27.07.2023 • Energie

Methan aus Stauseen

Pilotprojekt an der Wupper-Vorsperre sammelt das brennbare Treibhausgas.

In Stauseen entstehen zum Teil erhebliche Mengen des Treibhaus­gases Methan. Damit dieses nicht in die Atmosphäre entweicht und der Umwelt schadet, hat die TH Köln im Projekt „Melinu“ einen Prototyp zur Methan­gasernte optimiert. Dieser erlaubt nun die Speicherung und energetische Nutzung des aus dem Sediment entnommenen Methans, wie mehrere Versuche an der Wupper-Vorsperre gezeigt haben.

Abb.: Mit dieser Glocke kann Methan aufgenommen und gesammelt werden. (Bild: TH...
Abb.: Mit dieser Glocke kann Methan aufgenommen und gesammelt werden. (Bild: TH Köln)

„Die Unterbrechung von Fließ­gewässern durch Absperrbauwerke führt dazu, dass sich in diesen Stauräumen vermehrt Sedimente wie Kies und Sand sowie organische Bestandteile wie Blätter ansammeln. Durch den Abbau des organischen Materials entsteht Methan. Dieses ist bezogen auf eine Zeitspanne von zwanzig Jahren etwa 86-mal so klimaschädlich wie Kohlenstoff­dioxid“, sagt Christian Jokiel vom Labor für Wasser und Umwelt. Allein die Wupper-Vorsperre mit ihrem Volumen von 307.000 Kubik­metern gebe jährlich so viele Treibhausgase ab wie ein Pkw auf anderthalb Millionen Fahrkilometern. Um die Sedimentablagerung sowie die Methanemissionen zu reduzieren, hat die TH Köln in Zusammen­arbeit mit einem Fach­unternehmen in mehreren Projekten einen Prototyp entwickelt.

Mit Hilfe eines Hochdruck­saugers, der an einer schwimmenden Plattform installiert ist, löst dieser Sediment und saugt es auf. Auf der Plattform wird das Wasser-Sediment-Gas-Gemisch dann getrennt und das Gas entnommen. Das Sediment kann anschließend dem Fließ­gewässer unterhalb der Stauanlage zugeführt werden. Im Projekt wurde das Auffangen des Gases nun optimiert. Zudem hat das Projektteam neue Methoden entwickelt, um das Methan zu speichern und energetisch zu nutzen. In einem ersten Schritt wurde die bisherige Aufnahme­einheit des Prototyps verbessert. „Wir haben die Einheit unter anderem dichter gemacht und mit einer leistungsstärkeren Pumpe versehen. So konnte eine höhere Sedimentverlagerung und Methan­gasernte erzielt werden. Zudem haben wir einen seitlichen Zugang für Wartungs- und Reparatur­arbeiten hinzugefügt“, erklärt Corina Lied, vom Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln. Da die Verwertung des Gases hauptsächlich von dessen Qualität und Menge abhängt, wurde darüber hinaus eine in den Vorgänger­projekten entwickelte Messstrecke optimiert und erweitert.

Um das aufgefangene und als hochwertig klassi­fizierte Gas zu speichern, hat das Projektteam vier Gasbags aus flexibler Kunststoff­folie mit jeweils 250 Litern Fassungsvermögen an der Plattform installiert. Im Vergleich zu anderen Speichervarianten wie Gasflaschen muss das Gas in diesen Behältnissen nicht komprimiert werden, was den Energieaufwand reduziert. Zur Umwandlung des Gases in elektrische Energie wurde ein Benzin­generator auf Gasbetrieb umgebaut und in das System integriert.

Während der Feldversuche auf der Wupper-Vorsperre wurden die einzelnen Komponenten sowie das Gesamtsystem in insgesamt 36 Fahrten ausgiebig getestet. „Dabei haben wir im Mittel 120 Liter Gas mit einem durch­schnittlichen Methan­gehalt von fünfzig Prozent entnommen. Aus diesen insgesamt 4.322 Litern Gas konnten 3.047 Kilojoule Energie generiert werden“, sagt Julia Außem vom Unternehmen Sediment­Works. Eine Hochrechnung dieser Daten der Feldversuche habe ergeben, dass rund 31 Prozent der für die Befahrung der gesamten Vorsperre nötigen Energie aus dem dabei gesammelten Gas erzeugten werden könne. „Im Projekt Melinu konnte erfolgreich nach­gewiesen werden, dass das in Stauseen entstehende Biogas genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen“, sagt Jokiel.

Um das System marktreif zu machen, seien aber noch weitere Forschungs- und Entwicklungs­arbeiten nötig. „Für einen kommerziellen Einsatz müssen die Gasanalyse und -speicherung weiter optimiert werden. Das Gas könnte perspektivisch zum Beispiel auch in lokalen Biogas­anlagen umgesetzt werden. Die Plattform selbst könnte durch Auto­matisierung und eine kleinere Dimen­sionierung noch mehr Methangas aus Gewässern entnehmen als bisher.“ An diesen Aspekten soll in weiteren Projekten mit dem bisherigen Kooperations­partner gearbeitet werden.

TH Köln / JOL

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