Neuer Reaktortyp für biologische Methanisierung erfolgreich als flexibler Energiespeicher erprobt

In einem Forschungsprojekt hat die Brandenburgische Technische Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg ihren 2012 entwickelten kontinuierlichen Rieselbett-Reaktor zur biologischen Methanisierung weiter optimiert und unter praxisnahen Bedingungen erprobt. Das Verfahren ist potenziell gut geeignet für die flexible Speicherung von Energie als Beitrag zur Energiewende. Power-to-Gas (PtG)-Verfahren werden als Schlüsseltechnologien zur Speicherung erneuerbarer Energien angesehen. Dabei wird in Elektrolyseuren mit Hilfe von überschüssigem erneuerbarem Strom Wasser in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff gespalten. 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. 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, sog. Archaeen, H₂ und CO₂ bei Umgebungsbedingungen in CH₄ um. Die BTU hat 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. Im vorgestellten Projekt entwickelte die BTU den bisher im Technikum erprobten Ansatz für die Kopplung von Bio‑, Solar- und Windenergie in der Praxis weiter. Durch Erhöhung des Betriebsdrucks auf 5 bar konnten sie 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. 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. F&E‑Bedarf besteht auch noch beim Einsatz von Steuerungs- und Regeltechnik für die Methanisierung unter erhöhtem Druck, weil dabei die genaue Einstellung des CO₂:H‑Verhältnisses besonders wichtig ist. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Der Abschlussbericht steht auf fnr​.de unter dem Förderkennzeichen 22407112 zur Verfügung. Quelle: FNR (PM 2018 – 14)