Methan aus Windstrom

Mit der Power-to-Gas-Techno­logie möchte das Fraunhofer-IWES in Kassel die Langzeit­speicherung für die schwankende Erzeugung der Wind- und Solar­energie lösen. Die Machbar­keit und die Funktion eines neuen kosten­günstigen Verfahrens zur Erzeugung von Methan­gas haben die Forscher bereits nachgewiesen. Nun folgt mit Förderung des hessischen Umwelt­ministeriums die Umsetzung in den Technikums­maßstab. Dazu wird im Hessischen Biogas­forschungs­zentrum HBFZ auf dem Land­wirtschafts­zentrum Eichhof in Bad Hersfeld eine 50-kW-Anlage aufgebaut und getestet.

Die Bau­arbeiten beginnen im Herbst 2016 und sollen im Sommer 2017 abge­schlossen sein. Dann folgt ein 15-monatiger wissen­schaftlich begleiteter und ausge­werteter Test­betrieb. „Die hessische Landes­regierung strebt das Ziel an, bis 2050 die Energie­versorgung komplett auf erneuer­bare Energien umzustellen. Dabei helfen solche innovativen Projekte, wie das hier geförderte Vorhaben von Fraunhofer-IWES. Forschungs­projekte wie die geförderte Power-to-Gas-Anlage weisen dafür den Weg“, sagt Staats­ministerin Priska Hinz.

Die Funktion der Biomasse als flexibel einsetz­baren Energie­träger zu nutzen, trägt zu der Umsetzung des Ziels aus dem hessischen Koalitions­vertrag bei. Gleich­zeitig wird besonderer Wert auf eine nach­haltige, umwelt­verträgliche und effiziente Nutzung der vorhandenen Biomasse gelegt. Die Power-to-Gas-Techno­logie (PtG) bietet die Möglich­keit, vorhandene Biogas­anlagen flexibler zu betreiben, ohne mehr Bio­masse einzusetzen. Die bestehende Infra­struktur am HBFZ ist für ein derartiges Projekt ideal, da dort bereits eine landwirt­schaftlich genutzte Biogas­anlage des Landes­betriebs Land­wirtschaft Hessen 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. 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 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.“

Mit der PtG-Techno­logie wird erneuer­barer Strom in die chemischen Energie­träger Wasser­stoff und 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 mit Kohlen­dioxid in einem Reaktor zu Methan. Grund­sätzlich sind viele Kohlen­dioxid-Quellen für den Einsatz in PtG-Anlagen geeignet – etwa Verbrennungs­anlagen oder Zement­werke, aller­dings bieten Biogas­anlagen eine Reihe von Vorteilen. Biogas­anlagen stellen das Kohlen­dioxid in hoher Konzen­tration bereit und es sind wenige störende Begleit­elemente vorhanden. Außerdem kann bei Biogas­anlagen die bereits vorhandene Infra­struktur für die Inte­gration von PtG-Anlagen genutzt werden.

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

Fh.-IWES / JOL