Mikrobiologische Methanisierung – Übergang in die kommerzielle Anwendung (KomMeth)

Um eine nachhaltige und sichere Stromversorgung auf der Grundlage eines hohen Anteils volatiler erneuerbarer Energien zu gewährleisten, sind langfristige und bedarfsgerechte Energiespeichertechnologien erforderlich, um das Stromnetz in Zeiten von einem Ungleichgewicht von Energieproduktion und -nachfrage zu stabilisieren. Bei der Power-to-Methane Technologie wird Strom aus erneuerbaren Energien in Methan umgewandelt, welches als Kurz-, Mittel- und Langzeitspeicher im bestehenden Erdgasnetz zur Verfügung gestellt werden kann.

Dieser Umwandlungsprozess erfolgt zweistufig, durch die Erzeugung grünen Wasserstoffs (H₂) aus „überschüssiger“ bzw. ansonsten nicht erzeugter erneuerbarer Energie und der anschließenden Methanisierung von CO₂ mithilfe des erzeugten H₂. Als CO₂-Quelle können dafür sowohl reines CO₂ als auch Gasströme aus Industrieprozessen (z.B. Pyrolysegas) oder auch einfach Biogas dienen.

In den vorangegangenen Forschungsprojekten MikMeth und OptiMeth wurde die mikrobiologische Methanisierung von H₂ und CO₂ in zwei Rieselbettreaktoren im technischen Maßstab (58 L) unter thermophilen Bedingungen erstmals untersucht und optimiert. Um das Potential der Technologie im nächstgrößeren Maßstab zu demonstrieren, wurde im anschließenden Projekt DemoMeth ein Pilotreaktor mit einem aktiven Reaktionsvolumen von 0,8 m³ auf der Kläranlage Garching installiert. Als CO₂-Quelle wurde Rohbiogas aus dem Gasspeicher des Faulbehälters eingesetzt, wodurch eine Aufwertung des Biogases am Entstehungsort bis auf Einspeisequalität ermöglicht werden konnte. Dabei wurde im Pilotreaktor eine stabile Methanproduktionsrate von 6 m³/(m³_{Reaktovolumen}·d) erreicht.

Mit dem Ziel, die Umwandlungstechnologie als ganzheitliches Konzept und unter realen Bedingungen zu testen, soll im Rahmen des aktuellen Projekts KomMeth nun die H₂-Versorgung aus Gasbündeln durch die Integration eines Elektrolyseurs ersetzt werden. Diese Kopplung von Elektrolyse und Methanisierung soll die Funktionalität des Gesamtprozesses demonstrieren und dabei auftretende Herausforderungen, beispielsweise bezüglich der notwendigen Zwischenspeicherung von H₂, identifizieren und adressieren. Zusätzlich werden parallel verschiedene Untersuchungen zur weiteren Optimierung der Methanproduktivität, der Prozessstabilität und dem dynamischen Betrieb der Anlage im Technikumsmaßstab durchgeführt. Dabei dienen alle Untersuchungen dem Ziel, am Ende des Vorhabens eine kommerzielle Pilotanlage zu projektieren.