Biogasproduktion

Ein Forscherteam der Universität Hohenheim entwickelt einen Prototyp für eine neue Generation zweiphasiger Biogasanlage. Die Allesfresser sollen Biomethan „on demand“ liefern

Effiziente Allesfresser


Heute Stroh, morgen Küchenabfälle, übermorgen Mais: Die Biogasanlagen von morgen sollen anspruchslose Allesfresser sein, die das Maximum aus verschiedensten Ausgangsstoffen herausholen und bei niedrigen Betriebskosten reinstes Methangas liefern. Je nach Energiebedarf sollen sie außerdem Gas in unterschiedlichen Mengen produzieren, das ohne weitere Aufbereitung direkt ins Erdgasnetz eingespeist werden kann.

Agrartechniker der Universität Hohenheim sind diesen Zielen bereits zieemlich nah. In drei Forschungsprojekten feilen sie am Prototyp einer zweiphasigen Biogasanlage, die im Inneren unter selbst erzeugtem Hochdruck von bis zu 100 Bar steht. In einem Jahr soll sie in den Pilotbetrieb gehen. Im Rahmen der drei Projekte AG-HiPreFer, Elast2P und MethanoQuant wird die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim mit einem Betrag von über 1,7 Mio. Euro gefördert.

Um Biomasse vergären zu können, muss sie zuerst in verschiedene organische Säuren, Zuckerverbindungen und Alkohole umgesetzt werden, um diese Substanzen in einem zweiten Schritt in Methan verwandeln zu können. In herkömmlichen Biogasanlagen geschieht das in einem einzigen Fermenter. Eine neue Generation von Biogasanlagen teilt diesen Prozess auf zwei Fermenter auf.

„Es gibt eine Reihe zweiphasiger Biogasanlagen, die bereits im Pilotbetrieb laufen“, berichtet Andreas Lemmer von der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim. „Die neue Technologie macht sie gewissermaßen zu Allesfressern, die ganz unterschiedliche Arten von Biomasse vergären können. Außer Energiepflanzen z.B. auch Heu, Stroh oder Küchenabfälle. Auch der kurzfristige Wechsel unterschiedlicher Ausgangsstoffe ist dann für die Anlagen kein Problem. Das steigert die Flexibilität im Betrieb gegenüber herkömmlichen Anlagen enorm. “

Ein Ziel der Agrartechniker der Universität Hohenheim ist es nun, den vielversprechenden neuen Anlagen-Typ noch weiterzuentwickeln und insbesondere die Effizienz erheblich zu steigern. Unter anderem arbeiten die Wissenschaftler an einem Verfahren, mit dem das Bio-Methangas ohne weitere Aufbereitung direkt vom Gärkessel ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Der Schlüssel dazu liegt im zweiten Fermenter. Die Wissenschaftler lassen das erzeugte Gas dort so lange nicht entweichen bis eine Druckatmosphäre von ca. 100 bar erreicht ist.

„Das autogenerative Hochdruckverfahren ist eine Innovation, von der wir uns zwei entscheidende Vorteile erwarten“, erklärt Lemmer. „Zum einen lassen sich die beiden entstehenden Gase Methan und Kohlendioxid durch den Druck einfach voneinander trennen. Das Methan ist danach so rein, dass es nur geringfügig weiter aufbereitet werden muss. Zum zweiten entfällt die energieaufwendige Verdichtung des Methans außerhalb des Bioreaktors. Bei herkömmlichen Biogasanlagen ist dies bisher notwendig, damit es in die unter Hochdruck betriebenen Erdgasleitungen eingespeist werden kann. In unserer Modellanlage wird Druck durch die Bakterien, die am Gärprozess beteiligt sind, selbst erzeugt. Es fällt also kein zusätzlicher Energieaufwand für die Verdichtung an.“

Auch Substrate, die in herkömmlichen Anlagen so gut wie nicht abbaubar sind wollen die Agrartechniker mit ihrer Anlage verarbeiten. Möglich werden soll dies durch ein neues Verfahren, mit dem die Biomasse für das Vergären aufbereitet wird.

„Bisher konzentrierte sich die Forschung darauf, das Substrat zu bearbeiten bevor es in die Biogasanlage eingespeist wird“, erklärt Simon Zielonka von der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim. „Wir gehen den umgekehrten Weg und bereiten Reste wieder auf, die am Ende des Hydrolyse-Prozesses anfallen, damit sie ein zweites mal vergärt werden können. Das ist effizienter, weil wir genau den Teil der Biomasse behandeln, den die Bakterien nicht verarbeiten konnten.“

Für die Wiederaufbereitung wird der Gärrest zuerst in einer speziellen Mühle zermahlen und anschließend durch eine Pilzkultur zersetzt. Nach dem zweiten Durchlauf in der Biogasanlage falle der Rest dann deutlich geringer aus, so Zielonka. Was nach dem zweiten Durchlauf übrig bleibe, könne schließlich als Dünger verwendet werden.

Die Nachfrage nach Energie schwankt je nach Tageszeit. Herkömmliche Biogasanlagen liefern jedoch kontinuierlich dieselbe Gasmenge. Das An- und Ausschalten der Anlagen dauert sehr lange und Biogas zu speichern ist aufwendig und kostenintensiv. Um einen Spitzenbedarf abzufedern, entwickeln die Agrartechniker deshalb eine Steuertechnik, mit der die Methan-Produktion der zweiphasigen Biogasanlagen innerhalb von kürzester Zeit herauf- oder heruntergefahren werden kann.

Dazu wollen die Agrartechniker der Universität Hohenheim zwischen den beiden Fermentern einen Sensor anbringen. Dieser soll die Konzentration der Zuckerverbindungen, Alkohole und Fettsäuren in dem Flüssigkeitsgemisch erfassen, das vom ersten in den zweiten Fermenter gepumpt wird. Je nach Stromnachfrage soll der Sensor dann steuern wie viel von dem Flüssigkeitsgemisch weitergeleitet wird.

„Wenn weniger gebraucht wird als vorhanden, wird der Überschuss in einem Tank zwischengelagert“, erklärt Zielonka „So können die Betreiber von Biogasanlagen einen Energie-Vorrat anlegen, der sich in Zeiten großer Gasnachfrage kurzfristig zu Gas verarbeiten und ins Netz einspeisen lässt.“

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