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Biogas und Windenergie wachsen zusammen

Lesezeit: 4 Minuten

Mit der Zugabe von Wasserstoff könnten Biogasanlagen ihren Methanertrag bei gleichem Input verdoppeln. Die Technik steht kurz vor der Marktreife.


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Bislang produzieren die rund 29000 Windräder und 9000 Biogasanlagen in Deutschland unabhängig voneinander Strom. Das könnte sich bald ändern: Aus Windstrom lässt sich per Elektrolyse Wasserstoff herstellen. Mit diesem Gas kann man die Ausbeute in Biogasanlagen nahezu verdoppeln. Denn Biogas besteht etwa zur Hälfte aus CO2. Gibt man Wasserstoff in einem externen Reaktor zu Rohbiogas hinzu, können Bakterien aus dem CO2 Methan herstellen.


Der Strom für die Elektrolyse könnte beispielsweise aus Windparks stam-men. Das so entstehende Biogas hat einen Methangehalt von über 97% und kann beispielsweise ins Gasnetz eingespeist werden. „Diese biologische Methanisierung kommt für landwirtschaftliche Biogasanlagen infrage“, erklärt Dr. Hans Oechsner von der Universität Hohenheim, die das Verfahren in einem Forschungsprojekt näher untersucht.


Erste Prototypen am Markt


Die biologische Methanisierung steht kurz vor der Marktreife: Es gibt bereits Anlagen dafür. Aber die Investitionskosten sind mit 3000 bis 4000 €/kW (elektrische Anschlussleistung) noch sehr hoch, die Methanisierung damit noch nicht rentabel. Zudem gibt es weitere Hürden, die einen Durchbruch momentan verhindern (siehe Interview auf S. 26). Sollte das Verfahren in einigen Jahren jedoch wirtschaftlich werden, hätte es folgende Vorteile:


  • Betreiber von Windparks könnten überschüssigen Strom für die Elektrolyse nutzen.
  • Biogasanlagenbetreiber könnten die Methanausbeute verdoppeln und damit den Substrateinsatz bei gleicher Energieausbeute reduzieren bzw. mit gleicher Substratmenge die Gasmenge erhöhen.
  • Das Verfahren könnte eine klassische Biogasaufbereitungsanlage, die CO2 abtrennt und Biomethan erzeugt, ersetzen.


Beispiele aus der Praxis


Im Folgenden stellen wir Ihnen einige Praxisbeispiele von aktuellen Projekten vor. Das Viessmann-Tochterunternehmen MicrobEnergy GmbH hat zur Methanisierung das BiON-Verfahren entwickelt. Hierbei produzieren spezialisierte Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, aus Wasserstoff und CO2 reines Methan.


Der Wasserstoff stammt aus der Elektrolyse und wird einem Rührreaktor zugeführt. „Aufgrund des optimierten Stoffübergangs und der passenden Umgebungsbedingungen findet eine fast vollständige Umsetzung des Wasserstoffs und CO2 in Methan statt“, erklärt Thomas Heller, Leiter Projektentwicklung Power to Gas bei MicrobEnergy.


Die Anlage läuft bereits seit mehreren Jahren am Viessmann-Standort in Allendorf (Hessen).


Das Unternehmen Electrochaea aus Planegg bei München hat bislang zwei Power-to-Gas-Anlagen zur biologischen Methanisierung in Kopenhagen (Dänemark) und Solothurn (Schweiz) errichtet. Die Anlagen haben eine Leistung von je 1 MW. Für die Methanisierung setzt Electrochaea auf speziell gezüchtete Mikroorganismen (Archaeen). Auch bei Elektrochaea findet die Methanisierung in einem externen Reaktor („BioCat“) statt.


Prototyp in Bayern


Ein relativ junges Unternehmen in diesem Markt ist MicroPyros aus Straubing (Bayern). Anfang des Jahres hat der Hersteller den Prototyp mit 250 kW Gesamtleistung (davon 200 kW für die Elektrolyse) auf der Abfallbiogasanlage der Ökopower GmbH in Altenstadt (Oberbayern) in Betrieb genommen. Hier wird ein Teil des Biogases mit der biologischen Methanisierung aufbereitet. „Wir haben seit über zehn Jahren eine Druckwasserwäsche installiert, die das Biogas zu Biomethan aufbereitet“, sagt Geschäftsführer Johann Emter. Doch die Gasaufbereitung ist in die Jahre gekommen. „Daher wollen wir testen, ob die Methanisierung eine Alternative sein kann“, sagt er.


Bei dem Prototypen werden 30 m3 Biogas pro Stunde verarbeitet. In einem kleinen Anfahrreaktor wird erstmal die nötige Menge an Mikroorganismen gezüchtet. Als Substrat verwendet MicroPyros eine wässrige Lösung mit methanogenen Archaeen.


Wenn genug Mikroorganismen vorhanden sind, werden sie auf zwei Methanisierungsreaktoren verteilt. Darin wird über Düsen Biogas sowie der Wasserstoff aus der Elektrolyse hinzugefügt. Der Elektrolyseur stellt 40 m3 Wasserstoff pro Stunde her. „Wir brauchen ein Verhältnis von vier Teilen Wasserstoff zu einem Teil CO2, damit Methan (CH4) entsteht“, sagt Projektentwicklerin Jasmin Gleich. Das Gas zirkuliert in den Reaktoren so lange, bis der gewünschte Methangehalt erreicht ist. Weil in der Elektrolyse auch Wärme entsteht, ist ein Wärmepufferspeicher integriert.


Künftig wäre denkbar, Elektrolyse und Methanisierung zu trennen: Bei günstigem Strompreis könnte die Elektrolyse Wasserstoff produzieren, der in einem Tank gespeichert wird.


Neben Biogas hält MicroPyros auch Holzgas oder Gas aus der Pyrolyse, das z.B. bei der Pflanzenkohleproduktion anfällt, als Inputquelle für den Reaktor für möglich. Das Gas enthält statt CO2 wie beim Biogas mehr Kohlenmonoxid (CO). „Aber auch das können die Bakterien zu Methan verarbeiten“, sagt die Projektentwicklerin. Damit wird die Methanisierung auch eine Option für Holzgasanlagen, die keine EEG-Förderung mehr erhalten und ein neues Geschäftsfeld suchen.


Noch werden an der Power-to-Gas-Anlage in Altenstadt verschiedene Tests gefahren, um die Technologie in diesem Jahr weiter zu optimieren. Die Technik soll aber bald marktreif sein.


hinrich.neumann@topagrar.com

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