Power-to-Gas: Neuer Lösungsansatz soll Energiewende vereinfachen

Wind_hydrogenQuelle: IWR

Schwandorf/Allendorf – Die Entwicklung von Energiespeichern ist eine der größten Herausforderungen, die im Zuge der Energiewende zu bewältigen sind. Dabei muss die Speicherung nicht zwangsläufig etwa in Pumpspeicherkraftwerken oder Batterien erfolgen. Power-to-Gas ist ein Ansatz, der zur Lösung dieses Problems beitragen könnte. Forscher haben jetzt eine neue Methode für den Umwandlungsprozess von Energie in Gas entwickelt.

Eine interessante Lösungsmöglichkeit für das Speicherproblem stellt der Ansatz zur Technologie Power-to-Gas dar, der von Prof. Dr. Michael Sterner und Kollegen von der Technischen Hochschule Regensburg entwickelt wurde. Mit diesem Verfahren kann aus überschüssigem Wind- und Solarstrom durch Elektrolyse aus Wasser Wasserstoff hergestellt werden, der direkt genutzt oder über einen zweiten Schritt zusammen mit Kohlendioxid zu Methangas gewandelt wird. Damit ist es gelungen, den natürlichen Speicherprozess der Natur, die Photosynthese, technisch nachzubilden. Das Gasnetz in Deutschland wiederum hat eine Speicherkapazität von mehreren Monaten, so dass der Energieträger so über lange Zeit gespeichert und unabhängig vom Ort der Erzeugung zur Stromproduktion, der Wärmeversorgung oder in Erdgasautos als klimafreundlicher Energieträger verwendet werden.

MicrobEnergy integriert Power-to-Gas in bestehende Kläranlagen
Während in bisherigen Power-to-Gas-Projekten die Methanisierung auf chemisch-katalytischem Weg erfolgte, konnte die MicrobEnergy GmbH im Labor- und Technikumsmaßstab ein Verfahren entwickeln, das eine Umwandlung des im Gärprozess anfallenden Kohlendioxids und des extern zugegebenen Wasserstoffs zu Methan auf mikrobiologischem Weg ermöglicht. Die biologische Methanisierung zeichnet sich nach Unternehmensangaben durch eine hohe Flexibilität aus und ist damit ideal geeignet, fluktuierende Energiemengen aus Wind- oder Sonnenkraft aufzunehmen.

Im nun geplanten Forschungsprojekt, für das die Kooperationspartner jetzt Fördergelder beantragt haben, sollen die Verfahrensschritte entlang der biologischen Methanisierung weiter erforscht werden. Damit würden die Grundlagen für die Entwicklung eines Systems geschaffen, mit dem es möglich ist, anfallenden Überschussstrom unter Verwendung von Kohlendioxid aus Klärgas in Methan umzuwandeln. Die eigentliche Methanisierung wird dabei von hochspezialisierten Mikroorganismen durchgeführt. Durch die Nutzung vorhandener Biogas- und Klärgasanlagen können die Investitionskosten für Power-to-Gas-Anlagen deutlich gesenkt werden, da an den Standorten Transformatoren, Strom- und Gasnetzanschlüsse bereits vorhanden sind.

Mikroorganismen wandeln erstmals Klärgas zu Methan
An der Kläranlage Schwandorf wird ein Elektrolyseur mit einer Leistung von 30 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde installiert. Dieser wird über verschiedene Technologien in den Faulturm der Kläranlage eingebracht. Der Wasserstoff wird von den dort vorhandenen und speziell adaptierten Mikroorganismen in Methan umgesetzt. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die geringe Anforderung an die Reinheit des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs. Der Umwandlungsprozess von Wasserstoff zu Methan kann bei Betriebstemperatur der Kläranlage von 40 Grad Celsius sehr schnell in Gang gesetzt oder abgeschaltet werden, wobei die Mikroorganismen ihren Stoffwechsel bis auf ein Minimum herunterregulieren.

Diese Flexibilität ist für die Nutzung des fluktuierenden Überschussstroms von großem Vorteil. Die milden Prozessparameter von vergleichsweise geringen Temperaturen und Drücken machen diesen Weg der Methanisierung im Vergleich zu bisher angewandten katalytischen Verfahren interessant. Das erforderliche Kohlendioxid ist durch den anaeroben Abbauprozess der Kläranlage frei verfügbar. Die Stabilität und die Stoffumsatzrate des biologischen Prozesses sollen bei unterschiedlichen Zugabemengen von Wasserstoff untersucht werden und damit auf reale Betriebsbedingungen bei schwankenden Überschussstrommengen getestet werden. In der Begleitforschung durch die Uni Regensburg werden Energiebilanzen, Wirkungsgrade und Treibhausgasbilanzen des Verfahrens untersucht und zu anderen Möglichkeiten der Energiespeicherung verglichen.

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