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Speicherung erneuerbarer Energien

Reaktor für biologische Methanisierung als flexibler Energiespeicher erprobt

| Redakteur: Alexander Stark

Power-to-Gas (PtG)-Verfahren werden als Schlüsseltechnologien zur Speicherung erneuerbarer Energien angesehen.
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Power-to-Gas (PtG)-Verfahren werden als Schlüsseltechnologien zur Speicherung erneuerbarer Energien angesehen. (Bild: Pixabay / CC0)

In einem Forschungsprojekt hat die Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg ihren 2012 entwickelten kontinuierlichen Rieselbettreaktor zur biologischen Methanisierung erfolgreich als flexiblen Energiespeicher erprobt.

Cottbus — Power-to-Gas (PtG)-Verfahren werden als Schlüsseltechnologien zur Speicherung erneuerbarer Energien angesehen. Dabei wird in Elektrolyseuren mit Hilfe von überschüssigem erneuerbarem Strom Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff gespalten. Den Wasserstoff kann man dann mit CO2 in Methan (CH4) umwandeln (Methanisierung), das nahezu erdgasgleich ist und sich problemlos in die bestehenden Erdgasnetze einspeisen lässt.

Klassische, chemisch-physikalische Methanisierungs-Verfahren sind aufgrund der erforderlichen hohen Drücke und Temperaturen vergleichsweise teuer. Um die Fluktuation von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Photovoltaik auszugleichen, erscheint die biologische Methanisierung als geeignete Alternative. Dabei wandeln Einzeller, sog. Archaeen, H2 und CO2 bei Umgebungsbedingungen in CH4 um.

Kopplung von Bio-, Solar- und Windenergie

Die BTU hat bereits 2012 einen neuartigen, kontinuierlich arbeitenden Rieselbettreaktor zur biologischen Methanisierung entwickelt. Der inzwischen patentierte Reaktor zeichnet sich durch eine besonders hohe Methankonzentration von 98 % im Produktgas und einen niedrigen Strom- und Wärmebedarf aus, so die Entwickler. Verbesserungsfähig war den Forschern zufolge die relativ geringe Methanbildungsrate.

Im hier vorgestellten Projekt entwickelte die BTU den bisher im Technikum erprobten Ansatz für die Kopplung von Bio-, Solar- und Windenergie in der Praxis weiter. Durch Erhöhung des Betriebsdrucks auf 5 bar konnten sie die Methanbildungsrate bei verhältnismäßig geringem energetischen Mehraufwand deutlich steigern.

Eine weitere Druckerhöhung führte hingegen zu keinem gesteigerten Wasserstoffumsatz. Außerdem ermittelten die Forscher die optimalen Betriebsparameter und testeten erfolgreich nicht aufbereitetes Biogas als Alternative zum Ausgangsgas CO2.

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Unter Zugabe einer praxisnahen Nährstofflösung erreichten sie einen stabilen Langzeitbetrieb des Reaktors. Projektleiter Dr. Marko Burkhardt betonte die sehr gute Steuerbarkeit des Prozesses durch die die Methanbildung direkt gestartet oder unterbrochen werden könne. Dadurch sei es möglich, auf den Erdgasbedarf bzw. die Verfügbarkeit der Inputgase flexibel zu reagieren.

Flexibler Speicher

Insgesamt bewerteten die Forscher den anaeroben Rieselbettreaktor als wirtschaftlich konkurrenzfähig zu anderen Methanisierungsverfahren, bei deutlichen Stärken in der Energieeffizienz und Produktqualität. Nach ihrer Einschätzung ist der Reaktor selbst für eine flexible, bedarfsgerechte Fahrweise gut geeignet, das Zusammenspiel der gesamten Prozesskette von der Elektrolyse bis zur Methaneinspeisung müsse im Praxismaßstab aber noch weiter untersucht werden. Forschungs- und Entwicklungsbedarf bestehe auch noch beim Einsatz von Steuerungs- und Regeltechnik für die Methanisierung unter erhöhtem Druck, weil dabei die genaue Einstellung des CO2:H-Verhältnisses besonders wichtig sei.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

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