Die Power-to-Gas-Technologie ist einer der Hoffnungsträger für das Gelingen der Energiewende. Sie macht fluktuierenden Strom aus Wind und Sonne in großen Mengen speicherbar. Bisherige Elektrolyseverfahren allerdings sind technisch sehr aufwändig.
Microbenergy entwickelt im Projekt Biocharge nun ein Verfahren, das auf viele teure Komponenten verzichtet und eine sichere Elektrolyse direkt im Biogas-Fermenter ermöglicht. Das Verfahren könnte als Nachrüstoption für bestehende Biogasanlagen zum Einsatz kommen. Damit würde es die junge Speichertechnologie Power-to-Gas massentauglich machen.
Biocharge behebt im Wesentlichen eine Unzulänglichkeit im natürlichen Prozess der Biogasproduktion. In einer herkömmlichen Biogasanlage fallen Wasserstoff und Kohlendioxid als Produkte des Gärprozesses an. Mikroorganismen bilden aus diesen beiden Stoffen Methan. Das einzige Problem: „Für die großen freiwerdenden Mengen an Kohlendioxid entsteht im natürlichen Biogasprozess zu wenig Wasserstoff“, erläutert Monika Reuter, Abteilungsleiterin Mikrobiologie bei Microbenergy. Deswegen besteht das Biogas am Ende meist nur zur Hälfte aus Methan. Das restliche Gas ist zu großen Teilen ungenutztes Kohlendioxid.
Gärsubstrat unter Strom
Hier setzt Biocharge an: Vereinfacht formuliert werden zwei Elektroden, Kathode und Anode, direkt in das Gärsubstrat getaucht und unter Strom gesetzt. Sie zerlegen das enthaltene Wasser im Substrat in seine Bestandteile. An der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff. Wichtigste technische Herausforderung ist es dabei den Sauerstoff abzuleiten – der ist brandfördernd und hat im Fermenter nichts zu suchen. „Den entstehenden Wasserstoff nutzen die Mikroorganismen direkt zur Methanisierung“, sagt Monika Reuter.
Laborversuche hätten bisher bestätigt, dass der Wasserstoff, der in dieser so genannten in-situ-Elektrolyse entsteht – übersetzt wird sie mit „am Platz“, weil der Wasserstoff dort entsteht, wo er verbraucht wird – den Biogasprozess nicht stört. Dessen waren sich die Forscher Anfangs nicht sicher, denn in Fachkreisen wird häufig davor gewarnt, ein zu hoher Wasserstoffanteil könne den Biogasprozess abstürzen lassen. „Es kommt vor allem auf die Mikroorganismen an. Ist der normale Biogasprozess bereits gestört, kann der Wasserstoff ihn zum Erliegen bringen“, sagt die Biologin.
Den vermeintlichen Nachteil des Biocharge-Verfahrens – der Wirkungsgrad der Elektrolyse ist geringer als bei anderen Power-to-Gas-Technologien – wissen die Entwickler von Microbenergy gut zu nutzen. Anstatt die entstehende Abwärme ungenutzt zu lassen, verbleibt sie direkt als Prozesswärme im Fermenter . Der benötigt rund 40 Grad Celsius, damit die Mikroorganismen auf Touren kommen.
Mit Grünstrom zu mehr Brennwert
Der Strom für die Elektrolyse soll aus Überschussproduktionen von Wind- und Solaranlagen stammen. Sie verhelfen der Biogasanlage so zu einem Methangehalt von bis zu 95 Prozent und damit zu wesentlich höheren Brennwerten. Das vereinfacht auch die nachfolgenden Prozessschritte der Biogasaufbereitung, um es in Erdgasqualität in das Gasversorgungsnetz einzuspeisen.
Bis Herbst bauen die Entwickler nun eine Versuchsanlage auf. In ihrem 150 Liter großen Fermenter soll die Technologie zunächst im kleinen Maßstab erprobt werden. Das Projekt ist auf zwei Jahre Laufzeit angesetzt. Es wird von der Fachagentur nachwachsende Rohstoffe begleitet. Sie fördert das Vorhaben aus dem Fördertopf des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.
(Denny Gille)
