Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biologische Repowering zur Erhöhung der Biogasanlagenleistung (Projektphase II)

Ziel des Forschungsvorhabens BioRePow-II (Anschlussantrag) ist die Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur fermentativen Erzeugung von Biomethan aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Überschussstrom aus Wind/Sonne wird zur Produktion des benötigten H2 mittels Elektrolyse von Wasser genutzt. Biogas oder die Verbrennung von nachwachsenden Rohstoffen sind mögliche CO2-Quellen. Im Mix der erneuerbaren Energien kann somit dem fluktuierenden Angebot von Wind- und Sonnenstrom ausgleichend entgegengewirkt werden. Zudem bietet das biologische Repowering die Möglichkeit die Biogasanlagenleistung nahezu zu verdoppeln, ohne vermehrten Einsatz von Substraten. Bestehende Biogasanlagen können ihre Leistung somit verdoppeln, was für die Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz als Energiespeicher zuträglich ist.

Die derzeitig im Projekt BioRePow laufenden Untersuchungen zeigen, dass die biologische Methanisierung ein hohes Potential aufweist. Mit speziell angefertigten Versuchsständen wird der Einfluss diverser Prozessparameter auf das Gesamtverfahren systematisch analysiert. Umfangreiche Untersuchungen zum Stoffübergang in der Gas-Flüssigphase sowie die Gaseinbringung sind weitere Forschungsschwerpunkte. Die Stellschrauben zur Optimierung des Gesamtsystems wurden erkannt. Das Fortführen der Entwicklungsarbeit ist unabdingbar, um die bereits getätigten Anstrengungen in dem Verfahren sinnvoll abzuschließen. Insbesondere das geplante Up-scaling in der Phase 2 inklusive der Umsetzung der erkannten Optimierungsmöglichkeiten ist dabei wichtig, um ein optimal funktionierendes Gesamtsystem „Biologische Methanisierung“ zu erhalten. Durch den erforderlichen Neubau bzw. die Ertüchtigung von Bestandsbiogasanlagen ergeben sich neue Geschäftsfelder für Biogasanlagenbauer, Planer und Produzenten, Lieferanten und Betreiber. Die in diesen Branchen tätigen KMUs haben damit einen direkten Nutzen und können ihr wirtschaftliches Marktfeld europaweit absichern und erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen der Projektphase II des IGF-Vorhabens „BioRePow II“ (29 LBG) als Teilprojekt des Leitechnologievorhabens „inTebi“ wurde die biologische Methanisierung als fermentatives Verfahren zur mikrobiologischen Erzeugung von Methan aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid untersucht. Grundlegend wurden bei der Verfahrensentwicklung die Reaktorkonzepte Rührkessel und Blasensäule betrachtet. Die Anwendung dieses Konzeptes ist unabhängig von der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung möglich. In den durchgeführten Versuchsreihen wurden beide Reaktorkonzepte unter Beachtung hydrodynamischer Effekte, Variationen des Gasinjektionssystems, Einfluss des Rührers (Rührkessel) sowie der Einfluss der Prozessparameter Druck, Eduktgasvolumenstrom bzw. -zusammensetzung untersucht. In der Projektphase I wurden Umsätze von XCO2/H2 > 80 % bei der Blasensäule im kontinuierlichen Betrieb erreicht. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden in der Projektphase II beide Reaktorkonzepte weiterentwickelt (Reaktordesign, Gasinjektionssystem, verfahrenstechnische und biologische Parameter). Es wurden Umsätze der Eduktgase Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid von über 90 % in Labormaßstab gemessen. Die In-Situ-Methanisierung ist als problematisch zu bewerten. Die Wasserstoffbegasung führte zu einer nachhaltigen Hemmung der acetoklastischen methanogenen Archaeen. Auf Basis dieser Erkenntnisse ist die In-Situ-Methanisierung nicht zu empfehlen. Insbesondere das geplante Upscaling (Blasensäule: Durchmesser 150 mm, Höhe 4 m, Betriebsdruck 4 bar) sowie die Umsetzung der erkannten Optimierungsmöglichkeiten war ein Arbeitsschwerpunkt. Die erwarteten Umsätze wurden hier nur zum Teil erreicht. Es besteht weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um das ganze Potenzial der Ex-Situ-Methanisierung in der Blasensäule zu heben.