Biogas rein - Wasserstoff raus

Nein, mit dem aktuellen Hype rund um den grünen Wasserstoff, mit den Milliarden Fördermitteln von Bund und Ländern hat es nicht direkt zu tun, was bei der BtX Energy GmbH in Hof im Norden Bayerns gerade entsteht. Oder besser, was in Renningen bei Stuttgart dieser Tage in zwei 40-Zoll-Container gepackt worden ist: das erste „Bio-to-X“ (BtX) genannte System, das Wasserstoff per Dampfreformierung aus landwirtschaftlichem Biogas produzieren soll.

Der Kern des Systems, mit dem die Ausgründung aus der Hochschule Hof an den Markt gehen will, ist eine Technologiekomponente, mit der sich die schwäbische Firma WS Reformer GmbH seit langer Zeit am Markt behauptet: ein Steam-(Wasserdampf)-Reformer, der aus Erdgas (weitgehend CH4) Wasserstoff (H2) gewinnt.

Unzählige Male hat Andy Gradel die 344 Autobahnkilometer zwischen Hof und Renningen in den vergangenen Jahren zurückgelegt. Schon als Promovend in Ingenieurwissenschaften hat der 30-jährige Leitende Ingenieur am Institut für Wasser- und Energiemanagement der Hochschule Hof (IWE) eng mit der WS-Gruppe zusammengearbeitet. Bei BtX führen Gradel und die beiden gestandenen WS-Manager Martin Schönfelder und Joachim Wünning sogar die Geschäfte gemeinsam.

Zwei vielversprechende Geschäftsfelder im Blick 

In zwei Bereichen sieht das Team gute Marktchancen: Zum einen steht da eine innovative Holzvergasertechnologie, Gradels Promotionsthema. „Unser Vergaser basiert auf der Nutzung der prozesseigenen Holzkohle als Teerfilter. Dadurch erreichen wir einen deutlich wartungsärmeren und gleichzeitig flexibleren Betrieb der Anlage im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik. Das macht unseren Holzvergaser finanziell attraktiv“, zeigt sich Gradel überzeugt. Doch an dem System ist noch einiges zu erforschen.

Der zweite, aktuell forcierte Geschäftsbereich der BtX GmbH ist die Dampfreformierung von Biogas zu Wasserstoff. Mit einem containerbasierten System sollen Biogasanlagenbetreiber eine Alternative zur bisher überwiegenden Stromerzeugung aus Biogas bekommen. Denn wenn das Ende der 20-Jahre-EEG-Förderung naht, sehen viele gerade landwirtschaftliche Anlagenbesitzer vor allem zwei Möglichkeiten: stilllegen oder mit hohem Aufwand flexibilisieren, also Blockheizkraftwerke zubauen und den Gasspeicher erweitern, um den Netzbetreibern kurzfristig höhere Stromleistungen liefern zu können.
 
Die Wasserstofferzeugung sei „eine Lösung für das Problem“, sagen Gradel, Schönfelder und Roland Berger unisono. Berger ist − wie Wünning − einer der Geschäftsführer der E-Flox GmbH, die zur WS-Gruppe gehört: Diese Firma baut vor allem Verbrennungsanlagen für die Energietechnik. Für die flammenlose Verbrennungstechnologie namens „Flox“ bekamen die Erfinder bei WS 2011 den Deutschen Umweltpreis. Heute kümmert sich die Ausgründung E-Flox in Renningen um Sonderbrenner- und Anlagenherstellung.

Miniaturisierung eines großtechnischen Prozesses

Die Dampfreformierung, die Wasserstoff aus Erdgas gewinnt, ist normalerweise ein großtechnischer Prozess. Doch die WS-Gruppe hat die Größe der Komponenten an übliche Biogasanlagen zum Beispiel der 400- oder 500-kW-Klasse am Bauernhof angepasst. „Wir haben den ganzen Prozess in den letzten 20 Jahren so skaliert, dass er in zwei Container passt“, erklärt WS-Geschäftsführer Martin Schönfelder. Kernstück ist dabei der patentierte Flox-Brenner, der den Reformer erhitzt. „Trotz dieser Miniaturisierung ist der Wirkungsgrad nicht schlechter als bei den großen Anlagen“, stellt Schönfelder heraus.
 
