Biogas Power-to-Gas-Verfahren für Biogasanlagen

Die Power-to-Gas-Technologie macht es möglich, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen in speicherbares Methan umzuwandeln. Jetzt ist es dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in einem Pilotversuch gelungen, dass bei der Biogasherstellung anfallende Methan mit einem Power-to-Gas-Verfahren auf über 90 Prozent zu erhöhen.

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Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik - IWES

Bad Hersfeld – Erst kürzlich hatte PROCESS über eine neuartige Elektrolyse-Technik für künftige Power-to-Gas-Anlagen berichtet. Im Rahmen eines Projektes des Fraunhofer IWES am Hessischen Biogas-Forschungszentrum (HBFZ) in Bad Hersfeld haben Experten nun mit der direkten Umwandlung des im Biogas enthaltenen Kohlenstoffdioxids in Methan eine neue Variante der Power-to-Gas-Technologie getestet: „Die direkte Methanisierung funktioniert dauerhaft und dies bei einer gleichbleibenden Gasqualität“, berichtete IWES-Institutsleiter Prof. Clemens Hoffmann bei der Vorstellung der Projektergebnisse.

Das in Biogasanlagen erzeugte Gemisch besteht zu zwei Dritteln aus Methan, zu einem Drittel aus Kohlenstoffdioxid und kleineren Mengen Wasser, Schwefelwasserstoff, Stickstoff und anderen Spurengasen. Um es ins Erdgasnetz einspeisen oder für Erdgasfahrzeuge nutzen zu können, muss es entfeuchtet, entschwefelt und vom CO₂ getrennt werden. Den IWES-Experten ist es gelungen, das Kohlenstoffdioxid ohne Abspaltung direkt in Methan umzuwandeln und damit einen komplizierten Prozessschritt zu sparen.

„Wir können auf diese Weise derzeit ein Gas mit einem stabilen Methananteil von mehr als 90 Prozent erzeugen“, berichtete der IWES-Bereichsleiter für Energiesystemtechnik, Bernd Krautkremer. Dieses Biomethan könne entweder zwischen gespeichert oder auch in den Biogasspeicher zurück geführt werden, um dort den Gesamtmethangehalt zu erhöhen. „Wir haben beide Möglichkeiten erfolgreich getestet“, sagte Krautkremer.

Attraktiv für kleine Biogasanlagen

Das durch direkte Methansierung gewonnene Gas soll nicht ins Erdgasnetz eingespeist werden. Dadurch entfallen weitere technisch komplizierte und kostenintensive Anpassungsmaßnahmen wie die eichfähige Messung, die Druckerhöhung und die Konditionierung des Biomethans. Dies macht die Anwendung der neuen Power-to-Gas-Variante vor allem für kleinere Biogasanlagen mit einer Leistung von rund 250 Kilowatt attraktiv, die ihr Gas direkt verstromen.

Die vom Fraunhofer IWES, vom Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung und Solar Fuel entwickelte Power-to-Gas-Technologie macht es möglich, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen in speicherbares Methan umzuwandeln. „Hierzu kombinieren wir Elektrolyse und Methanisierung“, erklärte Jochen Bard, am IWES Abteilungsleiter für Energiewandler- und speicher, das Verfahren. Im ersten Schritt fließt der Strom in einen Elektrolyseur und spaltet dort Wasser in Sauer- und Wasserstoff. Im zweiten Schritt reagiert der so gewonnene Wasserstoff in einem speziellen Reaktor mit CO₂ zu Methan. Dieses kann dann als synthetisches Gas im vorhandenen Gasnetz gespeichert, im Gaskraftwerk in Strom zurück verwandelt sowie als Kraftstoff oder zum Heizen direkt genutzt werden.

Institutionsleiter Hoffmann verwies auf die Bedeutung des Projekts: Die am HBFZ getestete Spielart von Power-to-Gas erschließe nicht nur einen weiteren Pfad zur Methangewinnung. Sie eröffne auch die Möglichkeit, Biogasanlagen in Zukunft flexibler und bedarfsgerechter zu betreiben.

Entwicklungsprozess noch nicht am Ende angelangt

Der Entwicklungsprozess ist allerdings noch nicht am Ende angelangt. Unter anderem sollen Alternativen zur herkömmlichen biologischen Entschwefelung entwickelt werden, die für die direkte Methanisierung nicht geeignet ist. Auch der eingesetzte Katalysator soll noch weiter getestet werden. „Das Potential der direkten Methanisierung ist groß, aber es liegt noch einiges an Forschungsarbeit vor uns, bevor wir an einen breiten Einsatz denken können“, erklärte Hoffmann abschließend.

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