Biogasanlagen sind flexibel und erzeugen bei Bedarf Strom und Wärme. Zudem speisen sie Strom ins Netz ein – oder speichern die Energie bei Stromüberschuss als Biogas. Gefördert wird im Moment aber vor allem der kontinuierliche, nicht der flexible Betrieb der Anlagen: Betreiber können derzeit noch mit einem festen Tarif für den Strom rechnen, den sie 365 Tage im Jahr ins Netz einspeisen.
Biomethan als Antreiber und Speicher
Dieser Deal läuft 2020 aus. „Viele Anlagen werden sich dann nicht mehr lohnen, wenn die Betreiber nicht umdenken“, schätzt Prof. Dr. Josef Hofmann, Professor für Energie- und Umwelttechnik an der Hochschule Landshut. Seine Lösung: Biogas umwandeln in flüssiges Biomethan. „Biomethan ist tausendmal energiereicher als Biogas“, sagt Hofmann. Das macht die Flüssigkeit zum begehrten Energiespeicher – über Monate kann sie stabil in wärmeisolierten Tanks gelagert werden. Bei Bedarf, etwa im kalten und dunklen Winter, lässt sie sich dann wieder in Wärme- oder elektrische Energie umwandeln. Der Vorteil: Die Flüssigkeit lässt sich viel länger und effektiver speichern als Biogas.
Hofmann hat gemeinsam mit Kollegen von der Hochschule Landshut und der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf in Freising ein Verfahren entwickelt, bei dem vorgereinigtes Biogas in mehreren Stufen auf -162 Grad Celsius abgekühlt wird. So entsteht einerseits flüssiges Biomethan und andererseits festes Kohlendioxid, also Trockeneis. Das Biomethan hat laut Hofman eine Reinheit von 99,9 Prozent.
Neue Geschäftsfelder für Biogasanlagen
So wäre es auch als Rohstoff für die chemische Industrie interessant, etwa zur Herstellung von Grundchemikalien wie Wasserstoff oder Methanol. Und es könnte als Kraftstoff eingesetzt werden – als umweltverträglichere Alternative zu fossilen Brennstoffen. Das bedeutet für Betreiber von Biogasanlagen zusätzliche Geschäftsfelder neben Strom- und Wärmeproduktion.
Bevor das Biogas getrennt werden kann, müssen die Forscher es erst gründlich reinigen. Das war Aufgabe des Freisinger Teams um Prof. Dr. Oliver Falk von der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf: „Kleinste Verunreinigungen könnten in den nachfolgenden Schritten gefrieren und Geräte beschädigen“, beschreibt der Ingenieur.
Vor allem Schwefelwasserstoff ist im Biogas unerwünscht. Um ihn zu entfernen, haben die Forscher verschiedene Eisenpräparate und Aktivkohlefilter getestet und kombiniert. Das Ergebnis: „Im gereinigten Biogas ist kein Schwefelwasserstoff mehr nachweisbar, er enthält also weniger als ein part per million der Verbindung“, so Falk. Das entspricht einem Salzkorn in einem Liter Wasser.
Das gereinigte Gas fließt dann in die eigens entwickelte Laboranlage von Falks Kollegen an der Hochschule Landshut. In dem mannshohen Gebilde aus silbrigen Schläuchen und kupferfarbenen Verbindungsstücken steckt Prozess- und Material-Know-how aus der gesamten Hochschule. So haben zwei Studentinnen die perfekte Beschichtung für Wärmetauscher ermittelt. Das ist wichtig, damit Kohlendioxid dort als Schnee und nicht als Eis kristallisiert. Denn Schnee kann einfach abgeklopft werden. Eine Eisschicht müsste aber regelmäßig abgetaut werden – ähnlich wie bei einer Tiefkühltruhe. Das würde zusätzlich Energie verbrauchen.
Nebenprodukt wird weitervermarktet
Die Studentinnen haben in ihrer Abschlussarbeit herausgefunden: Sind die Wärmetauscher mit Teflon beschichtet, bildet sich der optimale Kohlendioxid-Schnee. Biogasanlagen-Betreiber können ihn als Trockeneis weitervermarkten. Dieses kühlt etwa in Flugzeugen Lebensmittel. Und in der Kunststoff- und Stahlindustrie nutzt man es, um die Oberflächen von Kunststoffen und Metallen zu reinigen.
Die Forscher wollen das Prinzip nun auf den Maßstab einer Biogasanlage übertragen und dafür ab 2017 eine Demonstrationsanlage in Landshut errichten.
