Umwandlung von EE (Wind/Solar)-Wasserstoff in Biogasanlagen in Methan durch bakteriogene Methanisierung von Biogas-C02

Die tages- und jahreszeitlichen Schwankungen der erneuerbaren Energien, insbesondere bei der Nutzung von Wind- und Solarenergie, stellen eine besondere Herausforderung für die Zukunft der Energieversorgung in Deutschland dar. Hieraus resultiert die Notwendigkeit zur Entwicklung intelligenter Lösungen in Bezug die Umwandlung und Speicherung von Energie. An diesem Punkt setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an, indem Möglichkeiten geschaffen werden die Überschüsse von Windkraft- und Solaranlagen mit der CO2-Produktion von Biogasanlagen zu kombinieren, um speicherbare Energie in Form von Methan zu Produzieren. Dieses kann mit Hilfe des in Deutschland gut ausgebauten Erdgas-netzes langfristig gespeichert und bedarfsgerecht eingesetzt werden.

Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist hierbei die Entwicklung eines Hochleistungs-Methanreaktors zur Biosynthese von Methan aus CO2 und Wasserstoff. In Abgrenzung zu laufenden Forschungs- und Demonstrationsvorhaben, welche eine technische Methansynthese durchführen, erfolgt die Produktion mittels spezieller methanbildener Mikroorganismen in einem Bioreaktor. Hierbei werden besonders leistungsfähige mesophile, thermophile und hyperthermophile methanogene Archaea eingesetzt, welche sich durch hohe Umsatzraten und kurze Generationszeiten auszeichnen. Als CO2-Quelle für die Methanogenese dient zunächst der CO2-Abgasstrom von Biomethananlagen und später auch CO2 aus Industrieanlagen. Da methanogene Bakterien keine Endprodukthemmung aufweisen kann auch nicht aufgereinigtes Biogas als CO2-Quelle genutzt werden. Gegenüber dem Verfahren der technischen Methansynthese bietet die mikrobielle Biosynthese verschiedene Vorteile. So weist die biologische Methanbildung aus CO2 und H2 einen hohen energetischen Wir-kungsgrad von über 80 % auf. Unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Elektrolyse (≥ 80 %) kann so ein Gesamtwirkungsgrad von rund 65 % erzielt werden. Im Gegensatz dazu erreichen heutige technische Verfahren maximal 60 % Gesamtwirkungsgrad. Ein weiterer zentraler Vorteil der biologischen Methansynthese ist die Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen der Ausgangsgase. So weisen methanogene Archaebakterien eine hohe Toleranz gegenüber Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, Stickoxiden und anderen Spuren- und Nebenbestandteilen auf. Die katalysatorabhängige (i.d.R Nickel-Katalysatoren) technische Methansynthese erfordert hingegen eine hohe Reinheit der Ausgangsgase und dementsprechend eine aufwendige vorgeschaltete Gasaufreinigung.

 

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