Biogas-Erzeugung
Inzwischen gibt es zahlreiche Möglichkeiten, um bestehende Biogasanlagen technisch und wirtschaftlich zu optimieren. Doch wenn es um mehr Flexibilität geht, haben neue Anlagen den größten Vorteil. Das zeigen so genannte Power-to-Gas-Anlagen.
Wie Biogasanlagen den Ertrag steigern können
Ende 2015 erzeugten rund 8.000 Bioenergie-Anlagen in Deutschland Strom und Wärme. Doch viele nutzen nur ein Teil ihres Potenzials oder sind so veraltet, dass sie aufgerüstet werden müssen, um den neuen Anforderungen einer flexiblen Energiebereitstellung zu genügen. Das vom BMWi geförderte Projekt „Repowering – Maßnahmen zur Effizienzsteigerung für den vorhandenen Anlagenbestand“ hat auf Basis einer Datenanalyse von über 1.800 Biogasanlagen die Möglichkeiten zur Optimierung und die Kosten eines Repowerings in einem Fact Sheet zusammengetragen.
„Unsere Analysen bestätigen, dass es große Unterschiede in der technischen Ausgestaltung und Prozessführung der Biogasanlagen gibt und teilweise signifikante Verbesserungen und Ertragssteigerungen realisiert werden könnten“, sagt Joachim Krassowski vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.
Unter Berücksichtigung des aktuellen regulatorischen Rahmens seien insbesondere die Vermeidung von Methanverlusten und eine Optimierung der Gärbiologie die am ehesten wirtschaftlichen Maßnahmen, so das Fazit der Wissenschaftler. „Leckagen können nicht zwangsläufig über den Geruchssinn wahrgenommen werden. Regelmäßige Wartung durch Leckage- und Dichtheitsuntersuchungen verringert die Methan-Emissionen der Anlagen. Denn Gas, das nutzlos aus der Anlage entweicht, liefert keinen Strom und schadet dem Klima“, fasst Projektleiter Krassowski eine erste und einfache Maßnahme im Repowering-Paket zusammen.
Enzymatische Vorhydrolyse für besseren Aufschluss faserhaltiger Substrate
Die Forscher entwickelten auch ein Konzept zur enzymatischen Vorhydrolyse. Dieses Verfahren mit geringem Energiebedarf soll eine Alternative zu kostenintensiven technisch-physikalischen Aufschlussverfahren für faserhaltige Substrate schaffen. In der Praxis könne dieses Konzept in verfahrenstechnischer Hinsicht auf alle bestehenden, anaeroben Vergärungsverfahren aufgesetzt werden.
Daneben untersuchten die Forscher die Flexibilisierung der Biogasbeschickung. Mit dem Einsatz einer Hydrolysestufe könne ein Umstieg von einer überwiegend auf Maissilage basierenden Substratmischung zu vorwiegend Reststoffen ermöglicht werden, so das Untersuchungsfazit.
Besonders bei der Energiegewinnung können die vielfältigen technischen Repowering-Maßnahmen große Wirkung entfalten. Die Nachrüstungskosten, die beispielsweise durch zusätzliche Gasspeicher, Blockheikraftwerke oder durch die Gaseinspeisung entstehen, müssten im Einzelfall vor Ort geprüft werden, betonten die Wissenschaftler. Die Flexibilisierung sei immer dann vorteilhaft, wenn ausreichende Gasspeicherkapazitäten und eine sinnvolle Wärmenutzung gewährleistet werden. In Planbeispielen zeigten die Forscher, dass etwa ein Verbund von verschiedenen Biogasanlagen und einer gemeinsamen Gaseinspeisung sinnvoll sein kann, um eine höhere Flexibilität und bessere Wärmekonzepte realisieren zu können. Flexibilität sei vor allem im Hinblick auf Wärmenutzungskonzepte das Gebot der Stunde, so das Fazit der Wissenschaftler.
Konzept der biologischen Methanisierung
Diesem Gebot folgen auch viele Biogasanlagen, die in der jüngeren Vergangenheit in Betrieb genommen wurden. Erst kürzlich weihte die Viessmann Gruppe an ihrem Unternehmensstammsitz in Allendorf (Eder) die weltweit erste Power-to-Gas-Anlage ein, die ein biologisches Verfahren zur Methanisierung nutzt.
Bislang erfolgte in anderen Power-to-Gas-Konzepten die Methanisierung auf chemisch-katalytischem Weg. In der neuen Anlage wird überschüssiger Wind- und Solarstrom genutzt, um mithilfe eines Elektrolyseurs Wasserstoff aus Wasser herzustellen. In einem zweiten Schritt wird der Wasserstoff zusammen mit Kohlendioxid aus der benachbarten Biogasanlage auf mikrobiologischem Weg in Methangas umgewandelt.
Die biologische Methanisierung zeichnet sich laut Viessmann durch hohe Flexibilität aus und sei damit ideal geeignet, fluktuierende Energie aufzunehmen. Durch die Nutzung vorhandener Biogas- und Klärgasanlagen könnten die Investitionen für Power-to-Gas deutlich gesenkt werden, da Transformatoren sowie Strom- und Gasnetzanschlüsse oftmals bereits vorhanden sind, erläutert Viessmann. Methangas könne somit über lange Zeit im Gasnetz gespeichert werden. Das diene letztlich der politisch gewollten Sektorkopplung von Strom, Wärme und Mobilität.
