Power-to-Gas: 1000 Stunden Feldtest erfolgreich bestanden

Das Paul Scherrer Institut (PSI) und Energie 360° haben es bewiesen: Die Produktion von erneuerbarem Gas aus Biogas-Anlagen kann um 60% gesteigert werden. Dies dank Methanisierung von Wasserstoff mit der innovativen Wirbelschicht-Technologie des PSI. Künftig soll CO2 in einer Biogas-Aufbereitungsanlage nicht wie bisher abgetrennt, sondern zu Methan umgewandelt werden. Die Alltagstauglichkeit ist in einem 1000-stündigen Testlauf unter realen Bedingungen bestätigt worden. Die Demonstrationsanlage geht nun zurück ans PSI und wird für weitere Forschungsprojekte genutzt.

Demonstrationsanlage Power-to-Gas im Werdhölzli, Zürich

Demonstrationsanlage Power-to-Gas im Werdhölzli, Zürich

Die Power-to-Gas-Technologie hat sich bewährt und hat folgende Forschungsergebnisse geliefert:

  • Produktionssteigerung: Mit der Power-to-Gas-Technologie kann 60% mehr erneuerbares Gas in bestehenden Biogas-Anlagen produziert werden. Wie erwartet, können deutlich über 90% des im Roh-Biogas enthaltenen Kohlendioxids (CO2) durch die Zugabe von erneuerbarem Wasserstoff direkt im Roh-Biogas in Methan umgewandelt werden, anstatt abgetrennt und in die Atmosphäre abgeblasen zu werden. Damit wird eine nahezu 100%-ige Verwertung des Rohgases ermöglicht.
  • Zwischenspeicherung elektrischer Energie in Form von Gas: Die Direkt-Methanisierung von Roh-Biogas begegnet 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.
  • Kontrolle der Gasqualität ist entscheidend: Im Roh-Biogas enthaltene Störstoffe – insbesondere organische Schwefelverbindungen – können vom Methanisierungskatalysator nur in geringen Mengen toleriert werden und müssen vorgängig entfernt werden. Damit die Filtereinrichtung richtig eingestellt werden kann, ist eine detaillierte Analyse der Roh-Biogas-Qualität unabdingbar. Die mit aufwendigen diagnostischen Methoden gewonnenen Erkenntnisse aus dem 1000-stündigen Langzeittest können nun auch anderen Methanisierungsanwendungen dienen.
  • Gesamte Prozesskette ist stabil: Die eingesetzte Wirbelschicht-Methanisierung funktioniert von A bis Z. Die Technologie ist im Betriebsablauf robust und dadurch alltagstauglich. Sie kann schnell auf wechselnde Rohgas-Zusammensetzungen angepasst werden und liefert Wärme auf einem hochwertigen Temperaturniveau.
  • Beitrag für die ganze Schweiz: 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.

Peter Dietiker, Bereichsleiter Erneuerbare Energien bei Energie 360°, freut sich: «Eine klimafreundliche Energiezukunft ist unser Ziel. Die Forschungsergebnisse der Power-to-Gas-Anlage zeigen, dass wir auf dem richtigen Weg in eine sinnvolle Energiezukunft sind.»

Mit der innovativen Wirbelschicht-Technologie zur Herstellung von Methan beweisen das PSI und Energie 360°, dass die Produktion von einspeisefähigem Biogas deutlich gesteigert werden kann. Mit der am PSI erbauten Demonstrationsanlage ist im 1000-stündigen Betriebsversuch nachgewiesen worden, dass diese Technologie für den Dauereinsatz unter realen Bedingungen geeignet ist.

Das erzeugte erneuerbare Methan ist vor Ort in das Gasnetz eingespeist worden. Mit den aus der Testanlage erhaltenen Daten sind die im Vorfeld durchgeführten Prozess-Simulationen validiert worden. Damit ist eine solide Basis für einen zukünftigen wirtschaftlichen Einsatz einer Power-to-Gas-Anlage geschaffen worden.

Innenleben der Demonstrationsanlage

Innenleben der Demonstrationsanlage

Steigende Biogas-Produktion ist Motivation

Der Anteil an erneuerbarem Gas im Gasnetz der Schweiz ist über die letzten Jahre durch Biogas­-Einspeisungen aus der Vergärung kontinuierlich gesteigert worden. Diese Entwicklung soll weitergeführt werden. Die Schweizer Gaswirtschaft will den Anteil der erneuerbaren Gase im Wärmemarkt bis 2030 auf 30% steigern. Hier haben Energie 360° und das PSI angesetzt: Roh-Biogas, das durch die Vergärung von biogenen Abfällen und in Klärwerken entsteht, besteht zu einem grossen Teil aus Methan. Es enthält aber auch einen etwa 40%-igen Anteil an CO2, der in herkömmlichen Biogas-Aufbereitungsanlagen vor der Einspeisung ins Gasnetz durch entsprechende Verfahren abgetrennt wird. Das im Roh-Biogas enthaltene CO2 kann mit der Power-to-Gas-Technologie durch Zugabe von Wasserstoff direkt in zusätzliches Methan umgewandelt werden und so die nationale Produktion von erneuerbarem Gas um 60% steigern.

Peter Jansohn, Leiter des Labors für Thermische Prozesse am PSI, betont: «Der Langzeitversuch mit realem Roh-Biogas hat gezeigt, dass die am PSI entwickelte Methanisierungstechnologie bereit ist, um in kommerziellen Anwendungen zum Einsatz zu kommen. Wir freuen uns, die Alltagstauglichkeit der Technik unter Beweis gestellt zu haben, und sind bereit für den nächsten Schritt, das heisst die Skalierung der Technologie auf einen kommerziellen Massstab (200 m3/h Roh-Biogas).»

Die Testanlage wird nun wieder abgebaut und kehrt ans Forschungszentrum des PSI zurück, wo sie für weitere Forschungszwecke eingesetzt wird. Die Zusammenarbeit von Forschung (PSI) und Wirtschaft (Energie 360°) hat sich einmal mehr bewährt und bringt uns die Energiezukunft einen Schritt näher.

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