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Biomethan aus biogenen Reststoffen produzieren? So geht das!

Gemeinsam mit unseren Partnern New Power Pack, dem Forschungszentrum Jülich und dem Fraunhofer-Institut UMSICHT haben wir im Projekt BiRG eine Demonstrationsanlage zur Produktion von Biomethan aufgebaut und erprobt. In mehreren Schritten werden biogene Reststoffe in einspeisefähiges Biogas umgewandelt. Die Anlage wurde im Mai 2023 in Betrieb genommen.

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Was sind biogene Reststoffe?

In Deutschland fallen jährlich große Mengen an biogenen Reststoffen aus der Landwirtschaft, den Kommunen und der Industrie an. Dazu gehören z. B. Gärreste aus Biogasanlagen, Hühnerkot, Stroh, Nussschalen, Klärschlamm, Pferde- und Putenmist, Holzhackschnitzel oder auch Grünschnitt.

Die energetische Nutzung dieser biogenen Reststoffe spielt zur Gewinnung von Erneuerbaren Energien eine wichtige Rolle.

Die Nutzung und Ausbringung dieser biogenen Reststoffe auf landwirtschaftliche Flächen werden zunehmend zu einer Herausforderung. Sie tragen zur Nitratbelastung des Grundwassers bei und sind daher nicht mehr unbeschränkt in jeder Region möglich. Die Entsorgung stellt für die ansässigen Landwirte und Kommunen eine kostenintensive Aufgabe dar.

Es braucht eine Vor-Ort-Lösung für die lokale Verwertung als Alternative zu dem kostspieligen Transport in Regionen, deren Böden einen Mangel an Stickstoff und weiteren Nährstoffen aufweisen.

Demonstrationsanlage für Bio-Reststoffgas

Zur Produktion von Biomethan haben wir eine Demonstrationsanlage aufgebaut und im Betrieb optimiert. Das Projekt wurde unter dem Namen BiRG im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung gefördert.

Die biogenen Reststoffe werden durch eine Pyrolyse, eine Reinigungsstufe für das entstehende Rohgas, einen Wassergas-Shift-Reaktor und eine Methanisierung in Biomethan überführt.

In dem Pyrolyseschritt erfolgt die Umwandlung der biogenen Reststoffe bei sehr hohen Temperaturen in Gas und Biokohle. Das Rohgas besteht vor allem aus CH₄, CO, CO₂ und H₂. Im Wassergas-Shift-Reaktor wird der CO-Anteil des Rohgases zusammen mit hinzugefügtem Wasserdampf zu CO₂ und H₂ umgesetzt. CO₂ und H₂ werden anschließend in der mikrobiellen Methanisierung durch Archaeen* zu CH₄ und Wasser umgewandelt. Das CH₄ kann dann in das Gasnetz eingespeist werden.

*_{Archaeen sind Mikroorganismen, die eine Vorliebe für archaische, sauerstofffreie Lebensbedingungen haben, die denen der Ur-Erde gleichen.}

BiRG - Drei Fliegen mit einer Klappe

Durch die Produktion von Biogas mit dem BiRG-Verfahren wird auf drei Wegen zur Treibhausgasminderung beigetragen:

Das entstehende Biogas kann in das Erdgasnetz eingespeist werden, verdrängt fossiles Erdgas und vermeidet dadurch die Emission von fossilem CO₂: ein vielversprechender Weg zur Produktion regenerativer Gase, der zum Erfolg der Energiewende beiträgt.
Als Nebenprodukt der Pyrolyse fällt ausschließlich Biokohle an. Die darin gebundenen Nährstoffe (Kali, Phosphat) sind als Dünger einsetzbar und erhöhen die Bodenfruchtbarkeit. Biokohle verbleibt auf lange Zeit im Boden - bis über 1000 Jahre. Der Prozess weist dadurch eine negative CO₂-Bilanz auf.
Der BiRG-Prozess stellt eine Vor-Ort-Lösung der Entsorgungsaufgabe von biogenen Reststoffen für Kommunen und Landwirte dar.