Erneuerbarer Strom direkter in speicherbares Gas umwandeln

20. Jänner 2013, 18:14

Pilotversuch am Hessischen Biogas-Forschungszentrum zur direkten Methanisierung erfolgreich

Mit der sogenannten "Power-to-Gas"-Methode soll Strom aus erneuerbaren Quellen in eine speicherbare Form gebracht werden. Dabei wird normalerweise elektrolytisch gewonnener Wasserstoff gemeinsam mit Kohlendioxid zu Methan umgewandelt. Wie ein Pilotversuch am Hessischen Biogas-Forschungszentrum zeigt, läuft ein direkteres Verfahren auch an kleineren Biogas-Anlagen zuverlässig und bietet damit neue Potentiale zur flexiblen Energieproduktion.

Im Rahmen des Projekte unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) haben die Forscher mit der direkten Umwandlung des im Biogas enthaltenen Kohlendioxids in Methan eine neue Variante der Power-to-Gas-Technologie getestet: "Die direkte Methanisierung funktioniert dauerhaft und dies bei einer gleichbleibenden Gasqualität", berichtete IWES-Institutsleiter Clemens Hoffmann.

Von der Elektrolyse zum Methan

Bei der herkömmlichen Umwandlung kombinierten die Experten Elektrolyse und Methanisierung. Im ersten Schritt fließt der Strom in einen Elektrolyseur und spaltet dort Wasser in Sauer- und Wasserstoff. Im zweiten Schritt reagiert der so gewonnene Wasserstoff in einem speziellen Reaktor mit CO2 zu Methan. Dieses kann dann als synthetisches Gas im vorhandenen Gasnetz gespeichert, im Gaskraftwerk in Strom zurück verwandelt sowie als Kraftstoff oder zum Heizen direkt genutzt werden.

Eine erste Pilotanlage mit einer Leistung von 25 Kilowatt zeigt, dass das prinzipiell Verfahren in kleinem Maßstab funktioniert. Die in einem Container untergebrachte Anlage ist seit Oktober 2012 am HBFZ für Forschungszwecke im Einsatz. Das in Biogasanlagen erzeugte Gemisch besteht zu zwei Dritteln aus Methan, zu einem Drittel aus Kohlendioxid und kleineren Mengen Wasser, Schwefelwasserstoff, Stickstoff und anderen Spurengasen. Um es ins Erdgasnetz einspeisen oder für Erdgasfahrzeuge nutzen zu können muss es aufbereitet, vor allem entfeuchtet, entschwefelt und vom CO2 getrennt werden.

Neue Methode

Den IWES-Experten ist es gelungen, das Kohlendioxid ohne Abspaltung direkt in Methan umzuwandeln und damit einen komplizierten Prozessschritt zu sparen. "Wir können auf diese Weise derzeit ein Gas mit einem stabilen Methananteil von mehr als 90 Prozent erzeugen", berichtete der IWES-Bereichsleiter für Energiesystemtechnik, Bernd Krautkremer. Dieses Biomethan könne entweder zwischen gespeichert oder auch in den Biogasspeicher zurück geführt werden, um dort den Gesamtmethangehalt zu erhöhen. "Wir haben beide Möglichkeiten erfolgreich getestet", sagte Krautkremer.

Das durch direkte Methansierung gewonnene Gas soll nicht ins Erdgasnetz eingespeist werden. Dadurch entfallen weitere technisch komplizierte und kostenintensive Anpassungsmaßnahmen wie die eichfähige Messung, die Druckerhöhung und die Konditionierung des Biomethans. Dies macht die Anwendung der neuen Power-to-Gas-Variante vor allem für kleinere Biogasanlagen mit einer Leistung von rund 250 Kilowatt attraktiv, die ihr Gas direkt verstromen.

