Power-to-Gas-Anlage mit neuer Direktmethanisierung

24.08.2016

Mit der Power-to-Gas-Technologie möchte das Fraunhofer IWES in Kassel die Langzeitspeicherung für die schwankende Erzeugung der Wind- und Solarenergie lösen. Dazu wird im Hessischen Biogasforschungszentrum HBFZ in Bad Hersfeld eine 50 kW-Anlage aufgebaut und getestet.

Die Machbarkeit und die Funktion eines neuen, kostengünstigen Verfahrens zur Erzeugung von Methangas haben die IWES-Forscher bereits nachgewiesen. Mit der 50-kW-Anlage auf dem Landwirtschaftszentrum Eichhof in Bad Hersfeld erfolgt nun die Umsetzung in den Technikumsmaßstab. Die Bauarbeiten beginnen im Herbst 2016 und sollen im Sommer 2017 abgeschlossen sein. Dann folgt ein 15-monatiger wissenschaftlich begleiteter und ausgewerteter Testbetrieb.

„Die Umsetzung der Direktmethanisierung an einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Demonstrationscharakter wird der finale Entwicklungsschritt vor der Kommerzialisierung sein“, erläuterte Jochen Bard, Bereichsleiter Energieverfahrenstechnik am Fraunhofer IWES. Bernd Krautkremer, Abteilungsleiter Bioenergie-Systemtechnik, ergänzte: „Die Methanisierung von Stromüberschüssen im Biogaskontext kann die Nutzung der heute vorhandenen Biogasanlageninfrastruktur mit über 8000 Anlagen steigern, indem sie den Gesamtenergieumsatz sowie den Nutzenergieoutput steigert, ohne weitere Biomassemengen umzusetzen. Durch die Direktmethanisierung des CO2 ergeben sich perspektivisch – bei geeigneten Marktmechanismen – neue Geschäftsmodelle für landwirtschaftliche Biogasanlagen. Um sich an die neuen Absatzbedingungen auf dem Energiemarkt anzupassen, haben die Betreiber die Möglichkeit, ihre Biogasanlagen durch eine PtG-Anlage zu optimieren und zu flexibilisieren. Damit tragen sie zur Versorgungssicherheit und zur Wertschöpfung ländlicher Regionen bei.“

Vorteile der Direktmethanisierung

Mit der PtG-Technologie wird erneuerbarer Strom in die chemischen Energieträger Wasserstoff und in einem zweiten Schritt in Methan umgewandelt. Damit wird ein speicherbarer und flexibel einsetzbarer Energieträger erzeugt, der unabhängig von Ort und Zeit wieder rückverstromt werden kann. Wasserstoff lässt sich nur sehr begrenzt in das Erdgasnetz einspeisen (2-5 Vol.%), Methan hingegen fast unbegrenzt.

In der Methanisierung reagiert der Wasserstoff (H2) mit Kohlendioxid (CO2) in einem Reaktor zu Methan (CH4). Grundsätzlich sind viele CO2-Quellen für den Einsatz in PtG-Anlagen geeignet (z. B. Verbrennungsanlagen oder Zementwerke), allerdings bieten Biogasanlagen eine Reihe von Vorteilen. Biogasanlagen stellen das CO2 in hoher Konzentration (40-50 Vol.%) bereit und es sind wenige störende Begleitelemente vorhanden, da das Gas fast ausschließlich aus Methan und CO2 besteht. Außerdem kann bei Biogasanlagen die bereits vorhandene Infrastruktur für die Integration von PtG-Anlagen genutzt werden. Biogasanlagen sind kostengünstige CO2-Quellen und ermöglichen zudem die Nutzung der Prozesswärme in der Biogasanlage.

Eine besonders interessante Option zur Nutzung von CO2 aus Biogas ist die Direktmethanisierung. Dabei wird das Biogas ohne vorherige CO2-Abtrennung in der Methanisierung eingesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass die aufwändige CO2-Abtrennung z. B. durch eine Aminwäsche entfallen kann und somit alle Biogasanlagen (auch kleinere Anlagen), die aktuell über eine Vor-Ort-Verstromung verfügen, als potenzielle CO2- Quelle in Frage kommen, ohne dass eine teure Gasaufbereitung integriert werden muss.

Zukünftig wird bei einem weiter steigenden Anteil erneuerbarer Energien die Energiespeicherung zum Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage eine der wichtigsten Aufgaben im Energiesystem. Aus heutiger Sicht ist die chemische Energiespeicherung mit dem Power-to-Gas-Verfahren eine der wichtigsten Optionen für die Langzeitspeicherung.

Förderung des hessischen Umweltministeriums

Für das zweieinhalbjährige Forschungsprojekt überreichte Staatsministerin Priska Hinz den Fraunhofer-Forschern in Kassel einen Zuwendungsbescheid mit über einer Million Euro Förderung. Das Hessisches Biogas-Forschungszentrum HBFZ ist eine Kooperation des Fraunhofer IWES mit dem Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen (LLH) und dem Landesbetrieb Hessisches Landeslabor (LHL).

Die bestehende Infrastruktur am HBFZ ist für ein derartiges Projekt ideal, da dort bereits eine landwirtschaftlich genutzte Biogasanlage des Landesbetriebs Landwirtschaft Hessen (LLH) vorhanden ist. In einem anschließenden Schritt sollen die im Projekt gesammelten Erfahrungen in die Planung einer zehnmal größeren Anlage einfließen. Dafür sind dann Standorte interessant, die auf Grund der vorhandenen Infrastruktur, der Genehmigungssituation und des Betriebs besonders günstige Bedingungen aufweisen.

Fraunhofer IWES / Silke Funke