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Mikrobielle Methanisierung

Speicherung elektrischer Überschussenergie durch Methansierung von Klärgas

Projektträger: MicrobEnergy GmbH

Projektstandort

Schwandorf

Schwandorf_georeferenzierung

Kontakt

MicrobEnergy
Dr. Monika Reuter
Abteilungsleitung Mikrobiologie
Bayernwerk 8
92421 Schwandorf
Tel: (09431) 751 139
monika.reuter[at]microbenergy.com

Nutzen und Kosten

besonders kostengünstig – mit wenig Kapitaleinsatz machbar
Bestehende Infrastruktur von Kläranlagen bzw. Biogasanlagen kann genutzt werden

Nutzen: Wird im Projekt erarbeitet.

Kosten: Gesamtkosten: 1.422.885 Euro

Förderung: Zuschuss: 533.500 Euro
  Fördergeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie; Förderprogramm Innovative Energietechnologien und Energieeffizienz in Bayern - BayINVENT

Beschreibung

Auslöser
MicrobEnergy beschäftigt sich mit Forschung zum Thema Power to Gas, mikrobiologische Methanisierung, Ergebnisse im Labor- und Technikumsmaßstab waren vielversprechend und so wurde ein Praxistest angestrebt. Die Verbandskläranlage Schwandorf/Wackersdorf zeigte sich aufgeschlossen und so wurde das Projekt als Förderprojekt bei BayInvent eingereicht. Weiterer Projektpartner ist die OTH Regensburg, mit Prof Sterner.
Durchführung
Im Zuge des zunehmenden Ausbaus von Wind- und Solarenergie werden in wind- und sonnenreichen Zeiten immer größere Mengen an Überschussstrom anfallen, die nicht ins Netz eingespeist werden können. Gleichzeitig können sich bei einer parallelen Verringerung der Erzeugungskapazitäten auf Basis fossiler Brennstoffe zu anderen Zeiten, wenn die witterungsabhängigen erneuerbaren Quellen fehlen, immer größere Versorgungslücken auftun. Die Schaffung von ausreichenden Speicherkapazitäten, die Energie dann aufnehmen können, wenn sie anfällt, bzw. wieder abgeben können, wenn Bedarf auftritt, ist eine der Hauptherausforderungen der Energiewende.

Eine interessante Möglichkeit zur Speicherung von elektrischer Überschussenergie aus regenerativen Energiequellen ist die Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen. Als geeigneter chemischer Energieträger mit hoher Energiedichte bietet sich aufgrund der fast 100 %igen Kompatibilität zu Erdgas und der deutschlandweit vorhandenen Verteil- und Speicherinfrastruktur vor allem Methan an. Die Grundidee ist, dass Überschussstrom in einer Elektrolyse verwendet wird, um aus Wasser Wasserstoff herzustellen, welcher dann in einem zweiten Schritt in Methan und Wasser umgewandelt wird.

Die meisten Verfahren zur Umwandlung von Wasserstoff zu Methan verfolgen physikalisch- chemische Ansätze. Das heißt, der Wasserstoff wird unter sehr hohem Druck und/oder sehr hohen Temperaturen an einem Katalysator zur Reaktion mit CO2 gebracht, woraus dann CH4 (Methan/Erdgas) und H2O (Wasser) entstehen. Die Nachteile dieser Technologien liegen darin, dass eine ökonomisch sinnvolle und passend dimensionierte CO2-Quelle gefunden werden muss, dass zur Schonung der Katalysatoren sehr reines CO2 benötigt wird, dass bedingt durch die für den Prozess erforderlichen hohen Temperaturen und Drücke hohe Verluste entstehen und dass der Umwandlungswirkungsgrad von Wasserstoff zu Methan bei lediglich 60 % bis 70 % liegt. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Systeme aufgrund der erforderlichen Temperaturen und Drücke nicht sehr schnell vom Betriebs- in den Ruhezustand (bzw. vice versa) wechseln können, was der Verwertung des stark fluktuierenden Angebots an Überschussstrom entgegensteht.

Das vorgestellte Projekt zeigt eine alternative Technologie zur chemischen Methanerzeugung auf, deren Vorteile v.a. in ihrer Einfachheit und Flexibilität liegen. Die Umwandlung von Wasserstoff zu Methan erfolgt direkt in einem Anaerobfermenter (hier: Faulturm einer Kläranlage, denkbar auch Biogasanlage) mit Hilfe von hocheffizienten Mikroorganismen (hydrogenotrophe Methanogene) bei ca. 40 Grad Umgebungstemperatur. Diese Mikroorganismen gehören zur Domäne der Archaeen, den ältesten Lebewesen der Erde. Diese Mikroorganismen sind sehr gut an extreme Lebenssituationen angepasst.

Der Umwandlungsprozess von Wasserstoff zu Methan kann sehr schnell in Gang gesetzt bzw. abgeschaltet werden, wobei die Mikroorganismen ihren Stoffwechsel bis auf ein Minimum herunter regulieren. Auch die Aktivierung des Stoffwechsels erfolgt sehr schnell, sobald erneut eine geeignete Gasmischung zur Verfügung steht. Diese Flexibilität ist für die Nutzung des fluktuierenden Überschussstroms von großem Vorteil. Das erforderliche CO2 ist durch den anaeroben Abbauprozess frei verfügbar. Der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff muss keine besonderen Reinheitsanforderungen erfüllen. Die Infrastruktur zur Gasverwertung (Stromeinspeisung oder Gaseinspeisung ins Erdgasnetz) ist an den Klär- und Biogasanlagen vorhanden. In vielen Fällen müsste lediglich die Elektrolyseeinheit und ein Begasungssystem zugebaut werden.
Tipps
  • Die Wasserstoffeinbringung ist eines der zentralen Themen.
  • Die Methanogene müssen Wasserstoff verabeiten können.
Stolpersteine
  • Störstoffe im Faulschlamm sind hinderlich.
Auszeichnungen
  • 2015: Gestalter der Energiewende
    verliehen von: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWi)

Beispiel gemeldet:05/2015 

Links und Downloads

Viessmann, Power to Gas

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