Power to Gas-Konzept: Biologische Wasserstoffmethanisierung

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Power to Gas-Konzept: Biologische Wasserstoffmethanisierung"

Brit Koch
vor 6 Jahren
Abrufe

1 LANDESANSTALT FÜR AGRARTECHNIK UND BIOENERGIE (740) Power to Gas-Konzept: Biologische Wasserstoffmethanisierung M. Sc. Bernhard Lecker M. Sc. Timo Ullrich

Energiepläne der Bundesregierung bis 2050 Primärenergiebedarf 14.280 PJ (2008) und 13.430 PJ (2016) 11.424 PJ in 2020 EE beim Bruttoendenergieverbrauch in 2015 1.453 PJ ( 14.

2 Energiepläne der Bundesregierung bis 2050 Primärenergiebedarf PJ (2008) und PJ (2016) PJ in 2020 EE beim Bruttoendenergieverbrauch in PJ ( 14.6 %) (Quelle: Eurostat, ) Anteile der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch 2008: 15 % 2016: 31,5 % Aktuelle Sondierungsgespräche möglicher Koalitionspartner stellen Klimaschutzziel 2020 in Frage 2

Speicherung von Energie (Menge und Dauer) Energiemenge Specht, 2009 Bruttostromerzeugung 2016 betrug 648 TWh Pumpspeicherkraftwerke können 0,05 TWh speichern

3 Speicherung von Energie (Menge und Dauer) Energiemenge Specht, 2009 Bruttostromerzeugung 2016 betrug 648 TWh Pumpspeicherkraftwerke können 0,05 TWh speichern Wasserstoffinfrastruktur ist noch nicht ausreichend ausgebaut Erdgasnetz ist ein ausgezeichneter Energiespeicher! km 936 TWh/a (2016) 250 TWh Speicher (24 Mrd. m³) 3

4 Nutzbarmachung der temporären Überproduktion Oechsner ( 2013) Quelle: ICT Fraunhofer Bei 100 % erneuerbare Energie werden rund 40 Gw el PtG benötigt (Breyer, 2013) 4

5 Die unterschiedlichen Arten der biologischen Methanisierung Ex-Situ In-Situ 5

6 Die unterschiedlichen Arten der biologischen Methanisierung in-situ: Vorteile: o Keine großen Umbauten an der Biogasanlage o Wird kein Wasserstoff eingetragen, wird dennoch Biogas erzeugt Nachteile: o Zu den normalen Störgrößen kommen weitere hinzu (ph-anstieg, Schaumbildung, Hemmung des Propionsäureabbaus ) ex-situ: Vorteile: o Umgebungsbedingungen können passend für diesen Prozess gewählt werden (Rührergeschwindigkeit, Temperatur, Gasumwälzung ) Nachteile: o Externer Behälter wird 6

7 Probleme und Überwindung Stoffübergang zwischen Gas und Flüssigkeit verbessern Rührmanagement Kleine Gasblasen lassen sich besser lösen Druckerhöhung Gasrezirkulation Gleichmäßige Verteilung der Substratgase im Bioreaktor z. B. durch Gasrezirkulation Hemmung des Propionsäureabbaus verhindern Automatische Regelung des Wasserstoffeintrags 7

o Begasung via Pumpensystem o Direkteintrag von Wasserstoff mit

8 Peripherie für den Wasserstoffeintrag in die BGA Eintragssystem Möglichst kleinblasiger Wasserstoffeintrag o Diffusor o Membran o Begasung via Pumpensystem o Direkteintrag von Wasserstoff mit Kombination von Elektrolyseur und BGA Quelle: Landia Quelle: Jäger 8

9 Bisherige Studien und Ergebnisse Masterarbeit Baer (2012): Batchversuch mit 30 ml Inokulum und 300 mg Maissilage und vollstöchiometrischer H 2 -Zugabe: 93 % Methan Quelle: Baer

Bisherige Studien und Ergebnisse in-situ Projekt H 2 -Transfer Bachelorarbeit Zeh (2014): Versuche an 400 Liter-Anlage mit ½- und ¾-stöchiometrischer

10 Bisherige Studien und Ergebnisse in-situ Projekt H 2 -Transfer Bachelorarbeit Zeh (2014): Versuche an 400 Liter-Anlage mit ½- und ¾-stöchiometrischer Wasserstoffzugabe Methangehalt von bis zu 78 % (½-stöchiometrisch) Kohlenstoffdioxid auf 13 % abgesenkt Wasserstoffeintrag via Tauchpumpe Quelle: Zeh 2014 Quelle: Zeh

11 Bisherige Studien und Ergebnisse in-situ Projekt H 2 -Transfer Aktuelle Ergebnisse: Automatische H 2 - Anpassung PID-Regler Weniger Hemmung der Mikroben 11

12 Aktuelle Untersuchungen in-situ Projekt H 2 -Transfer 4 baugleiche Fermenter EX-Schutzkonzept mit hoher Luftwechselrate getrennter Versuchs- und Datenerfassungsbereich Zwei H 2 -Eintragssysteme 12

Methanisierung Wasserstoffeintrag Flüssigkeit

13 Aktuelle Untersuchungen in-situ Projekt BioHydroMethan Festbettreaktor In-Situ biologische Methanisierung Wasserstoffeintrag Flüssigkeit Zirkulation CH 4 Festbett CO 2 H 2 Quelle: Kinigader, 2017 H 2 13

14 Aktuelle Untersuchungen ex-situ Projekt Hochdruckmethanisierung Ergebnisse Druckversuche Hohe Durchsätze für bessere Hervorhebung des Einflusses des Druckes Steigende Umsetzungsraten mit steigendem Druck 86 Vol.-% CH 4 konnte erreicht werden Aber: Auch Steigerung der Verweilzeit 1,5 bar: 1,6 h 9 bar: 9,8 h Quelle: Ullrich,

15 Aktuelle Untersuchungen ex-situ Projekt Hochdruckmethanisierung Ergebnisse Steigende Umsetzungsraten mit steigender Zirkulationspause > 97 Vol.-% CH 4 konnte erreicht werden Ab Zirkulation 240 Methangehalt > 94 Vol.-% und daher geringe Hervorhebung weiterer Einflüsse Quelle: Ullrich,

16 Aktuelle Untersuchungen ex-situ Projekt Hochdruckmethanisierung Ergebnisse Steigende Umsetzungsraten mit steigender Temperatur > 97 Vol.-% CH 4 konnte erreicht werden Bei hohen Durchsätzen ist eine zunehmende Verwässerung der Prozessflüssigkeit zu beobachten Quelle: Ullrich,

17 Fazit In-situ Methanisierung ist noch deutlich verbesserbar, ex-situ im Hochdruckbereich ist nahezu perfekt entwickelt Verschiedene in-situ-versuchsaufbauten müssen erst noch gestartet werden Vergleich unterschiedlicher H 2 -Eintragssysteme steht noch aus Methangehalte von 85 % bis > 97 % bei stabilen Bildungsraten sind möglich Temperatursteigerung erhöht die Umsetzungsraten 17

18 ENDE Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: M. Sc. Bernhard Lecker Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie LA 740 Garbenstraße Stuttgart Germany Telefon: +49 (0) bernhard.lecker@uni-hohenheim.de 18

Ähnliche Dokumente

Biogaserzeugung in der Landwirtschaft

Biologische Wasserstoffmethanisierung Der Landwirt und Power als Energiewirt to Gas - Zukunftschancen für die Biogastechnologie Biogaserzeugung in der Landwirtschaft M. Sc. Bernhard Lecker, Dr. Hans Oechsner,