Forschungs- und Innovationsprojekt
Bedarfsgerechte Energiebereitstellung durch mikrobiologische Methanisierung

Zwei zylinderförmig geschlossene Behälter zur mikrobiellen Umsetzung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methan und Wasser
Durch den verstärkten Ausbau an erneuerbaren Energien (z.B. Wind, Sonne) wird es in Deutschland immer schwieriger, eine jederzeit bedarfsgerechte Energieversorgung zu gewährleisten. Während bisher verfügbare Umwandlungs- und Speichertechnologien wie z.B. Batterien und Pumpspeicherkraftwerke aufgrund ihrer geringen Kapazitäten nur kurz- bzw. mittelfristig als Speicher eingesetzt werden können, stellt das Gasnetz einen Langzeitspeicher dar. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt darin, Methan als speicherförmiges Gas durch mikrobiologische Umsetzung direkt aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zu erzeugen.
Die mikrobiologische Methanisierung ist im Gegensatz zu bisherigen chemisch-katalytischen Verfahren wie dem Sabatier-Prozess höchst effizient (>97%) und benötigt keine Katalysatoren. Der für die Reaktion benötigte Wasserstoff kann in Phasen mit Stromüberschuss elektrolytisch erzeugt werden. Selbst mit unreinen Kohlenstoffdioxidhaltigen Industriegasen kann er direkt am Ort der Entstehung (z.B. Biogasanlage, Faulbehälter) zu Methan umgesetzt werden. Zur Einspeisung ins Gasnetz bedarf das Biomethan kaum noch weiterer Reinigung.

Zielsetzung

  • Untersuchung der bedarfsgerechten, flexiblen und möglichst effizienten Betriebsweise der mikrobiologischen Methanisierung in Rieselbettreaktoren
  • Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf das Rieselbett-Verfahren (unterschiedliche Inokula, Prozesstemperaturen und Kohlenstoffdioxid-Quellen)

Methoden

Zylinderförmiger geschlossener Behälter zur mikrobiellen Umsetzung von CO2 und H2 zu Methan und Wasser

Rieselbett-Versuchsreaktor

Im Rieselbett-Versuchsreaktor erfolgt die mikrobielle Umsetzung von Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) zu Methan und Wasser.

  • Aufbau und Durchführung von Batchversuchen (Labormaßstab) und Technikum-Versuchsanlagen (ca. 60 l) zur
    • Untersuchung des Betriebs im Rieselbettverfahren zunächst mit reinem H2 und CO2
    • Umsetzung von Biogas-CO2 mit H2 zu CH4
  • Identifizierung der effizientesten methanogenen Gesellschaftszusammensetzung mithilfe von molekularbiologischen Methoden
  • Untersuchung der Nährstoffbedürfnisse (z.B. Spurenelemente) der am Prozess beteiligten methanogenen Archaeen
  • energetische und ökonomische Bilanzierung

Ergebnisse

  • Rieselbett-Versuchsreaktoren (Batch-Reaktor/Technikum Versuchsanlage) wurden erfolgreich aufgebaut
  • die Gesellschaftszusammensetzung der eingesetzten Inokula aus der Kläranlage (Faulbehälter) und Biogasanlage wird analysiert
Projektinformation
Verbundvorhaben des Lehrstuhls für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München (TUM-SWW, 1) und der LfL (AQU1c, Mikro- und Molekularbiologie, 2)
Projektleitung: Dr. Konrad Koch (1), Dr. Michael Lebuhn (2)
Projektbearbeitung: Dietmar Strübing (1), Bettina Huber (2), Bernadette Lerch (2)
Laufzeit: 01.05.2015 – 30.04.2018
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWMET)
Förderkennzeichen: BE/15/04