Die Bauarbeiten auf dem Landwirtschaftszentrum Eichhof beginnen im Herbst 2016 und sollen im Sommer 2017 abgeschlossen sein. Dann folgt ein 15 monatiger wissenschaftlich begleiteter und ausgewerteter Testbetrieb. Für das zweieinhalbjährige Forschungsprojekt überreichte die hessische Staatsministerin Priska Hinz den Fraunhofer-Forschern in Kassel einen Zuwendungsbescheid mit über einer Million Euro Förderung und betonte: "Die hessische Landesregierung strebt das Ziel an, bis 2050 die Energieversorgung komplett auf erneuerbare Energien umzustellen. Dabei helfen solche innovativen Projekte, wie das hier geförderte Vorhaben von Fraunhofer IWES. Auch wenn Biomasse erneuerbar ist und ständig nachwächst, so ist sie dennoch nicht im unbegrenzten Masse verfügbar. Daher ist es zwingend, sie gezielt einzusetzen und effizient zu nutzen. Forschungsprojekte wie die geförderte Power-to-Gas-Anlage weisen dafür den Weg."

Die bestehende Infrastruktur am HBFZ ist für ein derartiges Projekt ideal, da dort bereits eine landwirtschaftlich genutzte Biogasanlage des Landesbetriebs Landwirtschaft Hessen (LLH) vorhanden ist. Staatsministerin Hinz: „Ich freue mich, dass mit diesem Projekt die Forschungskooperation HBFZ gestärkt wird“.

Zehnmal grössere Anlage
„In einem anschliessenden Schritt sollen die im Projekt gesammelten Erfahrungen in die Planung einer zehnmal grösseren Anlage einfliessen. Dafür sind dann Standorte interessant, die auf Grund der vorhandenen Infrastruktur, der Genehmigungssituation und des Betriebs besonders günstige Bedingungen aufweisen. Die Umsetzung der Direktmethanisierung an einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Demonstrationscharakter wird der finale Entwicklungsschritt vor der Kommerzialisierung sein.“, erläuterte Jochen Bard, Bereichsleiter Energieverfahrenstechnik am Fraunhofer IWES.

Direktmethanisierung erhöht Nutzen von Biogasanlagen
Dr. Bernd Krautkremer, Abteilungsleiter Bioenergie-Systemtechnik ergänzte: „Die Methanisierung von Stromüberschüssen im Biogaskontext kann die Nutzung der heute vorhandenen Biogasanlageninfrastruktur mit über 8000 Anlagen steigern, indem sie den Gesamtenergieumsatz sowie den Nutzenergieoutput steigert, ohne weitere Biomassemengen umzusetzen. Durch die Direktmethanisierung des CO2 ergeben sich perspektivisch – bei geeigneten Marktmechanismen – neue Geschäftsmodelle für landwirtschaftliche Biogasanlagen. Um sich an die neuen Absatzbedingungen auf dem Energiemarkt anzupassen, haben die Betreiber die Möglichkeit ihre Biogasanlagen durch eine PtG-Anlage zu optimieren und zu flexibilisieren. Damit tragen sie zur Versorgungssicherheit und zur Wertschöpfung ländlicher Regionen bei.“

Hintergrund
Mit der PtG-Technologie wird erneuerbarer Strom in die chemischen Energieträger Wasserstoff und einem zweiten Schritt in Methan umgewandelt. Damit wird ein speicherbarer und flexibel einsetzbarer Energieträger erzeugt, der unabhängig von Ort und Zeit wieder rückverstromt werden kann. Wasserstoff lässt sich nur sehr begrenzt in das Erdgasnetz einspeisen (2-5 Vol.%), Methan hingegen fast unbegrenzt.

In der Methanisierung reagiert der Wasserstoff (H2) mit Kohlendioxid (CO2) in einem Reaktor zu Methan (CH4). Grundsätzlich sind viele CO2-Quellen für den Einsatz in PtG-Anlagen geeignet (z.B. Verbrennungsanlagen oder Zementwerke), allerdings bieten Biogasanlagen eine Reihe von Vorteilen. Biogasanlagen stellen das CO2 in hoher Konzentration (40-50 Vol.%) bereit und es sind wenige störende Begleitelemente vorhanden, da das Gas fast ausschliesslich aus Methan und CO2 besteht. Ausserdem kann bei Biogasanlagen die bereits vorhandene Infrastruktur für die Integration von PtG-Anlagen genutzt werden. Biogasanlagen sind kostengünstige CO2-Quellen und ermöglichen zudem die Nutzung der Prozesswärme in der Biogasanlage.

Eine besonders interessante Option zur Nutzung von CO2 aus Biogas ist die Direktmethanisierung. Dabei wird das Biogas ohne vorherige CO2-Abtrennung in der Methanisierung eingesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass die aufwändige CO2-Abtrennung z.B. durch eine Aminwäsche entfallen kann und somit alle Biogasanlagen (auch kleinere Anlagen), die aktuell über eine Vor-Ort-Verstromung verfügen, als potenzielle CO2-Quelle in Frage kommen, ohne dass eine teure Gasaufbereitung integriert werden muss.

Projektinformationen bezüglich der Direktmethanisierung von Biogas im Technikumsmassstab: 50 kWel Power-to-Gas-Anlage >>

Text: Fraunhofer IWES