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Direktmethanisierung

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Definition: die Erzeugung zusätzlichen Methans aus elektrischer Energie mit Biogas als Ausgangsstoff

Kategorien: Energieträger, erneuerbare Energie

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 18.09.2016; letzte Änderung: 21.02.2017

Es gibt Verfahren für die Herstellung chemischer Energieträger mithilfe von elektrischer Energie; häufig wird hierbei zunächst mithilfe einer Wasser-Elektrolyse Wasserstoff hergestellt und daraus dann Methan (CH4); der letztere Schritt dieses Power-to-Gas-Verfahrens wird als Methanisierung bezeichnet. Die Direktmethanisierung ist eine besondere Variante hiervon, die derzeit am Fraunhofer IWES in Kassel erforscht und entwickelt wird [1]. Hier wird als Ausgangsstoff einerseits wie bei der konventionellen Methanisierung Wasserstoff verwendet, andererseits aber nicht reines Kohlendioxid (CO2), sondern stattdessen Roh-Biogas. Letzteres enthält außer Methan, dem eigentlich gewünschten Produkt, auch erhebliche Mengen von Kohlendioxid, abgesehen von diversen anderen Gasen. Das Biogas wird also mit Wasserstoff versetzt in einen speziellen Reaktor geleitet, in dem der Wasserstoff mit Kohlendioxid möglichst vollständig zu Methan umgesetzt werden soll. Der Methangehalt des Biogas es wird dadurch erheblich angehoben – unter Umständen auf mehr als 95 %. (Ein gewisser Restgehalt an Wasserstoff muss für Anwendungen allerdings nicht unbedingt ein Problem sein.) Dies führt zu einem Gas mit entsprechend erhöhtem Heizwert und Brennwert; dieser Zuwachs an Energie kann grob geschätzt rund 60 % der bei der Elektrolyse eingesetzten elektrischen Energie entsprechen, wenn diese einen Wirkungsgrad von rund 70 % erreicht.

Vorteil der Direktmethanisierung

Im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren der Methanisierung weist dieser neue Ansatz den Vorteil auf, dass es nicht nötig ist, zunächst reines Kohlendioxid zu gewinnen. Ausgehend von Biogas müsste man hierfür sonst beispielsweise eine Aminwäsche durchführen, die nicht nur zusätzliche Apparate für die Gasaufbereitung erfordert, sondern auch einen zusätzlichen Energieaufwand verursachen würde. Wegen des reduzierten apparativen Aufwandes könnte das Verfahren der Direktmethanisierung dann auch für nicht allzu große Biogasanlagen geeignet sein. Natürlich könnte man sonst auch Kohlendioxid aus dem Abgas eines fossil befeuerten Kraftwerks gewinnen, jedoch ergäbe dieser Ansatz sicherlich keine langfristige Perspektive, und auch hier wäre wieder eine separate Gasaufbereitung nötig.

Auf der anderen Seite müssen für diese Technologie diverse technische Herausforderungen gemeistert werden; entsprechende Versuche finden derzeit im Pilotmaßstab statt, um die Verfahrenstechnik weiter zu optimieren. Naturgemäß ist eine effektive Methanisierung schwieriger, wenn dafür nicht reines Kohlendioxid eingesetzt wird, sondern ein Gasgemisch, dessen Zusammensetzung im Betrieb auch etwas variieren kann.

Sehr wünschenswert wäre übrigens die Möglichkeit, die eingesetzte elektrische Leistung stark und schnell variieren zu können, um dieses Verfahren gezielt für die Nutzung von zeitweiligen Stromüberschüssen z. B. aus Windenergie oder Sonnenenergie (via Photovoltaik) nutzen zu können. Damit könnte die Direktmethanisierung als eine Ergänzung zur Verstärkung der Stromnetze als eine Art Energiespeicher fungieren. In Zeiten mit normalem Strombedarf würden Biogasanlagen wie bisher elektrische Energie in das Stromnetz einspeisen. Dagegen würde in Zeiten mit Stromüberschüssen die Direktmethanisierung betrieben, und das dabei gewonnene veredelte Biogas könnte entweder für spätere Verwendung (z. B. Verstromung) am Ort gespeichert werden oder in ein Erdgasnetz eingespeist werden.

Entsprechend erweiterte Biogasanlagen würden also eine erheblich verbesserte Flexibilität aufweisen, mit der sie stärker zur Stabilisierung der Stromnetze beitragen könnten. Wegen der guten Speicherbarkeit von Erdgas (bzw. EE-Gas) würde mit dieser Art von Sektorkopplung auch ein saisonaler Energiespeicher gewonnen. Interessant würde diese Technologie insbesondere, wenn der Anteil der fluktuierenden erneuerbaren Energien weiterhin stark zunimmt, ohne dass der Ausbau der Stromnetze dem Schritt halten kann; man könnte mit der Direktmethanisierung einen Beitrag zur Versorgungssicherheit und der Effizienz der Stromversorgung leisten.

Literatur

[1]Projekt “Direktmethanisierung von Biogas im Technikumsmaßstab: 50 kWel Power-to-Gas-Anlage”, http://www.energiesystemtechnik.iwes.fraunhofer.de/de/projekte/suche/laufende/direktmethanisierung_ptg.html

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Methanisierung, Biogas, Power to Gas, EE-Gas, Sektorkopplung
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieträger, erneuerbare Energie

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