Wasserstoffgewinnung aus Klärgas. Prof. Dr. Burkhard Teichgräber; Dr. Daniel Klein, Emschergenossenschaft, Essen

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1 Wasserstoffgewinnung aus Klärgas Prof. Dr. Burkhard Teichgräber; Dr. Daniel Klein, Emschergenossenschaft, Essen

2 GLIEDERUNG Projektaktivitäten der Emschergenossenschaft im Bereich H 2 EuWaK: WaStraK: Erdgas und Wasserstoff aus Kläranlagen Einsatz der Wasserstofftechnologie in der Abwasserbeseitigung Methanolsynthese auf Kläranlagen BioHyMeth control : Steuerung von Vergärungsanlagen zur Bereitstellung der Residuallast am Beispiel einer Kläranlage Hybridkraftwerk und Smart.net Energieträger auf Kläranlagen: Eine Bestandsaufnahme Ein Blick in die Zukunft: Die Kläranlage als Rohstoffproduzent?

3 PROJEKT EUWAK ( ) Ziele Phase I: Aufbau einer kompletten, dezentralen Wasserstoff-Infrastruktur; Aspekte u.a. nachhaltiger Primärenergieträger dezentrales Wasserstoffverteilungsnetz Verbraucher (hier: BHKW) Fokus: Verknüpfung / Zusammenspiel der technischen Einzelkomponenten Qualitätsziel: Hochreiner Wasserstoff aus Klärschlamm für stationäre und mobile Brennstoffzellen Phase II: Dauerbetrieb der technischen Komponenten Betriebserfahrungen und Optimierung vorwiegend technischer Ansatz

4 PROJEKT EUWAK Aufbau und Komponenten AUFBAU (1) Faulgasaufbereitung zu Erdgas (2) Erdgastankstelle (3) Wasserstofferzeugung HCG (Hydrogen Compact Generator) (4) Wasserstoffleitung (5) Wasserstoff-BHKW (6) Wasserstoff-Tankstelle

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6 PROJEKT EUWAK Ergebnisse + Aufbau der kompletten, dezentralen Wasserstoff-Infrastruktur erfolgt + H 2 -Erzeugung in sehr guter Qualität (Grade 4, teilweise Grade 5) + H 2 geeignet für die Verwertung in Brennstoffzellen ± Zusammenspiel der Komponenten stellt eine technische Herausforderung dar der Syntheseweg Faulgas-Erdgas-Wasserstoff ist unter den gegebenen Randbedingungen nicht wirtschaftlich Einstieg in die Thematik Grundlegende Erkenntnisse Komponenten werden teilweise noch weiterbetrieben

7 PROJEKT WASTRAK ( ) Ziele Phase I: Bestandsaufnahme im Bereich H 2 -Technologien ( Wasserstoffkompendium ) theoretische Hintergründe der Methanolsynthese theoretisch-strategische Grundlagen Phase II: Nachweis Praktikabilität der Methanolsynthese aus Klär-/Biogas Einkopplung von regenerativ erzeugtem H 2 bzw. CO 2 in die Synthese Energiebilanz des Prozesses / Ansätze zur energetischen Optimierung Integration in Kläranlagenbetrieb technischer Ansatz

8 PROJEKT WASTRAK Technisches Konzept Phase II Methanolsynthese

9 PROJEKT WASTRAK Mögliche Einbindung und Weiterführung

10 PROJEKT WASTRAK Ergebnisse + Bestandsaufnahme im Bereich H 2 -Technologien erfolgt; Wasserstoffkompendium erstellt + Betrachtung der theoretischen Hintergründe Methanolsynthese zur Vorbereitung Phase II Phase II: + Nachweis Praktikabilität der Methanolsynthese aus Klär-/Biogas wurde erbracht ± Energiebilanz des Prozesses / Ansätze zur energetischen Optimierung: teilweise untersucht Einkopplung von regenerativ erzeugtem H 2 bzw. CO 2 : im Projektrahmen technisch nicht möglich Integration in Kläranlagenbetrieb noch nicht erfolgt Weiterführung und Vertiefung der Thematik Strategische Überlegungen, u.a. auch im Hinblick der stofflichen Nutzung von Faulgas

11 PROJEKT BIOHYMETH CONTROL ( ) Ziele Projekttitel: Steuerung von Vergärungsanlagen zur Bereitstellung der Residuallast am Beispiel einer Kläranlage Technische Aspekte Eignung von Biomasse (Co-Substraten) als Energiespeicher Flexibler Betrieb der Wasserstoff- und Methanerzeugung sowie der anschließenden Verstromung Untersuchung der Auswirkung von Beschleunigung / Verlangsamung der biologischen Vergärungsstufen auf den Anlagenbetrieb Theoretisch-strategische Aspekte Entwicklung eines Tools zur Prognose und Visualisierung von Energieproduktion und -verbrauch Konzept für den Betrieb der H 2 /Methanproduktion sowie der Gasspeicher zur Bereitstellung von Residuallasten Aufbau eines Energiekonzeptes (Ziel: 100% Regenerative Energien auf KA)

12 PROJEKT BIOHYMETH CONTROL ( ) Konzept Vielversprechende Zwischenergebnisse Erreichung der Projektziele absehbar

13 ZWISCHENFAZIT Erkenntnisse aus den Projektaktivitäten Die durchgeführten Projekte umfassen sowohl technische, als auch konzeptionell-strategische Fragestellungen In technischer Hinsicht ist die Erzeugung von Wasserstoff auf Kläranlagen möglich Verschiedene Möglichkeiten zur H 2 -Nutzung als speicherbares Gas für mobile / stationäre Anwendungen (insb. Brennstoffzellen) als (kurzfristig erzeugbarer) Energieträger für Residuallasten als Rohstoff für die chemische Industrie Nächste Schritte: Optimierung der technischen Synthesen Entwicklung angepasster (standortspezifischer) Gesamtkonzepte Berücksichtigung des übergeordneten Rahmens sowie übergeordneter Entwicklungen / Trends

14 ENERGIETRÄGER AUF KLÄRANLAGEN H 2 als Element zukünftiger Energiekonzepte aktuelle Nutzung Weiterentwicklung und Perspektiven Methan BHKW (Strom, Wärme) ist Stand der Technik Bedarfsgerechte Produktion H 2 Erzeugung aus Faulgas bislang im Projektrahmen Flexibilisierung der Bereitstellung Deckung von Spitzenlasten H 2 O 2 ausgefaulter KS Verbrennung zur Nutzung der Restenergie Stand d. T. Trocknung, Erhöhung des Heizwertes erneuerbare Energien standortabhängig Nutzung von PV und Windenergie Einbindung in Stromnetz Verwendung von Überschüssen zur Elektrolyse

15 EIN BLICK IN DIE ZUKUNFT Die energie- und ressourceneffiziente Kläranlage Energieversorgung über erneuerbare Energien direkte Nutzung des erzeugten Stromes Überschüsse: Elektrolyse von Wasser zur H 2 und O 2 -Produktion ( Power to gas ) H 2 als speicherbarer, flexibler Energieträger O 2 zur Nutzung im Belebungsverfahren Lastmanagement u.a. Stoffliche Nutzung von Kohlenstoff Wegfall der energetischen Verwertungsschiene über Faulgas bzw. Verbrennung Einsatz kohlestoffextensiver Abwasserreinigungsverfahren (bspw. Anammox anstelle von Nitri-Deni) Stoffliche Nutzung von Kohlenstoff Entwicklung noch in den Anfängen

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Burkhard Teichgräber Geschäftsbereichsleiter Technische Services Kontakt: