Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen; Teilvorhaben 1: Erprobung eines heat pipe gekühlten Reaktors für die Direktmethanisierung von Biogas - Akronym: FlexBiomethane

Anschrift
Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik
Fürther Str. 244 f
90429 Nürnberg
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl
Tel: +49 911 5302-99021
E-Mail schreiben
FKZ
22035318
Anfang
01.01.2020
Ende
30.06.2023
Ergebnisverwendung
Die durchgeführten Laboruntersuchungen zur Methanisierung von Biogas ergaben, dass die notwendigen hohen CH4-Konzentrationen im Produktgas zentral durch eine Reduzierung der Reaktorleistung, einer unterstöchiometrischen H2-Zugabe und einer Druckerhöhung auf 5,5 bar erreicht werden können. Das im Biogas zusätzlich enthaltene CH4 wirkt hier als thermische Ballast und verringert dadurch die Reaktivität des Gases wodurch bei der Methanisierung von Biogas geringere Temperaturen und damit auch geringere Reaktionsgeschwindigkeiten auftreten. Zum Erreichen der notwendigen Gasqualitäten für den Kopplungsbetrieb musste die Reaktorleistung allerdings trotzdem von den geplanten 25 kW auf 2 kW deutlich reduziert werden. Hierdurch konnten in einer Reaktorstufe CH4-Konzentrationen von 90 % und unter 3 % Restwasserstoff erreicht werden. Hinsichtlich der Katalysatordeaktivierung konnte bei dem im Biogas enthaltenen Spurengas NH3 keine Beeinträchtigung der katalytischen Aktivität beobachtet werden. Ist H2S im Eduktgas der Methanisierung enthalten, so ist zwangsläufig eine vorgeschaltete Entschwefelungseinheit notwendig.Zyklische Versuche, die eine Methananreicherung im Fermenter im Tag-Nacht-Zyklus nachbilden sollten, haben gezeigt, dass eine sehr dynamische Methanisierung mit Zyklen-Zeiten um 30 - 45 min möglich ist. Die Methanisierung liefert dabei innerhalb von wenigen Minuten stabil hohe Methankonzentrationen und kann schnell auf schwankende Betriebsbedingungen reagieren. Bei ansteigenden Methangehalten im Biogas von 50 - 75 % wurden CH4- Konzentrationen im Produktgas von 83 – 87 % erreicht. Im Kopplungsbetrieb mit dem Fermenter der TH Ingolstadt konnten die mit synthetischen Biogas durchgeführten Laboruntersuchungen anschließend mit realen Biogas reproduziert werden. Dabei wurde eine stabile Methanisierung ohne Deaktivierung durch die im Biogas enthaltenen Spurengase erreicht.
Aufgabenbeschreibung
Die Flexibilisierung von Biogasanlagen ist eines der wesentlichen Ziele der letztjährigen EEG-Novellen. Ziel ist dabei die bedarfsgerechte Drosselung der Stromproduktion beispielsweise tagsüber und eine Verschiebung der Stromproduktion zur Deckung von Strombedarfsspitzen. Das Konzept "Power-to-Gas" nutzt die Biogas- oder Kläranlage lediglich als CO2-Quelle für die Methanisierung und ist entsprechend auf große Biomethananlagen beschränkt. Wesentlich vereinfachen würde sich die Prozesskette dagegen, wenn das CO2 für die Methanisierung nicht vollständig abgetrennt werden müsste, sondern das Biogas direkt katalytisch umgesetzt und im vorhandenen Gasspeichervolumen der Fermenter zwischengespeichert wird. Beim vorgeschlagenen Konzept wird daher dem Fermenter kontinuierlich Biogas entnommen. Der CO2 Anteil wird katalytisch in Methan gewandelt und zurück in den Fermenter gespeist. Dadurch wird der Anteil des Methans im Gasspeichervolumen des Fermenters kontinuierlich erhöht und die Prozesskette und Abwärmenutzung vereinfacht sich maßgeblich. Da auf die Gasnetzeinspeisung verzichtet wird, reduzieren sich Aufwand und Kosten gegenüber etablierten Konzepten substantiell. Das Projekt soll damit die Umsetzung eines ersten "Proof-of-Concepts" zur katalytischen Direktmethanisierung von Biogas mit Direktdampferzeugung und Direktbeheizung des Fermenters vorbereiten, um eine vielversprechende Option zur einfachen Nachrüstung und Flexibilisierung der ca. 9.000 bundesdeutschen Bestandsanlagen zu erproben. Ziele des beantragten Projektes sind entsprechend - Integrierte Anlagenkonzepte für kleine und mittlere Anlagen - Entwicklung Methanisierungsreaktor mit integrierter Direktverdampfung - Direktbeheizung des Fermenters mit Dampf und heißem Produktgas aus dem Methanisierungsreaktor - Dauertest des Methanisierungsreaktors mit realem Biogas, um nach einer wirtschaftlichen Evaluierung ein weiterführendes Demonstrationsprojekt an einer realen Biogasanlage vorzubereiten.

neue Suche