Anlagenoptimierung für alternative Nutzung von Biogasen angestrebt

19. Oktober 2020 – Hochreines Methanol aus Klärgas herzustellen, das als Produkt vermarktbar ist, ist das Ziel eines aktuellen Forschungsprojekts. Das Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) e. V. und die OWI Science for Fuels gGmbH wollen auf der Basis einer bestehenden Methanolsyntheseanlage des FiW im Klärwerk Emschermündung einen Demonstrator für einen optimierten Syntheseprozess von Methanol aufbauen. Zudem erarbeiten sie ein geschlossenes Anlagenkonzept, welches eine ökonomische Skalierung der Anlagengröße zulässt und somit das Potenzial zur zukünftigen Vermarktung an Produzenten von Biogas besitzt.

Fermenter in der Kläranlage Emschermündung. Foto: FiW

Viele Kläranlagen, aber auch die Landwirtschaft, betreiben seit langem eine gut erforschte Erzeugung von Biogas aus den organischen Rückständen der Klärprozesse. Das so erzeugte Gas ist je nach Standort sowohl für die direkte Strom- und Wärmeerzeugung auf der Anlage selbst als auch die Vermarktung nutzbar. Dies ist zum Beispiel für Betreiber von Blockheizkraftwerken (BHKW) interessant, von denen ein großer Teil auf Grund des biogenen Brennstoffes eine Förderung im Rahmen eines der frühen Erneuerbare-Energien-Gesetze (EEG) erhält. Im Laufe der kommenden Jahre werden sowohl diese Förderkulisse für viele der älteren Biogasanlagen auslaufen als auch die Anforderungen an die Betreiber steigen, was ihren Betrieb in vielen Fällen unwirtschaftlich machen dürfte. Daher brauchen Betreiber von Biogasanlagen wirtschaftliche Alternativen, die eine hochwertige Nutzung von Klär- und Biogas ermöglichen. Ein Beispiel dafür könnte die Synthese von Methanol sein, das damit zum flüssigen Speichermedium für erneuerbare Gase wird. Methanol hat als Energieträger sowie als Grundprodukt für die chemische Industrie gute Chancen auf eine Vermarktung.

OWI befasst sich im Forschungsprojekt aufgrund langjähriger Erfahrung in der Erforschung, Auslegung und Konstruktion von Reformierungsprozessen mit der Erneuerung des Biogasreformers. Das 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.

Als Entwickler und Erstbetreiber der Anlage widmet sich das FiW einem Re-Design des Syntheseprozesses unter Einbezug der verbesserten Reformierung. Zu der grundlegenden Erneuerung der Synthese gehört unter anderem die Einbindung einer zusätzlichen Wasserstoffquelle. Dies dient zwei Zwecken. Zum einen kann so ein systemisches Wasserstoffdefizit im Syntheseprozess ausgeglichen werden. Zum anderen ermöglicht dies für skalierte Anlagen die Möglichkeit zur Einbindung in den Regelenergiemarkt. Dies trägt vor dem Hintergrund eines immer volatileren Strommarktes zur Stabilisierung und zur Wirtschaftlichkeit des Anlagenkonzeptes bei.

Darüber hinaus strebt das FiW eine vollständige Erneuerung der Reaktoren an. Dabei sind Reaktor und Katalysatormaterial strömungsoptimiert aufeinander abzustimmen. Dies ermöglicht die Erweiterung des Betriebsbereiches der Anlage und steigert die Methanolausbeute des Systems.

Die Destillation des Produktes am Ende des Syntheseprozesses garantiert die Reinheit des Methanols und gewährleistet so die Einbindung des Anlagenkonzeptes in bestehende Methanolinfrastruktur. Dies trägt maßgeblich zur Wirtschaftlichkeit entsprechender Anlagen und zur technologischen Reife des Anlagenkonzeptes bei.

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.