••• 12••• Innovationen Methan statt CO2 Fraunhofer-Verfahren erhöht Methanausbeute von Biogasanlagen Biogasanlagen erzeugenMethan – und etwa 40 Prozent CO2, das bislang ungenutzt entweicht. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMMwandeln dieses Abfallprodukt nun ebenfalls in Methan um und erhöhen die Methanausbeute von Biogasanlagen somit drastisch. Das Verfahren läuft, derzeit skaliert das Forscherteam die Demonstrationsanlage auf fünf Kubikmeter Methan pro Stunde hoch. Deutschland ist auf dem Weg zur Klimaneutralität, bereits bis 2030 sollen die Emissionen von Kohlenstoffdioxid um 65 Prozent sinken – verglichen mit den Werten von 1990. Ein Element der Defossilisierung sind Biogasanlagen: In ihnen bauen Bakterien Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff zu Biogas ab, das durchschnittlich aus etwa 60 Prozent Methan und 40 Prozent CO2 besteht. Während das Biogas in Blockheizkraftwerken Strom und Wärme erzeugt oder aber auf Erdgasqualität aufbereitet ins Erdgasnetz eingespeist werden kann, entweicht das CO2 bislang ungenutzt in die Luft. Biogas in vollemUmfang nutzen Forscher des Fraunhofer IMMwollen dies nun ändern. „Wir wandeln das CO2 mit Hilfe von grünemWasserstoff in Methan um“, erläutert Dr. Christian Bidart, Wissenschaftler am Fraunhofer IMM, den Ansatz des neuen Verfahrens. Das entstehende Biogas kann also nicht nur wie bisher zu etwa 60 Prozent, sondern in vollem Umfang genutzt werden. Die zugrundeliegende Reaktion ist bereits seit etwa hundert Jahren bekannt, blieb allerdings bislang meist auf Laborniveau. Erst die anstehende Energiewende rückt mögliche Anwendungen in den Fokus, die Forscher überführen die Reaktion daher erstmals in einen industriellen Prozess. Eine Demonstrationsanlage entwickelte das Forscherteam bereits im Projekt ICOCAD I: Diese wandelt einen Kubikmeter Biogas pro Stunde in einen Kubikmeter Methan um, ihre thermische Leistung beträgt zehn Kilowatt. Im Folgeprojekt ICOCAD II skalieren die Forscher diese Anlage derzeit auf die fünffache Größe, also auf eine thermische Leistung von 50 Kilowatt. Eine der Herausforderungen, die dabei auf der Agenda stehen: der hochdynamische Prozess. Denn die Strommenge, die aus Wind- und Photovoltaikanlagen erzeugt wird, schwankt stark – und damit auch die Menge des grünen Wasserstoffs, der mittels Strom in Elektrolyseuren aus Wasser gewonnen wird. Die Anlage muss also schnell auf schwankende Mengen an Wasserstoff reagieren können. Zwar wäre auch eine Speicherung von Wasserstoff möglich, jedoch aufwändig und teuer. „Wir arbeiten daher daran, die Anlage flexibel zu gestalten, um die Speicherung von Wasserstoff möglichst zu umgehen“, sagt Bidart. Dazu gehören unter anderem CO2-Speicher: Denn die Menge an CO2, das aus den Biogasanlagen strömt, ist gleichbleibend. Entwicklung effizienter Katalysatoren Eine weitere Herausforderung lag in der Entwicklung effizienter Katalysatoren für die Reaktion. Die Forscher des Fraunhofer IMM haben dafür eine Mikrobeschichtung aus Edelmetallen verwendet. Das Prinzip: Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid strömen durch zahlreiche Mikrokanäle, in denen sie miteinander reagieren können und deren Wände mit einer Beschichtung des Katalysators versehen sind. „Auf diese Weise können wir die Kontaktfläche der Gase mit dem Katalysatormaterial vergrößern und die benötigte Katalysatormenge reduzieren“, weiß Bidart. Im Reaktionsreaktor werden zahlreiche solcher Mikrostrukturen übereinandergestapelt. Weitere Skalierungen geplant Derzeit arbeiten die Forscher daran, die größere Anlage umzusetzen und den dynamischen Betrieb zu realisieren. 2023, so hofft das Team, könnte diese dann in Betrieb gehen und an einer Biogasanlage real getestet werden. Damit ist die Hochskalierung jedoch keineswegs abgeschlossen – schließlich sind die CO2-Mengen, die an den Biogasanlagen entstehen, groß. Bis zum Jahr 2025 planen die Forscher daher eine Hochskalierung auf 500 Kilowatt, bis 2026 soll die Anlage gar ein bis zwei Megawatt Leistung erzeugen. Reaktor zur katalytischen Methaniserung von CO2 mit 50 kW Nennleistung. Foto: Fraunhofer IMM Impressum MESSEJOURNAL DIE MESSE ACHEMA 2022 Verlag: EXXPO.DIE MESSE GmbH Lavesstraße 79 30159 Hannover Telefon: +49 511 85625-0 Telefax: +49 511 85625-100 E-Mail: verwaltung@die-messe.de Internet: www.die-messe.de Verantwortlich für den Inhalt: Hans-Joachim Nehls Digital Hub and Digital Lab offer digitalisation at your fingertips The topic of digitalization has finally claimed a top spot on the agenda of the process industry. The new exhibition group “Digital Hub” contributes to this: It is the central meeting point for digital experts and all participants interested in or actively involved in the digital transformation of the process industry. The exhibition area with a central stage puts digital showcases of the process industry in the spotlight and offers the latest insights from experts and solution providers and facilitates future-oriented discussions. A total of six use cases for the connected and digitalized laboratory will be presented at the Digital Lab Action Area – the smart lab of tomorrow to experience, touch and try out. Equipment and software manufacturers will demonstrate cross-manufacturer digitalization solutions using relevant practical examples. The spectrum ranges from Cobot-assisted work processes for sample preparation and analysis, user-or iented process control with Laboratory Execution Systems, to horizontally and vertically connected yet modularly adaptable equipment solutions with the perspective of shared laboratory infrastructure and seamless integration between sample input and quality-assured analysis results. Innovative software and device solutions are supported by the Laboratory & Analytical Device Standard (LADS) for OPC UA. „Digitalisation, sustainability, security of supply – the challenges ahead are enormous and can only be overcome together and across sectors”, says Thomas Scheuring. “Let us therefore use ACHEMA in August 2022 as the world’s only comprehensive showcase of the latest technology trends in our industry to find and tackle solutions together.”
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