Die Verwertung von CO2 aus industriellen Abgasen durch die Methanisierung ist ein Verfahren, bei dem mit Hilfe von z. B. erneuerbarer Energie und Wasserstoff Methan erzeugt wird, ein wertvolles Produkt, das wie Erdgas über die bestehende Infrastruktur großräumig verteilt und auch langfristig gespeichert werden kann. Die Technologie der industriellen Methanisierung ist bereits marktreif. Der Prozess benötigt in der Regel hohe Temperaturen und erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 80 %. Ein weiteres innovatives Konzept, das aktuell an der TU Wien erforscht wird, ist die Nutzung von Kohlendioxid via Methanisierung im Biogas großer Kläranlagen. Das Gas enthält neben einem Anteil von etwa 65 % Methan auch etwa 35 % Kohlendioxid. Wie bei der industriellen Methanisierung wird auch bei diesem Verfahren zuerst Wasser unter Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energiequellen über Wasser-Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt.
Biologischer Prozess mit hohem Potenzial
Im Unterschied zum industriellen Prozess wird hier eine biologische, von Archaeen ausgelöste Methanisierung zur Umwandlung des Kohlendioxids eingesetzt, die bei niedrigen Temperaturen (um 38 °C) stattfindet. Ein weiterer Vorteil ist, dass das verarbeitete Rohgas bereits einen hohen Methangehalt aufweist, sodass sich der Methananteil im erzeugten Biogas auf nahezu 100 % erhöhen lässt. Kläranlagen mit Biogasproduktion verfügen zudem meist über die erforderliche Infrastruktur zur Gasspeicherung und für eine weitere Verstromung. Sie sind selbst große Verbraucher, die über diesen Weg Versorgungs- und Nachfragespitzen ausgleichen können. Das Konzept verfolgt drei Ziele: die Entlastung des Stromnetzes durch den Energieverbrauch vor Ort, die längerfristige Speicherung der Energieüberschüsse aus Photovoltaik und Wind sowie eine Reduktion der CO2-Emissionen. Das energetische Potential einer Implementierung der biologischen Methanisierung, die vor allem für Abwasserreinigungsanlagen mit bestehender Biogasproduktion sehr interessant ist, liegt für Österreich bei 220 GWh/a, bzw. 3 % der erneuerbaren Stromproduktion oder 1 % des gesamten Erdgasbedarfes.
Forschung am Biofilmreaktor
In einem Vor-Projekt konnte bereits die grundsätzliche Machbarkeit einer Nutzung von Kohlendioxid via biologischer Methanisierung im Biogas von Abwasserreingungsanlagen demonstriert werden. Das verfahrenstechnische Konzept, das auf einer Immobilisierung der Bakterienbiomasse auf Aufwuchskörpern basiert, wurde in diesem Rahmen erarbeitet. Im Projekt BioMeFilm (Biologische Methanisierung im Biofilmreaktor) werden nun die wesentlichen Faktoren für die Umsetzung des Prozesses mit dem Ziel der Weiterentwicklung des Technologie-Reifegrads systematisch untersucht. Zentrale Aspekte im Projekt liegen u. a. in der Untersuchung des Bedarfs der Archaeen an Nährstoffen und Spurenelementen, der langfristigen Stabilität und Effizienz einer biologischen Methanisierungsanlage sowie des Verhaltens im „on-off“ Betrieb mit längeren Standzeiten ohne Beschickung mit Kohlendioxid und Wasserstoff. Projektpartner sind das Institut für Wassergüte und Ressourcenmanagement der TU Wien und die Competence Center CHASE GmbH, die sich mit der Auslegung und Gestaltung von Aufwuchskörpern und Reaktorformen beschäftigt.
Im Rahmen des Projekts sollen die für ein Scale-Up sowie die großtechnische Umsetzung erforderlichen prozess- und verfahrenstechnischen Grundlagen geschaffen werden, um Biofilm-Methanisierungsanlagen am Standort von Kläranlagen mit Biogasproduktion errichten und betreiben zu können. Betreiber großer Kläranlagen und Energieversorgungsunternehmen unterstützen dabei die Forschungsarbeiten.
projekte.ffg.at/projekt/4536647
