Höhere Methan-Ausbeute bei Biogasanlagen

Die Technik reift. Die erste Demonstrationsanlage wandelte einen Kubikmeter komplett um und erreichte eine thermische Leistung von 10 kW. Ihre Nachfolgerin soll das Fünffache bringen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) arbeiten an einem Verfahren, bei dem aus Kohlendioxid, das in Biogasanlagen anfällt, Methan erzeugt wird. Üblicherweise macht das "Abfallprodukt" etwa 40 % des Biogases aus – und entweicht in die Luft. Die Technik des Fraunhofer IMM ermöglicht es, das Gas, das Bakterien aus Biomasse produzieren, vollständig zu nutzen. Aus 5 m³ Biogas sollen in der neuen Anlage 5 m³ Methan werden.

Chemische Basis dafür ist ein anderer Hoffnungsträger der Energiewende: "Wir wandeln das CO2 mithilfe von grünem Wasserstoff in Methan um", sagt Fraunhofer-Wissenschaftler Christian Bidart. Die zugrundeliegende Reaktion sei seit etwa hundert Jahren bekannt, allerdings bislang meist nur im Labormaßstab angewandt worden. Den Fraunhofer Forscherinnen und Forschern schwebt ein industrieller Prozess vor.

Ein Knackpunkt: Die Anlage muss auf darauf ausgelegt sein, dass die zur Verfügung stehende Menge an Wasserstoff stark schwanken kann. Stromquelle für dessen Erzeugung sollen Windkraft und Photovoltaik sein, die Speicherung von Wasserstoff wäre aufwändig und teuer. "Wir arbeiten daher daran, die Anlage flexibel zu gestalten, um die Speicherung von Wasserstoff möglichst zu umgehen", sagt Bidart. Erreicht werden soll das unter anderem mit CO2-Speichern. Die Menge an CO2, das aus den Biogas-anlagen strömt, sei gleichbleibend, erläutert er.

Zudem bedarf es effizienter Katalysatoren für die chemischen Umwandlung. Das IMM verwendet dafür eine Mikrobeschichtung aus Edelmetallen. Das Prinzip: Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid strömen durch Mikrokanäle, in denen sie miteinander reagieren können und deren Wände mit dem Katalysator beschichtet sind. "Auf diese Weise können wir die Kontaktfläche der Gase mit dem Katalysatormaterial vergrößern und die benötigte Katalysatormenge reduzieren", sagt Bidart.

Im kommenden Jahr will das Wissenschaftlerteam so weit sein, dass die Technik an einer Biogas-Anlage getestet werden kann. Bis 2025 streben sie eine Hochskalierung auf 500 kW an. Und bis 2026 soll die Technik bis zu einer Leistung von 2 MW heranreifen.