Das Engagement für die Zukunft lohnt sich: 60% mehr Gas dank Power-to-Gas

Kann die Power-to-Gas-Technologie die Produktion von erneuerbarem Gas aus Roh-Biogas signifikant steigern? Energie 360° und das Paul Scherrer Institut haben es am 5. April 2017 bewiesen. An einem Kundenevent mit Gästen aus Politik, Wirtschaft und Forschung sind die ersten Forschungsergebnisse eines 1000-stündigen-Testlaufs präsentiert worden.

Power-to-Gas

Peter Jansohn, Abteilungsleiter Forschungslabor Thermische Prozesse am PSI (links) und Peter Dietiker, Bereichsleiter Erneuerbare Energien bei Energie 360° (rechts) vor der Power-to-Gas-Versuchsanlage im Werdhölzli.

Es ist tatsächlich so: Die bisherige Biogas-Produktion kann mit der neuen Power-to-Gas-Technologie um 60% gesteigert werden. Ziel ist, dem Erdgas mehr erneuerbares Gas beizumischen, überschüssigen erneuerbaren Strom speicherbar zu machen und die CO2-Emissionen zu reduzieren.

In diesem Verfahren steckt viel Power: Die Umwandlung von Strom in Gas (Power-to-Gas) gehört zu den aussichtsreichsten Ideen in der Energiebranche. Sie bietet nicht nur eine dringend gesuchte Speichermöglichkeit für erneuerbaren Strom, sondern kann gleichzeitig die Produktion von Biogas-Anlagen erhöhen und aus CO2 einen nutzbaren Energieträger machen. Mit Power-to-Gas kann aus den Rohgasen der Klär- und Vergärwerke noch mehr erneuerbares Gas hergestellt werden.

Entscheidend für die Energiezukunft

Warum ist das Ganze relevant? Wir brauchen in der Schweiz zusätzliche Möglichkeiten, um Energie speichern zu können. Die Energieversorgung soll umgebaut werden, sprich erneuerbare Energien sollen gefördert, Kernkraftwerke abgelöst und die Effizienz soll erhöht werden. Das geht jedoch nur, wenn wir Strom besser speicherbar machen können. Ohne zusätzliches Gas und die Erweiterung des Gasnetzes ist kein Umbau der Energieversorgung zu erreichen. Mit einem Anteil von über 13% am Endenergieverbrauch ist Erdgas/Biogas in der Schweiz der drittwichtigste Energieträger. Drei Viertel der Schweizer Bevölkerung sind mit den rund 20 000 Kilometer langen Gasnetzen erschlossen. Die Schweizer Gaswirtschaft will darum den Anteil der erneuerbaren Gase im Wärmemarkt bis 2030 auf 30% steigern.

Peter Dietiker, Bereichsleiter Erneuerbare Energien bei Energie 360°, ist überzeugt: «Die Forschungsergebnisse der Power-to-Gas-Anlage zeigen, dass wir auf dem richtigen Weg in eine sinnvolle Energiezukunft sind. Es freut uns, dass wir mit den Resultaten aus dem Pilotversuch einen Beitrag zur Erreichung der schweizerischen Gasziele leisten können. Die Gewinnung von erneuerbarem Gas aus überschüssigem Strom zahlt sich mittelfristig aus, die industrielle Nutzung wird greifbar.»

Was einzigartig ist

Herzstück und Neuentwicklung der Power-to-Gas-Technologie ist ein sogenannter Wirbelschichtreaktor. In ihm bringt ein Katalysator aus Nickel den Wasserstoff und das CO2 zur Reaktion, so dass sie sich zu Methan verbinden. Revolutionär bei der Pilotanlage von Energie 360° und dem Paul Scherrer Institut (PSI) ist, dass das Kohlendioxid (CO2) durch die Zugabe von erneuerbarem Wasserstoff direkt in Methan umgewandelt wird, anstatt abgetrennt zu werden. Diesen Vorgang nennt man Direkt-Methanisierung. Einzigartig ist, dass das im Biogas gelöste CO2 verwendet wird. Und zum ersten Mal wurde in der Schweiz ein solcher Pilotversuch 1000 Teststunden lang unter realen Bedingungen durchgeführt. Das dabei erzeugte erneuerbare Methan wird ins Gasnetz von Energie 360° der Stadt Zürich eingespeist. Peter Jansohn, Leiter des Labors für Thermische Prozesse am PSI, betont: «Für unsere am PSI entwickelte Methanisierungstechnologie ist dieser Pilotversuch mit realem Roh-Biogas ein entscheidender Schritt, um unsere Forschungsergebnisse zu bestätigen, die Alltagstauglichkeit der Technik unter Beweis zu stellen und den Transfer der Technologie in verschiedene Anwendungsbereiche hinein voranzubringen.»

Die Forschungsergebnisse und Vorteile von Power-to-Gas

  • Beitrag und Potenzial zur Erreichung der Schweizer Gasziele: Werden die bestehenden Schweizer Klär- und Vergärwerke, die heute schon Biogas produzieren, auf Power-to-Gas-Technologie mit Einspeisung in ein Gasnetz umgebaut, kann die Einspeisung von erneuerbarem Gas schweizweit von aktuell 308 Gigawattstunden auf 1400 Gigawattstunden verfünffacht werden.
  • Die Produktion kann gesteigert werden: Mit der Power-to-Gas-Technologie können 60% mehr erneuerbares Gas in bestehenden Biogas-Anlagen produziert werden. Damit wird eine nahezu 100%ige Verwertung des Rohgases ermöglicht. Das Ausgangsprodukt Roh-Biogas enthält zwar schon erhebliche Anteile an Methan, aber auch noch bis zu 40% Kohlendioxid (CO2). Die Power-to-Gas-Technologie trägt zur Reduktion der klimarelevanten CO2-Emissionen bei.
  • Zwischenspeicherung der Energie in Gastanks: Die Direkt-Methanisierung von Roh-Biogas begegnet zudem dem Problem der Produktion von Überschussstrom aus erneuerbaren Energiequellen: Mit der Umwandlung von Strom in zusätzliches Gas kann die Energie im Gasleitungssystem zwischengespeichert und bei Bedarf genutzt werden.

