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Biogas in Erdgas-Qualität: Universität Hohenheim entwickelt neuartiges Verfahren

13.09.2011
Bis zu 40% Kostenersparnis: Erdgasqualität aus Biomasse wird technisch einfacher und kostengünstiger

An der Universität Hohenheim wird ein völlig neues Verfahren entwickelt, um Biogas in Erdgasqualität zu erzeugen. Der Kniff: Die für die Biogasentstehung verantwortlichen Methan-Bakterien selbst werden eingespannt, um den Druck und die Reinheit zu erhalten, die für die Erdgasqualität notwendig sind. Damit muss das Gas nicht mehr wie bisher nachträglich verdichtet und gereinigt werden.

Das spart bis zu 40 Prozent der Energiekosten. Im nächsten Schritt soll ein Prototyp der neuen Anlage in Hohenheim entstehen – und einen weiteren Baustein im Forschungsschwerpunkt Beiträge der Landwirtschaft zur Energie- und Rohstoffversorgung bilden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Hohenheimer Forschung bis Ende 2013 mit 681.000 Euro und macht es damit zu einem der Schwergewichte der Forschung der Universität.

Methangas-Bakterien sind auch bei einem Druck von 10 bar noch bester Laune. Diesen Umstand machen sich jetzt Forscher an der Universität Hohenheim bei der Erzeugung von Biogas in Erdgasqualität zunutze.

Noch wird Biogas als Bioerdgas in Deutschland kaum genutzt. Derzeit sind nur rund 50 Biomethan-Anlagen in Betrieb. Erklärtes Ziel der Bundesregierung ist es, dass bis zum Jahr 2020 etwa sechs Milliarden Kubikmeter Biomethan pro Jahr erzeugt werden. Dafür wären etwa 1.500 Anlagen nötig.

Der weitaus größte Teil des in Deutschland erzeugten Biogases wird heute am Produktionsort in Blockheizkraftwerken verbrannt, um Wärme und Elektrizität zur Einspeisung in das Stromnetz zu produzieren. Dabei wird die anfallende Wärme häufig nur teilweise genutzt.

Methan-Bakterien machen Druck
Mit der tatkräftigen Unterstützung der Methan-Bakterien selbst wird sich dies womöglich bald ändern. Denn das in Hohenheim entwickelte Verfahren könnte es attraktiv machen, Bioerdgas zu produzieren und in das Erdgasnetz einzuspeisen.

Noch ist die Erzeugung von Biomethan nur in sehr großen konventionellen Anlagen möglich. In diesen wird das erzeugte Biogas von Wasser, Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid gereinigt. Für die Einspeisung ins Erdgasnetz muss das aufbereitete Gas zudem in einem weiteren separaten Verfahren mit hohem Energieaufwand verdichtet werden.

Keine Aufbreitung nötig
In den Fermentations-Tanks an der Uni Hohenheim übernehmen diesen Job die Methangas-Bakterien nun selbst. „Druck und Reinheit werden schon während der Fermentation der Biomasse gewährleistet und müssen nicht in nachgeschalteten Verfahren technisch aufwändig erzeugt werden“, erklärt Dr. Andreas Lemmer, der das Forschungsprojekt an der Universität Hohenheim leitet.

Das Herzstück der neuen Methode ist ein völlig neuartiger Fermenter, in dem sich die Methanbakterien besonders wohlfühlen dürften. Die Wohnstube der Bakterien entspricht mit einem Druck von 10 bar ihrem natürlichen Lebensmilieu in der Tiefsee.

Zu einer der technischen Herausforderungen des neuen Methanreaktors gehört, den Druck exakt konstant zu halten. Dafür entwickeln die Hohenheimer Forscher eine spezielle Steuerungs- und Regelungstechnik. In einem weiteren Schritt wollen sie einen Prototyp der neuen Anlage bauen.

40 Prozent Kostenersparnis
Das neue Verfahren könnte der Bioerdgasproduktion zu einem echten Schub verhelfen. Mit ihm lassen sich nicht nur bis zu 40 Prozent der bisherigen Energiekosten einsparen. Es ist – anders als das herkömmliche Verfahren – auch mit kleinen Anlagen wirtschaftlich realisierbar. Zudem ist der Gesamt- Investitionsaufwand für die Anlage deutlich geringer, da keine Anlage zur Aufbereitung des Gases notwendig ist.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Gesamtforschungsvorhaben bis Ende 2013 mit rund 2,6 Mio. Euro. Davon erhält die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie 681.000 Euro. Mit beteiligt ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das die begleitende Prozesssimulation und -Evaluation übernimmt.

Biogasforschung mit Tradition
Dass an der Universität Hohenheim ein Kompaktverfahren zur Biomethanherstellung entwickelt wird kommt nicht von ungefähr. Die Erforschung neuer Verfahrenstechniken von Biogasanlagen hat in Hohenheim eine über dreißigjährige Tradition.

Mit rund 500 Fermentern verfügt keine andere Hochschule in Deutschland über so vielfältige Möglichkeiten, das Biogaspotenzial verschiedener Substrate zu analysieren. Und auch was den Expertennachwuchs angeht, ist die Universität gut aufgestellt. Zum Forscher-Team um Andreas Lemmer gehört einer der ersten Bachelor-Absolventen des neuen Hohenheimer Studiengangs „Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergie“.

Branche zeigt Interesse
In der von den Wissenschaftlern neu entwickelten Anlagentechnik sieht Lemmer vor allem auch ein großes wirtschaftliches Potenzial. Ein Patentschutz wurde schon im ersten Jahr beantragt, etliche Firmen zeigen Interesse an dem neuen Verfahren.

„Beim Thema Bioerdgaserzeugung passiert derzeit sehr viel“, sagt Lemmer. Für konventionelle Anlagen beträgt die Lieferzeit bereits ca. ein Jahr – und die nächste Anlagen-Generation auf Basis des Hohenheimer Verfahrens verspricht wirtschaftlich noch attraktiver zu sein.

Hintergrund
Das Verbundvorhaben „Innovative Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen aus Biomasse“, an dem neben der Universität Hohenheim auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Stuttgart, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), sowie zahlreiche Industriepartner beteiligt sind, wird im Rahmen des BMBF-Förderprogramms Bioenergie 2021 mit 2,6 Mio. Euro gefördert. Im Rahmen des Gesamtprojektes entwickelt die Universität Hohenheim ein neues Verfahren, das die Biogasherstellung und dessen Aufbereitung zu Bioerdgas in einem Verfahren vereint. Mit diesem Verfahren der zweiphasigen Druckmethanisierung wird der Energieaufwand für die Gasaufbereitung reduziert und eine Bioerdgaserzeugung auch in kleinen Anlagen möglich. Die Universität Hohenheim erhält vom Bundesministerium für Bildung und Forschung für ihre Teilprojekte 681.000 Euro bis Ende 2013.
Hintergrund: Schwergewichte der Forschung
Fast 31 Mio. Euro an Drittmitteln akquirierten Forscher der Universität Hohenheim im vergangenen Jahr. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem Drittmittelvolumen von mindestens einer viertel Million Euro bzw. 125.000 Euro in den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften.

Text: Udo Renner / Florian Klebs

Florian Klebs | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de

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