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)