Green-Bee
Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung klimaneutraler Energieträger auf Basis von Biogas unter Einkopplung von erneuerbarem Überschussstrom
Kurzbeschreibung
Im Angesicht ambitionierter nationaler sowie internationaler Bestrebungen den anthropogen unterstützten Klimawandel in den kommenden Jahrzehnten bestmöglich einzudämmen, haben regenerative und biogene Energiequellen in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Auf vielen Kläranlagen, aber auch in der Landwirtschaft, wird deshalb seit langem eine gut erforschte Erzeugung von Biogas aus den organischen Rückständen betrieben. Das so erzeugte Gas ist je nach Standort sowohl für die direkte Strom- und Wärmeerzeugung auf der Anlage selbst als auch die Vermarktung nutzbar. Ein großer Teil der Biogasanlagen wird auf Grund des biogenen Brennstoffes im Rahmen eines der frühen Erneuerbare-Energien-Gesetze (EEG) gefördert, Strom und Wärme entsprechend bevorzugt zu guten Preisen abgenommen. Im Laufe der kommenden Jahre wird diese Förderkulisse für viele der älteren Biogasanlagen auslaufen, aber auch die Anforderungen an die Betreiber steigen, was ihren Betrieb in vielen Fällen unwirtschaftlich machen dürfte. Im Rahmen des durch das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz (MKULNV) des Landes NRW geförderten Projekts „Einsatz der Wasserstofftechnologie in der Abwasserbeseitigung“ (WASTRAK) hat das FiW deshalb im Jahr 2010 begonnen, alternative Nutzungsoptionen für bestehende Biogasanlagen genannter Art zu untersuchen.
So ist eine Versuchsanlage entstanden, in der das Klärgas über Dampfreformierung und anschließende katalytische Reaktion zu Methanol, einem höherwertigen, flüssigen Energieträger, weiterverwertet wird. Im Rahmen dieses Projektes ist die Machbarkeit des Verwertungsansatzes in Pilotgröße bewiesen worden. Das Produkt der Anlage entspricht jedoch noch nicht den Standards, die einen Handel auf dem Markt zulassen würden. Zudem ist bei der Effizienz und dem Ertrag der Anlage noch Optimierungspotenzial vorhanden.
Ziele des Projekts
Auf der Grundlage der im WASTRAK-Projekt erarbeiteten Ergebnisse wollen das FiW und OWI gemeinsam an der Optimierung der Syntheseanlage und somit zur Herstellung eines vermarktungsreifen Anlagenkonzepts arbeiten. Dazu werden einige Aspekte der bestehenden Anlage grundlegend erneuert, insgesamt wird eine Revidierung aller Komponenten und Parameter angestrebt. Die Forschung an der bestehenden Anlage bezieht sich auf mehrere Kernpunkte, die im Rahmen des Projektes bearbeitet werden sollen:
- Entwicklung eines erweiterten Reformierungsprozesses für Biogas
- Einbindung eines Elektrolyseurs
- Erweiterung des Syntheseverfahrens um eine Destillationsstufe
- Erneuerung der Synthesereaktoren
- Optimierung des Prozesses und der Prozessparameter
Insgesamt zielen die einzelnen Optimierungen darauf ab, mit dem Demonstrator ein uneingeschränkt vermarktbares Produkt, hochreines Methanol, zu produzieren. Damit soll eine alternative, hochwertige Nutzung von Klär- und Biogas dargestellt werden, die eine wirtschaftliche Alternative zur Nutzung des Gases in BHKWs ermöglicht. Zudem soll ein geschlossenes Anlagenkonzept erarbeitet werden, welches eine ökonomische Skalierung der Anlagengröße zulässt und somit das Potenzial besitzt, zukünftig an Produzenten von Klär- und Biogas vermarktet zu werden.
Arbeitsaufgaben OWI
Aufbauend auf langjährige Erfahrung in der Erforschung, Auslegung und Konstruktion von Reformierungsprozessen befasst sich OWI Science for Fuels mit der Erneuerung des Biogasreformers. Ziel ist dabei der Ersatz der bestehenden Anlagenkomponente durch einen Reformer, der eine deutlich höhere Effizienz verspricht und den Einsatz von Gas für die Erzeugung der erforderlichen Prozesswärme reduziert.
Durchführende Forschungsstellen
- Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) e.V.
- OWI Science for Fuels gGmbH
Projektförderung
Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit dem Förderkennzeichen 49VF190058 wird im Rahmen der Programms INNO-KOM durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Projektlaufzeit
06/2020 bis 11/ 2022
Kontakt
M.Sc. Benedikt Bender
Tel.: 02407/ 9518-172
E-Mail: B.Bender@owi-aachen.de