Alternative Methanisierung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid im anaeroben Rieselbettverfahren
Dr.-Ing. Marko Burkhardt Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl Abfallwirtschaft
Der Rückgang der Verfügbarkeit fossiler Ressourcen und die Minderung der Emissionen treibhausrelevanter Gase bei gleichzeitig steigendem Energieverbrauch führen zur Notwendigkeit der Nutzung erneuerbarer Energien. Neben der Energiebereitstellung muss auch deren Verteilung bzw. Speicherung ausgebaut werden. Aktuell bestehen in diesem Bereich erhebliche Engpässe bzw. große Verzögerungen des Ausbaus. Alternative und schnell umsetzbare Technologien müssen entwickelt und kurzfristig umgesetzt werden. Nahezu alle Formen der erneuerbaren Energien werden gegenwärtig in elektrische Energie umgewandelt, jedoch ist deren direkte Speicherbarkeit sehr gering. Sie muss daher stofflich in Form von chemischer oder potenzieller Energie oder thermisch als Wärmeenergie gespeichert werden.
Das am LS Abfallwirtschaft der BTU Cottbus entwickelte und weltweit neuartige anaerobe Rieselbettverfahren ermöglicht die chemische Speicherung über die biologische Methanisierung von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff. Dazu wird ein Hochleistungsfestbettreaktor eingesetzt, der sich durch eine Immobilisierung der methanogenen Archaeen auszeichnet. Im Unterschied zu anderen Verfahren ist dieser Fermenter jedoch nicht flüssigkeits-, sondern gasgefüllt und es erfolgt eine Flüssigkeitsverrieselung zur Wasser- und Nährstoffversorgung. Es wird ein Methangas produziert, das mit einem Methangehalt von > 97 Vol.- % nahe der Einspeisequalität für Methan in das Erdgasnetz ist. Eine Speicherung im bereits vorhandenen Erdgasnetz ist daher ohne aufwendige Aufreinigung in großem Umfang möglich. Das Verfahren ermöglicht den Einsatz einer großen Bandbreite von Einsatzstoffen, wie nachwachsende Rohstoffe, feste oder flüssige organische Abfälle. Wesentliche Neuerung ist jedoch die Erweiterung des Substratspektrums auf gasförmige Verbindungen. Die Methanisierung erfolgt durch ausschließliche Zugabe von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid, sodass sich nahezu rückstandsfrei unter Wasserbildung das Methangas gewinnen lässt. Der Wasserstoff kann elektrolytisch mit Hilfe von » Überschussstrom «, der zu Spitzenzeiten hoher Stromproduktion anfällt, gewonnen werden. Kohlenstoffdioxid wird bekanntlich als Abgas aus Verbrennungsprozessen abgeschieden und gilt als eines der bedeutendsten klimarelevanten Gase. Alternativ kann eine Methananreicherung von Biogas erfolgen. Wasserstoff reagiert anstelle des Kohlenstoffdioxids mit Biogas, das in klassischen Anlagen produziert wird. Die Reaktion nutzt das im Biogas enthaltene CO 2 als Kohlenstoffquelle für die Methanbildung und ermöglicht somit die Erhöhung der Methankonzentration. Daher kann auf die bisher übliche Abscheidung des CO 2 durch Gasaufbereitungsanlagen verzichtet werden.
Im Rahmen der Dissertation mit dem Titel » Die Leistungsfähigkeit anaerober Rieselbettreaktoren zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Verbindungen durch biofilmgebundene methanogene Archaeen « wurde dieses Verfahren nachgewiesen und weitergehend untersucht. In gegenwärtig angestrebten Untersuchungen wird die Grenze der Leistungsfähigkeit im Langzeitbetrieb ermittelt.
Kurzbeschreibung der Neuheit
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