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Neues Power-to-Gas-Verfahren: Elektrolyse direkt in der Biogasanlage

19.09.2013
Mehr Methan erzeugen mit Elektrolyse-Wasserstoff und überschüssigem Kohlendioxid im Fermenter

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 und damit den Verbrauch vom Ort und Zeitpunkt der Erzeugung zu entkoppeln.

Das Vorhaben startete zum 1. Juli 2013 und wird über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) betreut.

Mikroorganismen wandeln in der Biogasanlage 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.

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 und

- 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:

- die optimale Nutzung der technologisch unvermeidlichen Abwärme des Elektrolyseurs als Prozesswärme in der Biogasanlage,
- die bestmögliche Verteilung des frisch erzeugten Wasserstoffs im Fermenter,
- die einfache und sichere Konstruktion,
- der Wegfall teurer Komponenten, etwa des Kühlwasserkreislaufs, der Gaszwischenspeicherung und evtl. 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 (fnr.de – Projekte & Förderung) unter dem Förderkennzeichen 22400612.

Dr. Torsten Gabriel | idw
Weitere Informationen:
http://www.fnr.de/projekte-foerderung/projekte/suche/

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