Biogasnutzung ist ein wichtiger Weg in Richtung Klimaneutralität, durch den Abbau von Biomasse entstehen in ihnen 60 % Methan, das zur Strom- und Wärmeproduktion dient oder aufbereitet ins Erdgasnetz fließt, und 40 % CO2. Letzteres entweicht derzeit ungenutzt in die Luft. Das wollen Forscher des Fraunhofer Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) nun ändern und das CO2 mittels grünem Wasserstoff in Methan umwandeln und so die Methanausbeute drastisch erhöhen.
Die Reaktion dafür ist seit langem bekannt, ist aber bisher auf Laborniveau geblieben. Nun führen die Wissenschafter die Reaktion in einen industriellen Prozess über. Im Projekt ICOCAD I entwickelte das Forscherteam bereits eine Demonstrationsanlage, die 1 m3 Biogas pro Stunde in 1 m3 Methan umwandelt. Im Folgeprojekt ICOCAD II skaliert das Team die Anlage zur Zeit auf fünffache Größe und damit eine thermische Leistung von 50 kW.
Herausforderung angenommen
Eine der Herausforderungen dabei ist das schwankende Angebot an grünem Wasserstoff, da die für die Elektrolyse aus Wasser benötigte Strommenge aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen stark wechselt. Die Speicherung von Wasserstoff ist aufwändig und teuer, deshalb sollte die Anlage schnell auf Schwankungen reagieren können. Dr. Christian Bidart, Wissenschaftler am Fraunhofer IMM: „Wir arbeiten daher daran, die Anlage flexibel zu gestalten, um die Speicherung von Wasserstoff möglichst zu umgehen.“ Dazu gehört auch die Speicherung von CO2, denn dieses kommt kontinuierlich aus der Biogasanlage.
Eine andere Herausforderung ist die Entwicklung von effizienten Katalysatoren für die Reaktion. Dafür haben die Forscher eine Mikrobeschichtung aus Edelmetallen eingesetzt. Wasser und CO2 strömen durch viele Mikrokanäle, in denen sie reagieren können. Die Wände sind mit einer Beschichtung des Katalysators versehen, so vergrößern die Wissenschafter die Kontaktfläche der Gase mit dem Katalysator bei gleichzeitiger Reduktion der Katalysatormenge. Im Reaktionsreaktor sind viele solcher Mikrostrukturen übereinander gestapelt.
Große Pläne für die Zukunft
Zur Zeit arbeitet man daran, die größere Anlage umzusetzen und den dynamischen Betrieb zu realisieren. Plangemäß sollte die Anlage 2023 in Betrieb gehen und in den realen Test an einer Biogasanlage starten. Die Hochskalierung ist damit aber nicht abgeschlossen, bis 2025 planen die Forscher eine Erhöhung auf 500 kW, bis 2026 sollen 2 MW Leistung möglich sein.
Quelle: Fraunhofer IMM
