziert.
\nwww.kit.edu\/kit\/pi_2018_107_aus-holzabfallen-erfolgreich-erneuerbares-gas-produziert.php<\/p>\n
7 FNR (2014): Biomethan.
\nbiogas.fnr.de\/fileadmin\/biogas\/Bioerdgas-Potenziale.jpg<\/p>\n
8 KIT (2017): Energy Lab 2.0: The future energy systems in the focus.
\nBrosch\u00fcre zum Download: www.elab2.kit.edu\/113.php<\/p>\n
9 IWR (2014): Forschungsanlage erzeugt Methan aus \u00d6kostrom und Biomasse.
\nwww.iwr.de\/news.php?id=27829<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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