Energiespeicherung: Methan aus Bioabfall und Windstrom

Energiespeicherung: Methan aus Bioabfall und Windstrom

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Lockenwickler-ähnliche Füllkörper im Festbettreaktor, auf denen sich die Mikroorganismen ansiedeln können. (Quelle: Universität Hohenheim, Hans Oechsner)

von Wolfgang Kempkens

Methan kann chemisch erzeugt werden - das braucht viel Energie. Es gibt aber auch Mikroorganismen, die das Gas produzieren. Diese konnten dabei helfen, Windstrom zu speichern.

Ohne gigantische Energiespeicher, die überschüssigen Solar- und Windstrom speichern, wird die Energiewende misslingen. Oder Deutschlands Stromnetz bricht an wind- und sonnenarmen Tagen zusammen. Neue Pumpspeicher-Kraftwerke lassen sich kaum bauen, Batterien sind extrem teuer. Forscher an der Universität Hohenheim in Stuttgart haben deshalb einen äußerst kostengünstigen Speicher erdacht.

Mit überschüssigem Strom und Mikroorganismen produzieren sie Biomethan, das ins Erdgasnetz eingespeist werden soll. Biomethan kann bei Bedarf an anderer Stelle ausgekoppelt und in Strom verwandelt werden, wenn Wind und Sonne schwächeln. Eine ähnliche Technik hat bereits das Unternehmen MicrobEnergy entwickelt.

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Gemeinsam ist beiden Verfahren die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse. Dabei soll ausschließlich Überschussstrom verwendet werden, der sonst ins Ausland fließt, oft kostenlos oder gar zu einem negativen Preis: Der Stromerzeuger zahlt dafür, dass er einen Abnehmer findet. Die Hohenheimer Forscher setzen auf ein zweistufiges Verfahren. "Im ersten Schritt, der Hydrolyse, werden die organischen Substanzen in organische Säuren umgewandelt, also gewissermaßen verflüssigt", sagt Hans Oechsner, Leiter der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim. Das ist in Biogasanlagen schon Routine.

Entscheidend ist der zweite Schritt. In einem Reaktor, dessen Innenraum keinen Kontakt zur Luft hat, befinden sich Methan erzeugende Bakterien, die auf lockenwicklerähnlichen Füllkörpern angesiedelt sind. Die zuvor produzierte organische Säure, die sie umströmt, nutzen sie, um Methan herzustellen. Das Angebot an Kohlenstoff ist allerdings so groß, dass die Mikroorganismen nur einen Teil davon in das gewünschte Methan umwandeln. Der Rest ist Kohlendioxid, das energetisch unbrauchbar und zudem noch ein Klimagas ist.

Jetzt kommt der Wasserstoff ins Spiel. Er wird in einer genau dosierten Menge zusätzlich in den Reaktor gepumpt. Damit haben die Bakterien ein ausgewogenes Angebot, sodass sie den gesamten Kohlenstoff in Biomethan umwandeln können. Nach der Gasreinigung kann es ins Erdgasnetz eingespeist oder als Treibstoff genutzt werden.

Energiesparender als Power-to-Gas

MicrobEnergy dagegen trennt das Kohlendioxid, das neben Methan in einer Biogasanlage entsteht, ab, um es, mit Wasserstoff vermischt, an die Mikroorganismen zu verfüttern, die es in weiteres Methan umwandelt. Auch dieses Gas kann in das Erdgasnetz eingespeist werden.

Im Vergleich zu anderen Power-to-Gas-Techniken schneidet das biologische besser ab, meinen die Entwickler. Die klassische Methansynthese erfordert hohe Temperaturen und einen Katalysator. Der Energieverbrauch ist relativ hoch, aber kostenmäßig weniger relevant, weil Überschussstrom eingesetzt wird.

Beide betreiben bereits Versuchsanlagen, in denen die Verfahren optimiert werden. Die der Hohenheimer befindet sich in einem Container. Sie besteht aus vier 100-Liter-Fermentern. "Wir möchten ermitteln, welche Randbedingungen für eine möglichst hohe Umsetzung nötig sind", so Oechsner. "Also Fragen zur Temperatur, zur Raumbelastung und zur Blasengröße des Wasserstoffs klären." Derartige Anlagen könnten für die Landwirte eine neue Verdienst-Option darstellen, meint der Forscher und fügt hinzu: "Auf diese Weise können Landwirtschaft und Bioökonomie einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität leisten und somit zur Sicherung der Energieversorgung beitragen."

Kooperationspartner der Hohenheimer sind Forscher am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Bereich Wasserchemie und Wassertechnologie, und das Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Borni, das die beteiligten Methanbakterien und deren Anforderungen für eine optimale Methanbildung untersucht.

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