Optimierung

Die Experten vom Fraunhofer IWES wollen den Prozess jetzt weiter optimieren und unter anderem Alternativen zur herkömmlichen biologischen Entschwefelung entwickeln, die für die direkte Methansierung nicht geeignet ist. Auch der eingesetzte Katalysator soll noch weiter getestet werden. "Das Potential der direkten Methanisierung ist groß, aber es liegt noch einiges an Forschungsarbeit vor uns, bevor wir an einen breiten Einsatz denken können", erklärte IWES-Institutsleiter Hoffmann abschließend. (red, derStandard.at, 19.01.2013)

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CO2-Bilanz von Solargas = CO2-Bilanz von Erdgas

Hierzulande ist meistens von Windgas die Rede. Aber weil manche hier dazu neigen, bei Ökoenergie auf die Effizienz zu pfeifen, eine Überlegung zu Methan, das mit Photovoltaikstrom erzeugt wurde:

Strom aus Photovoltaik werden 120 Gramm CO2/kWh zugeschrieben. Für Stromerzeugung ist das immer noch ein ziemlich guter Wert, aber wenn man diesen Strom mit 60% WG in Methan umwandelt, hat dieses Methan dann 200 Gramm CO2/kWh Energieinhalt auf dem Buckel - Und ist insofern mit fossilem Erdgas vergleichbar. Das gilt übrigens in ähnlicher Weise für Wasserstoff aus PV.

Effizienz zählt! Auch bei Ökoenergie.

Nachtrag

Ich habe an anderer Stelle die schlechte CO2-Bilanz von PV auch schon angezweifelt, man kann auch viel niedrigere Angaben dazu finden.

An der Grundaussage meines Postings ändert das aber nichts. Auch Ökostrom sollte nicht vergeudet werden.

Wirkungsgrad eines konventionellen Großkraftwerk: 30%

überschüssiger Windstrom ist auch noch gratis!

2x falsch

Das Gaskraftwerk Mellach hat annähernd 60% elektrischen Wirkungsgrad. Selbst moderne Kohlekraftwerke kommen deutlich über 40 Prozent.

Strom ist nie gratis, denn seine Erzeugung kostet Geld. Wer wird noch Windräder bauen, wenn er damit rechnen muss, dass er einen großen Teil des Stroms verschenken muss?

Garnicht wieder verstromen.

Stattdessen die Traktoren der Bauern so umrüsten, dass die mit dem 90%igen Biogas fahren können. Und der Strom dafür kriegen die Bauern von mir aus auch aus Temelin. Hauptsache billig. -so wie jetzt der "Agrar-Diesel".

die hier skizzierte familie von verfahren...

.... hat als variante genau so die hydrierung bis auf benzin oder diesel drinnen... hydrierung von CO2, CO oder bio crude oil/bio slurry.

methan ist va deshalb das ziel, weil hier das verhaeltnis von H2 zum eingesetzten kohlenstoff am hoechsten ist, also man mit minimalem einsatz an "traeger" am meisten H2 verarbeitet. un natuerlich gibt es funktionierende technologie fuer erdgasfahrzeuge, sind ja schon viele unterwegs

Traktoren nutzen Dieselmotoren,

im Gegensatz zu Ottomotoren funktioniert für solche Erdgas als Treibstoff nur äußerst aufwendig.

Die grätchenfrage für mich ist eher die wie es mit

Reichweite und Energiedichte aussieht? Der Bauer muss ja mit seinem Traktor zur Erdgastankstelle tanken fahren und dann mit dem Traktor noch alles machen können was er bisher in einem Arbeitstag so geschafft hat. -Wie groß müsste ein Tank mit 450-700bar sein, damit der Traktor nahezu seine "gewohnte" Reichweite hat?

Zum einen würde mich wundern wenn z.b. von

den Amerikanern(John Deere) nicht auch Traktoren mit Benzinmotor gäbe. -Aber unabhängig davon sind das meist sehr großvolumige und langsam drehende Motoren. eine direkteinblasung nach dem dieselpreinzip erscheint mir durchaus möglich. Im Prinzip braucht man nur einen drucktank mit 800-1200bar für das gas(comonrail mit gas sozusagen). Aber ob man das in einen alten Motor nachrüsten kann wäre eine gute frage?

Soviel ich weiss stellen viele Transportunternehmer in den USA von Diesel auf Gas um

ebenfalls werden schon Lokomotiven mit Gas betrieben. Schwer zu glauben dass die die Motoren tauschen. Eine Umrüstung muss sicherlich möglich sein.

