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Verfahrensentwicklung für den Einsatz der biologischen Methanisierung in der zweistufigen Biogaserzeugung

Verfahrensentwicklung für den Einsatz der biologischen Methanisierung in der zweistufigen Biogaserzeugung
Ansprechpartner:

Harald Horn
Andrea Hille-Reichel

Förderung:

Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Starttermin:

01.07.2015

Endtermin:

30.06.2018

Das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderte Projekt ist ein gemeinsames Forschungsvorhaben der Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie, des Leibniz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB), Abt. Bioverfahrenstechnik – AG Mikrobielle Systemökologie, und der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut (KIT).

Im Rahmen des Ausbaus von erneuerbaren Energien in Deutschland werden große Speicherkapazitäten für elektrische Energie benötigt, die in dieser Größenordnung nur von chemischen Energieträgern zur Verfügung gestellt werden können. Für Wasserstoff fehlt bisher eine deutschlandweit vorhandene Infrastruktur für Speicherung, Transport und Verteilung. Die Speicherung von synthetisch erzeugtem Methan (SNG) bietet hier ein deutlich größeres Potential, da Methan nahezu ohne Restriktionen in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Eine vielversprechende Alternative zum energieaufwendigen katalytischen Verfahren der Umwandlung von Wasserstoff in Methan ist die biologische Methanisierung, bei der eine Methanbildung aus Wasserstoff und CO2 direkt in der Biogasanlage oder in einem separaten Reaktor erfolgen kann. Ein großer Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass das im Biogasprozess entstehende Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von hydrogenotrophen methanogenen Archaeen fast vollständig zu Methan umgesetzt werden kann. Dadurch ist ein deutlich geringerer Aufbereitungsaufwand bei der Einspeisung in das Erdgasnetz erforderlich als bei herkömmlichem Biogas. Außerdem lässt sich der sehr aufwendig über Pflanzenmasse regenerativ erzeugte Kohlenstoffanteil so optimal nutzen.

Im Rahmen dieses Verbundvorhabens, das aus drei Teilprojekten besteht, sollen die Potentiale der biologischen Methanisierung in zweistufigen Systemen näher untersucht werden. Abbauschritte, die empfindlich auf Wasserstoff reagieren wie der Propionsäureabbau, laufen dabei in einem vorgeschalteten Reaktor ab. Die Wasserstoffzugabe erfolgt dann in einem zweiten Reaktor, in den zunächst nur eine nährstoffhaltige Flüssigkeit eingebracht wird. Anhand von experimentellen Untersuchungen werden verschiedene Reaktorausführungen (Festbett, volldurchmischt, Membranreaktor) detailliert analysiert. Ein besonderes Augenmerk wird auf der Veränderung der Biozönose liegen.

Im Teilprojekt 2 (EBI) untersuchen wir die Möglichkeiten und Grenzen der mikrobiellen Methanisierung in Membranreaktoren (zweite Stufe). Hier werden die beiden Gase über eine Membran angeboten, auf der flüssigkeitsseitig ein Biofilm aus hydrogenotrophen, methanogenen Archaeen kultiviert wird.