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Power-to-Gas Technologie

Direktmethanisierung von Biogas als Langzeitspeicher für regenerative Energien

45/2016

Bis 2050 werden wir in Deutschland unsere Energieversorgung auf regenerative Quellen umgestellt haben. Das Ziel wird nicht mehr nur von der Politik eingefordert, sondern bereits von Wirtschaft und Forschung mit Vehemenz angestrebt. Um die jahreszeitlichen und täglichen Schwankungen bei Sonnen- und Windenergie auszugleichen, wird derzeit vielerorts an Speichersystemen gearbeitet. Die Power-to-Gas-Technologie stellt eine Möglichkeit dar, Überkapazitäten von Solar- und Windenergie in Methangas zu überführen und das bestehende Gasnetz zur Speicherung zu nutzen. Am Fraunhofer IWES wird ab Herbst 2016 unter Förderung des Landes Hessen im Biogasforschungszentrum auf dem Landwirtschaftszentrum Eichhof in Bad Hersfeld eine 50 kW-Anlage aufgebaut und getestet.

 

Methan kann nahezu unbegrenzt im Erdgasnetz gespeichert werden


In einer PtG-Anlage wird elektrischer Strom in die chemischen Energieträger Wasserstoff und anschließend in Methan umgewandelt. Auf diese Weise wird ein Energieträger geschaffen, der sich flexibel speichern lässt und orts- sowie zeitunabhängig rückverstromt werden kann. Während sich Wasserstoff nur in kleinen Mengen (2-5 Volumenprozent) in das Erdgasnetz einspeisen lässt, kann dies bei Methan fast unbegrenzt erfolgen.

 

Bei der Methanisierung reagiert Wasserstoff in einem Reaktor mit Kohlendioxid zu Methan. Grundsätzlich wären unterschiedliche CO2-Quellen wie z.B. Verbrennungsanlagen oder Zementwerke für die Ankopplung an PtG-Anlagen geeignet. Bei Biogasanlagen hat man jedoch den Vorteil, dass das CO2 in hoher Konzentration (40-50 Volumenprozent) bereitgestellt wird und nur wenige störende Begleitelemente enthält. Außerdem kann bei Biogasanlagen die bereits vorhandene Infrastruktur für die Integration von PtG-Anlagen genutzt werden. Der Prozess ist kostengünstig und ermöglicht zudem die Nutzung der Prozesswärme in der Biogasanlage. Eine besonders interessante Option zur Nutzung von CO2 aus Biogas ist die Direktmethanisierung.

 

Am Fraunhofer IWES wurde erstmalig die technische Machbarkeit der direkten Methanisierung von Biogas ohne vorherige Abtrennung des CO2 experimentell nachgewiesen. Nun soll der Test für den dynamischen Betrieb des Methanisierungsverfahrens unter realen Bedingungen erfolgen. Die Wissenschaftler nehmen an, dass sich mit der neuen PtG-Anlage die Kosten von heute marktverfügbaren Systemen auf Basis von Festbettreaktoren von ca. 6 Mio Euro/MWel auf rund 3 Mio Euro/MWel reduzieren ließen. Perspektivisch ist es Ziel, die Gesamtkosten auf unter 1 Mio Euro/MWel zu bringen.

 

"In einem anschließenden Schritt sollen die im Projekt gesammelten Erfahrungen in die Planung einer zehnmal größeren Anlage einfließen. Dafür sind dann Standorte interessant, die auf Grund der vorhandenen Infrastruktur, der Genehmigungssituation und des Betriebs besonders günstige Bedingungen aufweisen. Die Umsetzung der Direktmethanisierung an einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Demonstrationscharakter wird der finale Entwicklungsschritt vor der Kommerzialisierung sein", erläutert Jochen Bard (Bereichsleiter Energieverfahrenstechnik am Fraunhofer IWES).

Power to Gas Grafik

Bild: Stromüberschüsse schwankender erneuerbarer Energien lassen sich mit der PtG-Technologie in die chemischen Energieträger Wasserstoff und einem zweiten Schritt in Methan umwandeln (Quelle: Fraunhofer IWES)

 

Detailinformationen zur Technologie unter: www.energiesystemtechnik.iwes.fraunhofer.de



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