Das Power-to-Gas-Verfahren läuft auch an kleineren Biogas-Anlagen zuverlässig und bietet ihnen neue Potenziale zur flexiblen Energieproduktion. Dies ist das Ergebnis eines Pilotversuchs, den das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) gemeinsam mit den Ländern Hessen und Thüringen am Hessischen Biogas-Forschungszentrum (HBFZ) in Bad Hersfeld durchgeführt hat.
Im Rahmen des Projektes haben die IWES-Experten 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 Prof. Clemens Hoffmann bei der heutigen Vorstellung der Projektergebnisse. Der Institutsleiter verwies auf die wichtige Rolle, die Biogasanlagen im erneuerbaren Energiemix als Ausgleichsfaktor für die schwankende Erzeugung aus Windparks und Photovoltaik-Anlagen spielen. Die am HBFZ getestete Spielart von Power-to-Gas erschließe nicht nur einen weiteren Pfad zur Methangewinnung. Sie eröffne auch die Möglichkeit, Biogasanlagen in Zukunft flexibler und bedarfsgerechter zu betreiben.
Die vom IWES, vom Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung und der Solar Fuel GmbH entwickelte Power-to-Gas-Technologie macht es möglich, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen in speicherbares Methan umzuwandeln. „Hierzu kombinieren wir Elektrolyse und Methanisierung “, erklärte Jochen Bard, am IWES Abteilungsleiter für Energiewandler- und speicher, das Verfahren. 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 kW zeigt, dass das Verfahren in kleinem Maßstab funktioniert. Die in einem Container untergebrachte Anlage ist seit Oktober 2012 am HBFZ für Forschungszwecke im Einsatz. „Auch Biogas eignet sich hervorragend zur Methanisierung“, so Bard. 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.
Den IWES-Experten ist es gelungen, das CO2 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.
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.
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 Potenzial 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.