Im Juli wurde der erste dieser miniaturisierten Reformer − er wiegt trotzdem noch über 2,5 Tonnen − mit den notwendigen Nebenanlagen in einen 40-Zoll-Container eingebaut. Nach dem Systemtest auf dem Werksgelände wurden die Container zum Feldtest bei einer Biogasanlage in der Nähe transportiert. 

Hof ist nach Renningen und Haiger (Hessen) der dritte Standort der WS-Gruppe. Diese beschäftigt insgesamt etwa 150 Menschen, noch wenige davon in Hof. Aber wenn die Idee klappt, dass BtX von E-Flox gebaute schlüsselfertige Anlagen in unterschiedlichste Projekte integriert, könnten es in Hof schnell mehr werden. Zudem soll auch die Komponente Biogasreformer alleine angeboten werden, beispielsweise für Systemintegratoren oder Biogasanlagenhersteller.

Einstieg in lokale Wertschöpfung möglich

Schönfelder ergänzt: „Unser System könnte der Einstieg in lokale Wertschöpfung mit grünem Wasserstoff sein.“ Denn viele Biogasanlagenbetreiber wollen mit ihren Post-EEG-Anlagen raus aus dem Subventionsmodell. BtX ermögliche den Betreibern ein eigenständiges neues Geschäft. „Grünen Wasserstoff für die Mobilität und andere lokale Anwendungen − die regionale Wertschöpfungskette hat man so selbst in der Hand. Und der Rückhalt in der Bevölkerung ist bei dezentralen Konzepten eher gegeben“, so Schönfelder. Die Vorteile lägen auf der Hand: schnelle Verfügbarkeit und verlässliche Produktion bei Tag und Nacht aufgrund der hohen Volllaststundenzahl und gleichmäßigen Produktion der Biogasanlage.

Eine Biogasanlage, die bisher ein 400-kW-Blockheizkraftwerk versorgt, könne durch die BtX-Technik 160 Tonnen Wasserstoff im Jahr produzieren, quantifiziert Andy Gradel. Der Umwandlungswirkungsgrad sei im Übrigen mindestens so gut wie mit der Elektrolyse: Für die Herstellung eines Kilogramms Wasserstoff sind etwa 50 kWh Energie notwendig. Zum Vergleich: Würde die Elektrolyse mit biogaserzeugtem Strom durchgeführt, käme gegenüber der Umwandlung im Dampfreformer nur die halbe Wasserstoffmenge heraus.

Aber ähnlich wie im BHKW bleiben auch bei der Biogas-to-Hydrogen-Technik zwischen 20 und 30 % Wärme übrig, beispielsweise zur Beheizung des Fermenters oder als Nahwärme. Und weil das Abgas sehr sauber sei, könne das darin enthaltene CO2 abgetrennt und zum Beispiel von Landwirten als Dünger für Gewächshäuser genutzt werden, ergänzt Gradel.

Die Technik selbst „ist nichts revolutionär Neues. Aber alles muss zusammenpassen und funktionieren“, stellt Roland Berger heraus. Der Preis für ein solches System liegt je nach Größenklasse zwischen 1,5 und 2,5 Mio. Euro. „Das ist zurzeit billiger als eine Elektrolyse“, sagt Berger. BtX-Forscher Gradel ergänzt: „Nur die Forschung wird derzeit gefördert, nicht aber die Anwendung. Kosten und Risiko des Demonstrationsprojekts stemmen wir selbst.“

Aber wohin mit dem gewonnenen Wasserstoff? Den könne man als Druck- oder Flüssigwasserstoff den umliegenden Unternehmen liefern, zum Beispiel Chemiefirmen. Sinnvoll wäre auch, die Müllfahrzeugflotte kommunaler Grünabfall-Biogasanlagen auf Brennstoffzellenantrieb umzustellen und den Wasserstoff in einer Betriebshoftankstelle selbst zu nutzen. Das könnten auch Bauern mit ihren Landmaschinen. Vorstellbar ist ebenso, öffentliche Wasserstofftankstellen in der Nähe zu beliefern.

„Wir geben den Biogasleuten die Chance, auf der Wasserstoffwelle mitzuschwimmen.“ Irgendwo hat der Forscher dann doch den aktuellen Wasserstoffhype im Hinterkopf.