Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biogaseigenkonditionierung mittels OCM als Alternative zu fossilem LPG bei der Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz (Projektphase II)

Im Rahmen des Projekts BioEiKon-II (Anschlussantrag) soll ein Verfahren zur Biogaseigenkonditionierung durch oxidative Methankopplung (OCM) entwickelt werden. In dem laufenden Projekt BioEiKon wurden die für das Verfahren benötigten, nicht kommerziell verfügbaren Katalysatoren identifiziert, im Labormaßstab hergestellt, charakterisiert und erprobt. Sie ermöglichen es, den Brennwert von Biomethan auf das Niveau typischer hochkalorischer Erdgase anzuheben. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Laborversuche und numerischen Simulationen soll im Anschlussvorhaben eine Demonstratoranlage entwickelt werden. Unter Verwendung des erarbeiteten Konzepts und des Reaktormodells, wird der Demonstrator konstruiert und gebaut. Die Ergebnisse des Betriebs inkl. Langzeitversuchen mit Biogas dienen der Validierung der mathemaischen Modelle und als Grundlage für ein späteres Scale-up. Zusätzlich wird ein technisches Verfahren zur Herstellung des Katalysators entwickelt und durch begleitende Katalysatoruntersuchungen optimiert. Abschließend wird die OCM-Anlage technisch und wirtschaftlich bewertet.

Über die von KMU geprägten Bereiche Erzeugung/Einspeisung von Biomethan, Anlagenplanung und Anlagenwartung/-instandsetzung hinaus profitieren auch KMU der Branchen Anlagenbau und Katalysatorherstellung. Die Erschließung neuer Geschäftsfelder (Konzeption, Planung, Errichtung, Betrieb, Wartung und Service von OCM-Anlagen) stärkt die mittelständische Wirtschaft und den Wirtschaftsstandort Deutschland nachhaltig.

Im Erfolgsfall werden im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens Katalysatoren und Reaktoren entwickelt, die ein zur Biogaseigenkonditionierung ausreichend hohes Niveau an Ausbeuten und Selektivitäten von C2+-Kohlenwasserstoffen aufweisen. Das System kann darüber hinaus zur Erzeugung des chem. Grundstoffs Ethylen aus Erdgas weiter entwickelt werden. Vor dem Hintergrund neu erschlossener, preiswerter Erdgasquellen in den USA und dem mittleren Osten bestehen ökonomische Potentiale dafür.

Ergebniszusammenfassung:

Im Vorhaben wurde eine hohe Anzahl an möglichen Materialien (Katalysatoren) und Varianten für die OCM-Reaktion präpariert und experimentell untersucht. Es konnte ein Katalysator herausgearbeitet werden, welcher eine sehr hohe Selektivität gegenüber Ethan und Ethen aufweist und damit für die Biogaskonditionierung geeignet ist. Für diesen neuartigen Katalysator konnte ein kinetischer Ansatz mit 7 Reaktionen auf Grundlage umfangreicher kinetischer Untersuchungen erarbeitet und für die Erstellung eines Reaktormodells verwendet werden. Über den Arbeitsplan hinaus wurden zusätzliche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die erforderliche Aufbereitung des Produktgases aus dem OCM-Reaktor von Beginn an einbeziehen und effizient gestalten zu können. Aus den gewonnenen Erkenntnissen konnte ein hoch innovatives Reaktorkonzept entwickelt werden, welches durch weitere modellgestützte Optimierungen höhere Kohlenwasserstoffe hoch effizient produziert und dadurch auf eine nachgeschaltete Produktgasaufbereitung in den meisten Anwendungsfällen verzichtet werden kann. Das innovative Reaktorkonzept wurde am entwickelten technischen Katalysator in einer Demonstrationsanlage erfolgreich umgesetzt.

Im Ergebnis steht für potentielle Anwender eine robuste, kostengünstige und durch experimentelle Untersuchungen validierte Technologie bereit, die die kostenintensive Konditionierung von Biomethan mit fossilem Flüssiggas ersetzen kann.

Über die von KMU geprägten Bereiche Erzeugung/Einspeisung von Biomethan, Anlagenplanung und Anlagenwartung/-instandsetzung hinaus profitieren auch KMU der Branchen Anlagenbau und Katalysatorherstellung. Die Erschließung neuer Geschäftsfelder (Konzeption, Planung, Errichtung, Betrieb, Wartung und Service von OCM-Anlagen) stärkt die mittelständische Wirtschaft und den Wirtschaftsstandort Deutschland nachhaltig.