Energie 360° freut sich über die vielversprechenden Forschungsergebnisse. Mit der eigenen Erfahrung in der Gasbranche, der wissenschaftlichen Leistung des PSI und der Gasinfrastruktur von Energie 360° kann ein wertvoller Beitrag an die Energiezukunft geleistet werden.

So funktioniert die Direkt-Methanisierung
Roh-Biogas, das in den Klär- und Vergärwerken Werdhölzli in Zürich durch die Vergärung von Bioabfällen und Klärschlamm entsteht, besteht aus Methan und CO2.

Bei der Direkt-Methanisierung in der Pilotanlage wird das CO2 durch Zugabe von Wasserstoff in Methan umgewandelt. Der dazu benötigte Wasserstoff wird aus erneuerbarem Strom hergestellt. Ein neu entwickelter Wirbelschichtreaktor bringt die Wasserstoff- und die CO2-Teilchen mit Hilfe eines Nickelkatalysators zur Reaktion, so dass sie sich zu Methan verbinden. Am Ende kann nicht nur das bereits im Roh-Biogas vorhandene Methan genutzt werden, sondern auch das neu aus CO2 und erneuerbarem Wasserstoff entstandene. Das Ergebnis: Aus der gleichen Menge Abfall-Biomasse entsteht noch mehr Biogas und das CO2 wird in einen neuen Energiezyklus eingebunden.

Schema zur Direkt-Methanisierung ansehen

Mehr über die Versuchsanlage erfahren

 

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Comments

  1. Andreas Bitz sagt:

    Sie geben 60% als Wirkungsgrad der Methanisierung an . Ich nehme an, dies ist der direkte Prozesswert. Wie gross ist der Wirkungsgrad in der Realitaet (inkl Zuführung CO2, Speicherung in Gas-Tank)?

    • Nadja Wirth sagt:

      Guten Tag Herr Bitz, Vielen Dank für Ihren Kommentar. Die im Artikel angegebenen 60% beziehen sich auf die mögliche Produktionssteigerung von erneuerbarem Gas aus bestehenden Biogas-Anlagen. Das Ausgangsprodukt Roh-Biogas enthält schon erhebliche Anteile an Methan welche heute ins Gasnetz eingespeist werden können. Wird das im Roh-Biogas vorhandene Kohlendioxid zusätzlich mittels der Power-to-Gas-Technologie zu Methan gewandelt, kann die totale Produktion der Anlage im Vergleich zu heute um 60% gesteigert werden.
      Im erwähnten Szenario wird Kohlendioxid in konzentrierter Form zusammen mit dem Roh-Biogas zugeführt und muss nicht erst durch einen Prozess gewonnen werden, darum entstehen dabei keine wesentliche Verluste. Das produzierte Gas wird direkt in das bestehende Erdgasnetz eingespeist ohne Speicherung in einem lokalen Gastank.
      Freundliche Grüsse, Nadja Wirth, Digital Communications

      • Eckert Vincent sagt:

        Guten Tag
        Dies sollten Sie etwas genauer erläutern. Im Artikel wird von einem katalytischen Verfahren gesprochen, wo Wasserstoff mit CO2 to Methan verwandelt werden. Wie ist die H2 Ausbäute gewährleistet und wie ist die Effizienz der Produktion von zus. Methan. Wäre eine direkte Einspeisung/Nutzung von H2 nicht sinnvoller?

        MfG, V. Eckert

        • Nadja Wirth sagt:

          Guten Tag Herr Eckert,
          vielen Dank für Ihre Frage zu unserem Beitrag.
          Der zulässige Anteil von Wasserstoff ist im Gasnetz limitiert. Dies hat vorwiegend technische Gründe, bedingt durch Endverbrauchergeräte und Installationen, sowie der Anforderung eines konstanten Brennwerts. Das Gasgemisch besteht nach dem Wirbelschicht-Reaktors aus 85-90 % Methan, 1-2 % Kohlendioxid und 8-14 % Wasserstoff. Um einspeisefähiges Gas zu erhalten, ist also neben der Methanisierung im Reaktor ein weiterer Prozessschritt nötig: der nicht umgesetzte Wasserstoff wird über eine H2-Membran abgetrennt und zur Wirbelschicht zurückgeführt. So wird ein hinreichend hoher Methan-Anteil (> 96%) sowie ein genügend tiefer H2-Anteil (< 2 %) erreicht und eine uneingeschränkte Einspeisung in das Gasnetz ermöglicht. Freundliche Grüsse, Nadja Wirth, Digital Communications, Energie 360°

  2. Monnier sagt:

    Um wieviel kWh erhöht sich der Verbrauch von elektrischer Energie um durch diese Methode ein extra
    Kg Methan zu erzeugen?
    Besten Dank im voraus für Ihre Antwort!

    • Nadja Wirth sagt:

      Guten Tag, vielen Dank für Ihre Frage zu unserem Beitrag. Um 1 kg zusätzliches Methan zu erzeugen, sind ca. 26 kWh elektrische Energie nötig. Bezogen auf den Brennwert besteht ein Wirkungsgrad von 60% (Elektrischer zu thermischer Energie des Methans). Freundliche Grüsse, Nadja Wirth, Digital Communications Energie 360°