Biogene Methanerzeugung aus Wasserstoff&deutsch-niederländische Datenbank Biogasforschung

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Im Rahmen des Projektes wird ein Verfahren zur Erzeugung von Methan aus Wasserstoff in einem biogasähnlichem Verfahren untersucht.

Entscheidende Herausforderung in der Energieversorgung aus erneuerbaren Energien ist die Speicherung der elektrischen Energie, deren Erzeugung technisch bedingt zeitlich kaum beeinflusst werden kann. Es ist daher ein grundlegender Umbruch in der Energieinfrastruktur erforderlich. Die zurzeit noch zentrale Versorgungssituation in den Niederlanden und Deutschland wird nach und nach durch den Ausbau regenerativer Energieerzeugungsanlagen zu einem dezentralen System, welches langfristig auf ein Lastmanagement und Speicherung angewiesen sein wird.

Ein Ansatz zur Speicherung erneuerbarer Energie ist die Power-to-Gas Technologie. Bei diesem Verfahren wird elektrischer Strom mittels Elektrolyse zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten und in einem nächsten Schritt aus Kohlendioxid (CO2) und dem entstandenen Wasserstoff Methan (CH4) erzeugt. Dieses Methan kann zwischengespeichert werden, um bei Bedarf rückverstromt oder ins bestehende Erdgasnetz eingespeist zu werden. Gerade in den Niederlanden existiert ein dicht ausgebautes Erdgasnetz mit immensen Speichervolumen sowie bestehenden Anlagen zu Verstromung. Die Erdgasnetze stellen aufgrund ihres Ausbaus einen großen, weit verzweigten und nahezu überall zugänglichen Speicher dar. Allerdings haben beide Schritte des Power-to-Gas Prozesses nur einen niedrigen Wirkungsgrad, sodass sich dieses Verfahren zur Speicherung noch nicht durchgesetzt hat.

Dennoch sieht man in der Nutzung von Gas aus Strom erneuerbarer Quellen in Zukunft ein hohes Potential, da die zu ungünstigen Zeiten anfallende Energie ansonsten oft nicht nutzbar wäre. Sie wird durch Power-to-Gas überhaupt erst nutzbar gemacht. Um eine höhere Gesamteffizienz zu erzielen, wäre eine Nutzung des Wasserstoffs in Biogasanlagendenkbar. Daher soll in diesem Projekt untersucht werden, welche Nutzungsmöglichkeiten von Wasserstoff sich in Biogasanlagen anbieten.

Im Rahmen des Projektes werden in halbtechnischen Versuchsanlagen grundlegende Versuche durchgeführt. Hier werden die Rahmenbedingung für die Umsetzung von Wasserstoff in Methanisierungsreaktoren erarbeitet, Optimierungspotenziale und vergleichende Reaktionskonzepte erhoben.

Die Erfahrungen und Ergebnisse in den geplanten Versuchsreihen bereiten eine anschließende Nutzung in großtechnischen Biogasanlagenvor. Im Projekt arbeiten Forscher und Anlagenbauer eng zusammen. Diese Konstellation vereint tiefgehende Erfahrungen und Wissen um die Theorie der Biogaserzeugung als auch die technische Umsetzung und deren Rahmenbedingungen, so dass das Projekt ideale Bedingungen für eine Umsetzbarkeit aufweist. Die Fachhochschule Münster besitzt große Erfahrungen, mit dem Betrieb von Versuchsanlagen in diesem technischen Bereich. Darüber hinaus können die zwingend notwendigen, erhöhten Sicherheitsanforderungen bei Versuchen mit Wasserstoff in den Laboren der Fachhochschule Münster garantiert werden.

Deutsch-Niederländische Datenbank Biogasforschung

Bei den Vorbereitungen der Methanisierungsthematik ist die Projektgruppe auf eine Vielzahl an Publikationen gestoßen, die sich in Teilen mit der Forschungsthematik befassen. Auch in anderen Teilprojekten zeigt sich, dass die Publikations- und Forschungslandschaft unübersichtlich ist. Dies gilt vor allem auch für den deutsch-niederländischen Bereich. In Deutschland ist vielfach unbekannt was in den Niederlanden bereits als Forschungsergebnis vorliegt und umgekehrt. Es fehlt an eine (online-)Übersicht, wo sicher Forschungsresultate und Abstracts gefunden werden können. Im Projekt soll, aufbauend auf Vorarbeiten von Stichting Green Gas Nederland, eine grenzüberschreitende Übersicht von spezifischen Teilthematiken aufgebaut werden. Ausgegangen wird von Publikationen in den letzten 5 Jahren, wobei ein kurzes Exposeauf deutsch und niederländisch erstellt wird. Die Datenbank wird offen realisiert, sodass neue Forschungsergebnisselaufend miteingebunden werden kann.

Partners:

Fachhochschule Münster ; Host ; DNL-contact GmbH & Co KG ; Stichting Groen Gas Nederland ; Hanze Wetlands

Ziele

Ziel des Projektes ist es, die biogene Methanerzeugung in halbtechnischen Versuchsanlagen zu untersuchen und hieraus Fragestellungen für die technische Umsetzung an bestehenden Biogasanlagen beantworten zu können. Hierzu wird zunächst eine Literaturstudie zu den bisher gemachten Erfahrungen zur biogenen Methanisierungdurchgeführt und die Grundlagen, Grenzen und Potenziale der Umsetzung ermittelt. Hier werden auch die bisherigen Entwicklungen in der Forschung auf diesem Gebiet aufgenommen und ausgewertet.

Zu diesem Zweck werden die Forschungsergebnisse in diesem Bereich aber auch den angrenzenden Themen der Biogastechnologie auf niederländischer und deutscher Seite gesammelt und im Rahmen eines Forschungskataloges in einer Datenbank abgebildet.

Aus diesen Erkenntnissen der aktuellen Forschung und den Erfahrungen des Labors der Fachhochschule werden die Versuchsplanungen erarbeitet um mit Nutzung der halbtechnischen Anlagen in den Laboren der Fachhochschule Münster die biogene Methanisierung zu erforschen.

Die Möglichkeit produzierten elektrischen Strom aus erneuerbaren Energien in Zeiten zu speichern, in denen er nicht genutzt werden kann, erweitert den Ausbau der erneuerbaren Energien immens. Die Effizienz der Biogastechnologie, deren Anwendung und die Implementierung in einem Gesamtsystem zur Versorgung der Gesellschaft mit elektrischem Strom aus erneuerbaren Energien, wird erhöht und optimiert.

Der Betrieb von Biogasanlagen wird wirtschaftlicher, was die Einführung von grünem Gas beschleunigt und vereinfacht. Gleichzeitig wird das bereits vorhandene Netz enger mit der Biogastechnologie und weiteren erneuerbare Energiequellen verknüpft und das vorhandene große Speicherpotenzial in bestehenden Netzen könnte genutzt werden.

Zunächst wird eine Auswahl von in Frage kommenden Reaktionsführungen getestet und überprüft. In einem zweiten Schritt werden diese um ausführliche Versuchsreihen an einer halbtechnischen Anlage erweitert. Es bestehen enge Kontakte zu verschiedenen Biogasanlagenbetreibern sowohl auf deutscher als auch auf niederländischer Seite.

Die Versuchsreihen und die Untersuchungsergebnisse werden auf wissenschaftlicher Basis in den Niederlanden und Deutschland diskutiert und bilden die Basis für einen regen Austausch von Wissen und Innovation durch die grenzüberschreitende Zusammenarbeit.