Können bestehende Biogasanlagen in Deutschland für die Produktion von erneuerbarem LNG (Liquefied Natural Gas, flüssiges Methan, kurz: Bio-LNG) durch technische Erweiterungen nach der EEG-Phase weitergenutzt werden? Wenn ja, welche Faktoren wirken sich hemmend oder fördernd auf die Umsetzung aus? Antworten auf diese Fragen soll das Forschungs- und Demonstrationsvorhaben „Pilotanlage Synthetisiertes Biogas - Bioressourcen und Wasserstoff zu Methan als Kraftstoff (Pilot-SBG)“ am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig liefern. Das Vorhaben hat zum Ziel, bislang ungenutzte, biogene Rest- und Abfallstoffe aus dem ländlichen sowie städtischen Raum zu Biomethan als Kraftstoff umzusetzen. Dabei ist das übergeordnete Ziel, die Treibhausgasemissionen in schwer elektrifizierbaren Segmenten des Verkehrssektors, wie z.B. der Schifffahrt oder dem straßengebundenen Schwerlastverkehr, zu reduzieren.

Biogas und Wasserstoff

Das Anlagenkonzept verbindet im Kern eine anaerobe Vergärung zu Biogas mit innovativen Vor- und Aufbereitungsprozessen:

• Bei der anaeroben Vergärung werden die Rohstoffe von Mikroorganismen in Methan und CO2 umgewandelt. Dafür stehen ein Rührkessel- und ein Pfropfenstromfermenter zur Verfügung.
• Um die Gasausbeute im Prozess zu erhöhen, werden diese je nach Zusammensetzung vorbehandelt, zum Beispiel gehäckselt oder gemahlen. Schwer vergärbare Rohstoffe können zusätzlich bei erhöhten Temperaturen und Drücken (hydrothermal) vorbehandelt werden.
• Zur Erhöhung der Methanausbeute wird das im Biogas enthaltene CO2 mit extern zugeführtem Wasserstoff in einer katalytischen Methanisierung zusätzlich zu Methan umgewandelt. Dabei entsteht nahezu reines Methan, das den gesetzlichen Anforderungen für die Verwendung als Kraftstoff im Verkehrssektor (DIN EN 16723-2) entspricht.
• Nach der anaeroben Vergärung werden die Gärreste in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial in einer Separationskaskade weiterbehandelt. Ziel der Gärrestaufbereitung ist, alle in der Anlage anfallenden Nebenprodukte im Sinne der Kreislaufwirtschaft nach dem Zero-Waste-Ansatz zu verwerten und zudem das Produktportfolio der Anlage durch die Erzeugung zusätzlicher Produkte zu erweitern. So können je nach eingesetzter Biomasse hochwertige Nährstoffdünger (fest/flüssig) oder Energieträger wie hydrothermal erzeugte Kohle gewonnen werden.
• Das Wasser soll weitestgehend im Prozess wiederverwendet oder als aufbereitetes, einleitfähiges Abwasser ausgespeist werden.

Im Ergebnis entsteht Biomethan als Hauptprodukt, das in einer Tankanlage als erneuerbares CNG im DBFZ-Fuhrpark genutzt werden soll. Nach derzeitigem Planungsstand werden im Pilotbetrieb monatlich 0,2 bis 1,2 t Rohstoffe verarbeitet und daraus zwei Pkw-Tankfüllungen erneuerbares CNG sowie die genannten Nebenprodukte bereitgestellt.

Pilotanlage im Bau

Die umfangreichen Planungen für die Pilotanlage im Technikumsmaßstab sind inzwischen abgeschlossen, sodass zeitnah mit der Errichtung am DBFZ begonnen werden kann. Nach Fertigstellung soll die Pilotanlage im Zuge mehrerer Versuchskampagnen kontinuierlich betrieben und wissenschaftlich begleitet werden.

Ergänzend zu diesen technischen Aspekten analysiert das wissenschaftliche Team rund um die Projektleiterinnen Kati Görsch und Karin Naumann im Rahmen einer Standortanalyse die räumliche Verteilung geeigneter und ungenutzter Rohstoffe sowie weiterer Standortanforderungen. Im Zentrum einer Markt- und Infrastrukturanalyse steht neben der Tank- und Fahrzeuginfrastruktur für LNG im Allgemeinen vor allem die Stellung von LNG aus erneuerbaren Quellen im Besonderen. Bezogen auf aktuelle und absehbare Rahmenbedingungen wie beispielsweise die Quote zur Treibhausgasvermeidung im Verkehr oder die CO2-Bepreisung wird die Entwicklung des Marktwertes von erneuerbarem LNG abgeschätzt. Der Betrieb der Pilotanlage und deren technisch-ökonomisch-ökologische Bewertung im wirtschaftsrelevanten Maßstab sollen gemeinsam mit der Marktanalyse den Grundstein für die Installation von kommerziellen Anlagen legen

Potenzialanalyse zu Rohstoffen

Im Rahmen einer Potenzialanalyse wurden die in Deutschland verfügbaren und für die Produktion von Methan geeigneten, biogenen Rest- und Abfallstoffe analysiert und bewertet. Die umfangreiche Datenbasis ist in der DBFZ-Ressourcendatenbank unter http://webapp.dbfz.de/resources öffentlich und kostenfrei verfügbar. Als vielversprechende Rohstoffbasis für das Vorhaben wurden Stroh und Rindergülle sowie Bioabfall und Grünschnitt identifiziert. Die landwirtschaftlichen Rohstoffe Rindergülle und Getreidestroh machen dabei das größte mobilisierbare Biomassepotenzial aus. Im Raum Mitteldeutschland gehört Sachsen-Anhalt zu den deutschlandweit stärksten Lieferregionen von Stroh.

Workshop zum Thema

Am 16.11.2021 findet im Rahmen einer hybriden Doppelveranstaltung gemeinsam mit dem Leipziger Biokraftstoff-Fachgespräch ein Workshop des Vorhabens Pilot-SBG statt. Ziel ist es, gemeinsam mit Praxispartnern darüber zu diskutieren, mit Hilfe welcher Rahmenbedingungen und technologischer Optionen diese Anpassung etablierter Bereitstellungs- und Nutzungspfade für Biomethan gelingen kann.

Weiterführende Links: https://www.dbfz.de/projektseiten/pilot-sbg