Ich hab mich -

als Nicht-Techniker - im Zuge meiner Diplomarbeit (mehr als 5 Jahre her) damit beschäftigen dürfen. Der Knackpunkt bei der Umrüstung ist der, dass Dieselmotoren Selbstzünder sind und ein Gas-/Luftgemisch unter dem Druck eben nicht zündet. Bei einem Ottomotor, der ohnehin einen Zündmechanismus fürs Benzin-/Luftgemisch hat, ist das kein Problem. Nach damaligem Stand bräuchte es stets eine Restmenge an Diesel im Gemisch, dass es tatsächlich zu einer Zündung kommt.

Sie sind tatsächlich NICHTTECHNIKER

Gas Luftgemisch zündet im Diesel zu früh und explosionsartig = Klopfen = Motor im Nun hin.

... und ein Gas-/Luftgemisch unter dem Druck eben nicht zündet

aha, diese These war aber wohl nicht ein Kernpunkt ihrer Diplomarbeit. ;-)

http://de.wikipedia.org/wiki/Klop... gsmotor%29

Was ich gerade noch gefunden habe:

http://www.valtra.de/news/5303.asp. Kann mit 17% der Energie aus Diesel und 83% aus Gas fahren. Scheint mit einem 104kW Motor aber wohl ein ziemlich dicker Brummer zu sein. :)

Vorallem bei Umrüstrungen heutiger Motoren kann ich mir gut vorstellen

dass das so läuft. Ist aber auch nicht schlimm -ein kleiner "Nottank" Diesel am Traktor schadet nicht. Bei neuen Motoren kann ich mir aber nicht vorstellen, dass das Zündproblem nicht in den Griff zu kriegen wäre. Man kann ja eine Dauerglühkerze installieren oder eine elektrische Zündanlage wie in Benzinern, zusätzlich zur Direkteinblasung.
Die Bohrantriebe und Druckgeneratoren für Gasfrakingförderung werden übrigens derzeit nur mit Diesel betrieben. -In Amerika wollen die das aber jetzt großflächig auf Gas umstellen! Ich mache mir weniger über die Motoren sorgen, sondern ob es überhaupt möglich ist Biogas(direkt an der Herstellungsstelle) für weniger Geld herstellen zu können als Agrar-Diesel. Das ganze ist ein Preisproblem.

Diese ganze Umwandlerei macht wenig Sinn. Abgesehen von den Kosten ist der Wirkungsgrad einfach zu gering.

Um große Energiemengen mit hohem Wirkungsgrad zu speichern muss Wärme Wärme bleiben und Strom kann man als Potentielle Energie gespeichert werden.

Für die erneuerbaren Energien bleiben als Pumpspeicherkraftwerke. Da man nicht jedes Tal verbetonieren kann gibt es dann noch diese Lösung:

http://www.lageenergiespeicher.de/

Das ist aber bisher nur eine Idee. Umgesetzt ist da noch gar nichts.

Wirkungsgrad bei erneuerbaren Energieträgern wird (zu Recht oder nicht) immer mit 100% angenommen.

Begründung: Dem Wind ist es egal, ob ich ihn zu 1% oder 99% nutze. Und dem Windrad ist es auch egal, ob ich die kinetische Energie zu 1% oder 99% im Gas festhalten kann, da die variablen Kosten gering sind.

Also: Runter mit den Fixkosten (R&D, learning-by-doing) und schon gibt es Gas für alle...

Leute die von 100% Wirkungsgrad reden haben entweder keine Ahnung davon oder wollen etwas Verkaufen. Auch wenn die Quelle (quasi) unerschöpflich ist gibt es Verluste. Und ob ich jetzt eines oder zehn Windräder Brauche, um meine Gemeinde mit Strom zu versorgen, sollte einen Unterschied machen.

so negativ wuerde ich das nicht sehen...

