Flexibler Energiespeicher
Rieselbett-Reaktor zur biologischen Methanisierung
Die BTU Cottbus-Senftenberg hat ihren Rieselbett-Reaktor zur biologischen Methanisierung weiter entwickelt und unter praxisnahen Bedingungen getestet. Derartige Power-to-Gas-Verfahren eignen sich für die flexible Speicherung von erneuerbaren Energien.
Power-to-Gas (PtG)-Verfahren sind chemische Prozesse, die besonders für die Speicherung von erneuerbaren Energien eine große Rolle spielen. Dabei wird in Elektrolyseuren mit Hilfe von überschüssigem erneuerbarem Strom Wasser in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff gespalten. Anschließend wird der Wasserstoff mit CO2 in Methan (CH4) umgewandelt – bei dem Verfahren handelt es sich um die sogenannte Methanisierung. Der Vorteil: Methan ist nahezu erdgasgleich und lässt sich problemlos in die bestehenden Erdgasnetze einspeisen.
Allerdings funktionieren klassische, chemisch-physikalische Methanisierungs-Verfahren nur unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen, was die Kosten der Prozesse in die Höhe treibt. Dagegen erscheint die biologische Methanisierung eine geeignete Alternative, um die Fluktuation von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Photovoltaik auszugleichen. Dabei wandeln Einzeller, sog. Archaeen, H2 und CO2 bei Umgebungsbedingungen in CH4 um.
Eine Frage des Drucks
Bereits 2012 hat die Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg einen neuen, kontinuierlich arbeitenden Rieselbett-Reaktor zur biologischen Methanisierung entwickelt. Der Reaktor zeichnet sich durch eine hohe Methankonzentration von 98 Prozent im Produktgas und einen niedrigen Strom- und Wärmebedarf aus. Doch die Methanbildungsrate war noch relativ gering.
Die Forscher der BTU entwickelten den bisher im Technikum erprobten Ansatz für die Kopplung von Bio-, Solar- und Windenergie in der Praxis nun weiter. Durch Erhöhung des Betriebsdrucks auf 5 bar steigerten sie die Methanbildungsrate bei verhältnismäßig geringem energetischen Mehraufwand deutlich. Allerdings führte eine weitere Druckerhöhung zu keinem gesteigerten Wasserstoffumsatz.
Außerdem ermittelten die Forscher die optimalen Betriebsparameter und testeten erfolgreich nicht aufbereitetes Biogas als Alternative zum Ausgangsgas CO2. Unter Zugabe einer praxisnahen Nährstofflösung erreichten sie einen stabilen Langzeitbetrieb des Reaktors.
Der anaeroben Rieselbettreaktor ist laut den Forschern der BTU wirtschaftlich konkurrenzfähig zu anderen Methanisierungsverfahren – bei deutlichen Stärken in der Energieeffizienz und Produktqualität. Aber das Zusammenspiel der gesamten Prozesskette von der Elektrolyse bis zur Methaneinspeisung müsse im Praxismaßstab noch weiter untersucht werden. Auch der Einsatz von Steuerungs- und Regeltechnik für die Methanisierung unter erhöhtem Druck muss noch weiter erforscht werden, denn dabei ist die genaue Einstellung des CO2:H-Verhältnisses besonders wichtig.
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