Thema:

Die Energiewirtschaft steht weltweit vor einer grundlegenden Transformation. Kohleausstieg, Atomausstieg, Defossilierung  (teilweise sogar Dekarbonisierung) und Verringerung der Kohlenstoffintensität der Energieerzeugung sind teilweise bereits beschlossen oder werden intensiv diskutiert und vorangetrieben. Vor diesem Hintergrund kommt dem Energieträger Methan, als Biomethan oder SNG, eine wichtige Bedeutung zur Reduktion der THG-Emissionen im Sektor „Gas“ zu. Weiterhin werden Alternativen wie Wasserstoff als ein möglicher zukünftiger kohlenstofffreier Energieträger erforscht.

Es ist allerdings absehbar, dass Methan mindestens mittelfristig der dominierende Energieträger in Gasnetzen sein wird. Hieraus ergibt sich der Bedarf einer sukzessiven Substitution von Erdgas durch Biomethan und SNG. Dabei besteht die Notwendigkeit der Entwicklung vollkostenoptimierter Gaserzeugungs-konzepte.

Hierzu soll im Vorhaben die praktische Erprobung der Anlagenverschaltung aus PtG-Anlage und Membrananlage zur Gasaufbereitung an einer Biogasanlage erfolgen. Dazu wird eine bestehende, an einer Biogasanlage integrierte, PtG-Anlage um eine für den speziellen Anwendungsfall konzeptionierte Membrananlage erweitert. Für den Betrieb beider Verfahren im Zusammenspiel wird eine geeignete Steuerung entwickelt. Auf Basis der Ergebnisse des Versuchsbetriebs sollen die Synergieeffekte sowohl technisch als auch wirtschaftlich bewertet und dann auf mehrere repräsentative Praxisanlagen übertragen werden.

Ziele

Das Vorhaben hat die Kernziele,

1. die Verfahrensverschaltung aus BGAA mit Membranverfahren und katalytischer Methanisierung praktisch zu demonstrieren und die technische Machbarkeit nachzuweisen,

2. die ökonomischen Vorteile beim Repowering von bereits vorhandenen ländlichen Biogasanlagen durch Verschaltung mit PtG-Anlagen in Kombination mit Membran-Gasaufbereitungsanlagen unter Vollkostenaspekten aufzuzeigen um Biogasanlagen zukünftig kostenoptimiert in das Energiesystem zu integrieren und

3. die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf bestehende Biogasanlagen zu untersuchen.

Maßnahmen:

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE), Bereich Energieverfahrenstechnik

- Konzeption und verfahrenstechnische Auslegung der Verschaltung
- Simulation des Anlagenkonzeptes
- Erstellung der Betriebsführung und Regelung für die Anlagenverschaltung
- Aufbau und Inbetriebnahme der Membrananlage an der PtG-Anlage
- Praktischer Demonstrationsbetrieb und Auswertung
- Softwarebasierte Untersuchung verschiedener Betriebsweisen und der Netzeinspeisung
- Technische und wirtschaftliche Bewertung
- Übertragung der Ergebnisse auf Fallbeispiele (BGA)
- Gesamtbewertung und Empfehlung

Evonik Operations GmbH

- Konzeption und verfahrenstechnische Auslegung der Verschaltung
- Simulation des Anlagenkonzeptes
- Aufbau und Inbetriebnahme der Membrananlage an der PtG-Anlage
- Praktischer Demonstrationsbetrieb und Auswertung
- Technische und wirtschaftliche Bewertung
- Gesamtbewertung und Empfehlung

Schwerpunkte

Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE), Bereich Energieverfahrenstechnik

- Implementierung der Membrananlage in die bestehende PtG-Anlage
- Betrieb der Anlagenverschaltung
- technische und wirtschaftliche Bewertung 

Evonik Operations GmbH

- Entwicklung von Membrankonzepten zur gleichzeitigen Aufbereitung von Biogas zu Biomethan und Konditionierung von SNG (im Verbund einer Direktmethanisierung)