BioHy

Energetische und ökonomische Optimierung von Biogasanlagen durch die getrennte Erzeugung von Biowasserstoff und Biomethan

#Strom

#Rest- und Abfallstoffe

01.11.2017

31.12.2020

FKZ-Nr.:

03KB123

Gesamtziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur getrennten Erzeugung von Biowasserstoff (der dann als Verbrennungsmoderator eingesetzt werden kann) und methanhaltigem Biogas zur Erhöhung der Effizienz der Strom- und Wärmeerzeugung (BHKW). Damit wird ebenso eine Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen während der Verbrennung aufgrund der optimierten Verbrennungseigenschaften des Biowasserstoff-Methan-Gemisches bewirkt. Ein weiterer Effekt ist die Erhöhung von Energieausbeute und aufgrund des besseren Aufschlusses der Biomasse in der sauren Hydrolysestufe (optimierte Prozessparameter in den Einzelstufen).

Biogasanlagen tragen in einem erheblichen Maß zur Reduzierung der anthropogenen CO2-Emissionen bei, indem die Anteile an regenerativen Energiequellen sowohl im Wärme- als auch im Strommarkt vergrößert werden. Die CO2-Reduktion der in Deutschland ca. 9.000 installierten Biogasanlagen beträgt ca. 21 Mio. Tonnen pro Jahr. Der Großteil dieser landwirtschaftlichen Biogasanlagen ist älter als fünf Jahre und mehr als die Hälfte der vorhandenen Biogasmotoren muss in den nächsten fünf Jahren erneuert werden. Daher besteht ein Bedarf an innovativen und finanzierbaren Maßnahmen, welche die bestehenden Anlagen sowohl ökonomisch als auch ökologisch verbessern und konkurrenzfähig machen.

Originalbild

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Die wesentlichen Schwerpunkte der Forschungsarbeiten von DBI liegen in der Weiterentwicklung des Verfahrens zur wasserstoffgeführten Hydrolysestufe auf Basis der vorliegenden Ergebnisse aus vorangegangen Arbeiten. Dabei wird ausgehend vom Labormaßstab (1 Liter-Fermenter) das Verfahren bis in den Technikumsmaßstab (2 m³-Fermenter) im hauseigenen Biogastechnikum von DBI gehoben.

EnviTec unterstützt mit seinen Erfahrungswerten die Entwicklung des Verfahren „BioHy“ am DBI. Das zu entwickelnde Verfahren „BioHy“ wird fortlaufend auf seine Praxistauglichkeit hin geprüft. Die daraus entstehenden Ergebnisse werden von EnviTec hochskaliert und die Wirtschaftlichkeit für den kommerziellen Maßstab betrachtet.

Im Verbundvorhaben „BioHy“ wurde ein Verfahren entwickelt, welches den konventionellen Biogasprozess um eine biologische Wasserstoffstufe erweitert. Das Funktionsprinzip dieses biotechnologischen Reaktors ist die biogen induzierte Versäuerung mit gekoppelter Wasserstofffreisetzung. Verfahrenstechnisch wird dabei die Versäuerung des Biogasbildungsprozesses von der Methanbildung räumlich getrennt. Im Ergebnis werden zwei biogene Gase parallel und kontinuierlich produziert – ein wasserstoffhaltiges Biogas und ein methanhaltiges Biogas.
Das Verfahren wurde an verschiedenen Substraten im Biogastechnikum am DBI getestet (landwirtschaftliche Substrate und industrielle Reststoffe). Die Betriebsparameter Reaktortemperatur, hydraulische Verweilzeit, Raumbelastung und das Verhältnis der Fermentervolumen wurden über entsprechende Versuchsreihen optimiert. Leitfaden für die verfahrenstechnische Entwicklung war ein möglichst hoher Praxisbezug, d. h. auf labortypische Hilfsmittel wie pH-Puffer oder mikrobiologische Reinkulturen wurde bewusst verzichtet. Das Verfahren wurde vom Labor- in den Pilotmaßstab gehoben. Hierbei konnte in einem mehr als 200-tägigen Langzeitexperiment unter wechselnden Versuchsbedingungen kontinuierlich wasserstoffhaltiges Biogas erzeugt werden. Zukünftige Verwendung könnte der Biowasserstoff, aufgrund seiner Zusammensetzung (ca. 50 % H2 und 50 % CO2), in der stofflichen Nutzung finden (z.B. Methanolsynthese).

Fachartikel: Manig et al., Konversion von Biomasse zu Wasserstoff und Methan mittels eines zweistufigen Biogasprozesses, Biogasjournal 03_19, ISSN 1619-8913, 2019.