... wenn man bei der erzeugung synrgien nutzen kann und fuer zielsysteme produziert, die pozesswaerme und strom erzeugen sihet es gar nicht so schlecht aus.

was man als potentielle energie zwischenspeichern kann performiert natuerlich trotzdem besser.

den lageenergiespeicher kenne ich seit ca 2 jahren(?). ich wuensche denen viel glueck. wenn das was wird, gibts ausserdem etwas zum staunen und zum schauen *g*

Ich versteh das nicht ganz... Bitte um Aufklärung!

Man erzeugt mit Strom H2 um CO2 in CH4 und H2O umzuwandeln. und aus dem CH4 wieder Strom zu erzeugen?
Tolle Energiebilanz.

Aber das ist trotzdem billiger als das CO2 abzutrennen, was anscheinend nötig ist, da man ein CO2 & CH4 Gemisch nicht verstromen kann?

(vorletzter Absatz)

wenn du zuviel Strom über hast
(zB zu mittag mit einer PV Anlage) und diesen Strom nicht mehr ins Netz übergeben kannst (Stichwort: Netzstabilität) machts doch Sinn den Strom im CH4 umzuwandeln bevor man die Sonnenenergie ungenutzt läßt.
Ergo ist es besser 10% der Sonnenenergie in CH4 zu speichern und zB in der Nacht zu verstromen als die Energie nicht zu nützen

Nutzung ist nicht zwangsläufig sinnvoll

Nämlich dann, wenn die Installationen für die Umwandlung und Speicherung teuer, energie- und rohstoffintensiv sind und man damit nur wenig Energie "retten" kann.

Ist im Grunde dasselbe wie mit z.B. dem Dachrinnenkraftwerk: 1000 mm Niederschlag auf ein 100-m²-Dach auf einem 10 Meter hohen Haus ergibt eine Energie von 2,7 kWh. Soll man diese Energie ungenutzt lassen? Oder soll man sie doch besser mit einem kleinen Kraftwerk in Strom umwandeln und ins Hausnetz einspeisen? Immerhin könnte man sich pro Jahr rund 50 Cent Netzstromkosten ersparen.

Ich sage nicht, dass es in diesem Fall ähnlich idiotisch ist. Aber "Energie muss um jeden Preis genutzt werden" ist eine verbreitete falsche Ansicht.

Speicherung der Energie ist DAS große Problem von Wind und Sonnenenergie.

Man kann Wind/Sonne leider nicht "auf Kommando produzieren". Die Produktion wird jedes Jahr günstiger und effizienter, produziert aber nur wenn Wind weht und Sonne scheint. Im Winter schaut es überhaupt trübe aus.

Laut einer Studie benötigt man 10% des Jahresbedarfs an Speicherkapazitäten wenn man mit erneuerbaren optimal abdeckt. Mit 50% "Überproduktion" benötigt man nur noch 1%. Die 50% muss man dabei allerdings auch noch loswerden, heißt "vernichten".

Im Endeffekt ist der Wirkungsgrad weniger relevant. Solange man nur billig genug ausreichende Mengen speichern kann. Je mehr man speichern kann, mit egal welchem Wirkungsgrad, desto besser.

Österreich ist übrigens in einer schönen "Sonderposition", wir haben extrem viel Wasserspeicher.

Beim normalen Verbraucher kostet eine kWh immer gleich viel. Bei größeren Verbrauchern gibt es Tag und Nacht Tarife.

Um die Nachfrage an das Angebot anzupassen wäre es doch klug die Preise die an der Börse bezahlt werden direkt (mit prozentuellem Aufschlag) an den Kunden weiterzugeben.

Die Waschmaschine könnte per Internet nachfragen wie viel der Strom grade kostet und dann waschen wenn es billig ist. Das wäre eine sinnvolle Anwendung für das Internet der Dinge.

Könnte eigentlich jeder Stromanbieter werden?

"Dies macht die Anwendung der neuen Power-to-Gas-Variante vor allem für kleinere Biogasanlagen mit einer Leistung von rund 250 Kilowatt attraktiv, die ihr Gas direkt verstromen."

Also ist mit "direkt verstromen" gemeint, dass am gleichen standort verstromt wird, und nicht, dass UNMITTELBAR nach der Erzeugung (das versteh ich unter direkt) verstromt wird.

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