Power-To-Gas: BIOMETHAN AUS BIOGAS-CO2 UND WIND-H2

In Sachsen-Anhalt werden 26 Stk. Biomethananlagen betrieben. Biogasanlagen gelten unter den Regenerativen Energieanlagen als CO₂-neutral. Die freigesetzte CO₂-Menge ist maximal genauso groß, wie das im eingesetzten Substrat gebundene CO₂. Absolut gesehen stoßen die Biomethanaufbereitungsanlagen dadurch aber große Mengen CO₂ aus, was je nach Substratauswahl ca. so viel wie Biomethan ist. Dieses Reststoff-CO₂ sollte im Sinne des Klimaschutzes und eines ganzheitlichen Energie- und Ressourceneffizienzansatzes verwertet werden (Kreislaufwirtschaft). Es bietet sich an, das CO₂ in eine Methanisierung (Power-to-Product) und das entstehende Methan, über den bereits vorhandenen Einspeisepunkt, in das Erdgasnetz einzuleiten (Smart Energy).Um die Methanisierung zu ermöglichen, wird für den Prozess Wasserstoff benötigt. Dieser kann über Elektrolyse aus überschüssigen Wind- oder PV-Strom (Power-to-Gas) sowie als regelbare Last aus Netzstrom gebildet werden. Der zudem frei gewordene Sauerstoff aus der Elektrolyse kann der Biogas-Entschwefelung zugeführt werden, dies senkt die Betriebskosten der Gesamtanlage, weil die Bezugskosten für Sauererstoff sinken. Ein Methanisierung läuft mehrstufig in Druckanlagen an Nickel- oder Ruthenium-Katalysatoren bei Temperaturen bis 300°C ab. Diese Systeme sind zumeist großtechnisch angelegt und in kleinen Leistungsbereichen von Biogasanlagen nicht wirtschaftlich. Im Projekt sollen deshalb auf Basis von Prozesssimulationen zusätzlich zum vereinfachten Stand der Technik, zwei weitere minimalisierte Konzepte untersucht werden. Bei den drei Ansätzen handelt es sich dementsprechend um eine 1-stufige katalytische Hochdruckanlage mit kommerziellen Katalysatoren, um eine 2-Phasen-Wirbelschicht und als drittes Konzept um eine 3-Phasen-Wirbelschicht (P1 = Gas, P2 = Katalysator, P3 = Flüssigkeit die den Katalysator umgibt). In den Wirbelschichtreaktoren repräsentiert das Fluidisierungsmittel die reaktiven Gase. Das Wirbelgut ist in der 2-Phasen-Wirbelschicht eine katalytische Schüttung, in der 3-Phasen-Wirbelschicht eine Suspension aus inerten Ölen in denen die Katalysatoren "schwimmen". Alle drei Systeme versprechen bei minimalen Investitionskosten maximale Umsatzgrade und sind für kleine Systeme wie Biogasanlagen geeignet. Auf die Entwicklung eines speziellen Katalysators soll verzichtet werden, um die späteren Kosten der Anlagen zu minimieren. Somit wird auf kommerzielle Katalysatoren zurückgegriffen. Im Anschluss an die Simulation werden die vielversprechendsten Ansätze im Rahmen eines Laborprüfstandes realisiert. Durch die zu erzeugenden Versuchsergebnisse wird die Simulation abschließend validiert, um bspw. die Energiebilanzen so real wie möglich zu gestalten und eine Dimensionsübertragung zu gewährleisten.