Power-to-Gas (PtG)-Verfahrenwerden als Schlüsseltechnologien zur Speicherung erneuerbarer Energien angesehen. Dabei spaltet ein Elektrolyseur mit Hilfe von überschüssigem erneuerbarem Strom Wasser in Wasserstoff (H₂)und Sauerstoff. Den Wasserstoff kann man dann mit CO₂ in Methan (CH₄) umwandeln (Methanisierung), das nahezu erdgasgleich ist und sich problemlos in die bestehenden Erdgasnetze einspeisen lässt.

Günstiger als klassische Verfahren

Klassische, chemisch-physikalische Methanisierungs-Verfahren sind aufgrund der erforderlichen hohen Drücke und Temperaturen vergleichsweise teuer. Um die Fluktuation von erneuerbaren Energien wie Windkraft oder Photovoltaik auszugleichen, erscheint die biologische Methanisierung als geeignete Alternative. Dabei wandeln Einzeller (Archaeen) H₂ und CO₂ bei Umgebungsbedingungen in CH₄) um.

Die Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberghat bereits 2012 einen neuartigen, kontinuierlich arbeitenden Rieselbettreaktor zur biologischen Methanisierung entwickelt. Der inzwischen patentierte Reaktor zeichnet sich durch eine besonders hohe Methankonzentration von 98 Prozent im Produktgas und einen niedrigen Strom- und Wärmebedarf aus. Verbesserungsfähig war die relativ geringe Methanbildungsrate. Jetzt hat die BTU den bisher im Technikum erprobten Ansatz für die Kopplung von Bio-, Solar- und Windenergie in der Praxis weiterenetwickelt. Mit der Erhöhung des Betriebsdrucks auf 5 bar konnten die Wissenschaftler die Methanbildungsrate bei verhältnismäßig geringem energetischen Mehraufwand deutlich steigern. Eine weitere Druckerhöhung führte hingegen 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. „Hervorzuheben ist auch die sehr gute Steuerbarkeit des Prozesses, die Methanbildung kann direkt gestartet oder unterbrochen werden. Dadurch ist es möglich, auf den Erdgasbedarf bzw. die Verfügbarkeit der Inputgase flexibel zu reagieren“, erklärt Projektleiter Dr. Marko Burkhardt.

Noch weiterer Forschungsbedarf

Insgesamt bewerteten die Forscher den anaeroben Rieselbettreaktor als wirtschaftlich konkurrenzfähig zu anderen Methanisierungsverfahren, bei deutlichen Stärken in der Energieeffizienz und Produktqualität. Nach ihrer Einschätzung ist der Reaktor selbst für eine flexible, bedarfsgerechte Fahrweise gut geeignet, das Zusammenspiel der gesamten Prozesskette von der Elektrolyse bis zur Methaneinspeisung müsse im Praxismaßstab aber noch weiter untersucht werden. Forschungsbedarf besteht auch noch beim Einsatz von Steuerungs- und Regeltechnik für die Methanisierung unter erhöhtem Druck, weil dabei die genaue Einstellung des Verhältnisses von Wasserstoff und CO₂ besonders wichtig ist.