Logo des Forschungsinformationssystems Agrar und Ernährung

Forschungsinformationssystem Agrar und Ernährung

Informationsportal des Bundes und der Länder

Bedarfsgerechte Energiebereitstellung durch Mikrobiologische Methanisierung

Projekt

Produktionsverfahren

Dieses Projekt leistet einen Beitrag zum Forschungsziel „Produktionsverfahren“. Welche Förderer sind dazu aktiv? Welche Teilziele gibt es dazu? Schauen Sie nach:
Produktionsverfahren


Förderkennzeichen: 5557
Laufzeit: 01.05.2015 - 30.04.2018
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Der Übergang zur Versorgung mit volatilen regenerativen Energien erfordert die Nutzung von zeitweiser und saisonaler Überschussproduktion, wenn z.B. im Sommer bei Sonne und Wind der Bedarf geringer als die Produktion ist. Während physikalische/chemische Stromspeicher- und Umsetzungstechnologien wenig effizient sind, kann elektrolytisch erzeugter Wasserstoff (H2) mit externem Kohlendioxid (CO2) z.B. aus industriellen Prozessen mikrobiologisch höchst effizient (> 97%) zu Methan (CH4) umgesetzt und ohne weitere Reinigung ins Gasnetz eingespeist und gespeichert werden. Diese Biotechnologie ermöglicht i) anfallenden Überschussstrom zu speichern und orts- und zeitunabhängig wieder zu verstromen oder bedarfsabhängig anderweitig (z.B. Wärme, Verkehr) zu verwenden, ii) klimaschädigende CO2-Emissionen zu vermeiden und iii) weiter nutzbare Produkte (O2, H2, CH4) zu erzeugen. Der mikrobiologische Prozess kann wegen seiner schnellen Reaktion auch als Minuten-, wahrscheinlich sogar als Sekundenreserve dienen. Verglichen mit der auch als „Power to Gas“ bekannten physikalisch/chemischen Umsetzung ist der mikrobiologische Prozess weitgehend unempfindlich gegenüber Störstoffen. Gegenüber der etablierten Gaseinpressung hat das Rieselbettverfahren den entscheidenden Vorteil, weitgehend ohne die energieaufwändige Gaseinpressung auszukommen. Die prinzipielle Machbarkeit der mikrobiellen Methanisierung ist bereits verschiedenen Orts gezeigt worden. Methanogene Archaeen führen als natürlicher Bestandteil des Biogasprozesses den Methanisierungsprozess durch. Die Methanogenen und ihre Ansprüche wurden von den Antragstellern in verschiedenen F+E-Projekten untersucht, auf diesen Erkenntnissen wird aufgebaut. Insbesondere müssen die Zusammensetzung der methanogenen Biozönosen in MikMeth-Fermentern, das Nährstoffbedürfnis, die Fähigkeit zum Adhoc- (Start-Stop-) Betrieb, die Langzeitstabilität der Prozesse und ein eventuelles Biofouling untersucht werden. In der ersten Projektphase sollen anaerobe Rieselbett-Systeme in Batch- und Kaskadenkonzepten verfahrenstechnisch und mikrobiologisch im Labor- und Technikumsmaßstab getestet und optimiert werden. Bei positiven Ergebnissen sollen MikMeth-Pilotanlagen in einem Folgevorhaben an einer Klär- und einer Biogasanlage errichtet und für den Praxisbetrieb evaluiert werden. Bei erfolgreichem Betrieb können eingebundene oder interessierte Unternehmen dann die Einführung in die Praxis übernehmen. I) Untersuchungen im Labor/Technikum an der TU München (Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft, Garching,TUM-SWW) 1) Aufbau und Durchführung von Batchversuchen im Labormaßstab zur Demonstration der prinzipiellen Machbarkeit, zum Screening von hydrogenotrophen Inokula (Kläranlage, Biogasanlage) und Optimierung der Verfahrenstechnik (MSR) 2) Aufbau und Betrieb von 2 unterschiedlichen Reaktorsystemen (50 L) zur a) Untersuchung des Betriebs im Rieselbettverfahren mit H2 aus der Elektrolyse und externem CO2 zu weitestgehend reinem CH4 mit geeignetem Inokulum aus 1) b) Umsetzung des Biogas-CO2 mit H2 zu einem stark mit CH4 angereicherten Gasgemisch als Kontrolle mit geeignetem Inokulum aus 1) 3) Untersuchung der mikrobiellen Biozönosen (a, b) und ihrer Nährstoffbedürfnisse (z.B. Spurenelemente) im Langzeitbetrieb 4) Untersuchung der Ansprechzeit der Biozönosen (a, b) und des Verhaltens in Ruheperioden (Adhoc-Betrieb) 5) Untersuchung der Nutzung des elektrolytisch generierten O2 für die Optimierung des Belebungsbecken-Betriebs (sowie nach Möglichkeit für weitere Oxidierungsprozesse) 6) Energetische und ökonomische Bilanzierung der Stoffströme II) Untersuchungen an MikMeth-Pilotanlagen (Upscaling) Aufbau entsprechender kleiner Pilotanlagen (1 m³), wenn im Labor/Technikum (s. I) mit dem Rieselbettverfahren positive Ergebnisse erzielt werden 1) Aufbau und Betrieb von Pilotanlagen (keine Kontrollen) a) Pilotanlage zur Umsetzung des H2 aus der Elektrolyse mit externem CO2 zu reinem CH4 Standort an einer Kläranlage (vsl. Kläranlage Garching in direkter Nachbarschaft des Lehrstuhls für Siedlungswasserwirtschaft, TUM-SWW) b) Pilotanlage zur Umsetzung des BHKW-CO2 mit H2 zu stark angereichertem CH4 Standort an einer Biogasanlage (verschiedene Optionen, z.B. Biogasanlage Eggertshofen) 2) Evaluierende Untersuchung der mikrobiellen Biozönosen (a), b) im Langzeit- und Adhoc-Betrieb; Initiale Inokulation jeweils mit Biozönose aus MikMeth-Reaktoren aus I) 3) Evaluierung einer effizienteren Belebung in der Kläranlage mit elektrolytisch generiertem O2 4) Bilanzierung der Stoffströme (Ökologie und Ökonomie)

mehr anzeigen weniger anzeigen

Fachgebiete

Erweiterte Suche