Die Umwelt- und Ingenieurtechnik GmbH Dresden (UIT) hat am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig eine einzigartige Pilotanlage für erneuerbares Methan erfolgreich in Betrieb genommen. Die Anlage, welche durch die UIT geplant und errichtet wurde, nutze biogene Reststoffe, Abfälle und grünen Wasserstoff zur Produktion von Biomethan. Mit einer Gesamtfläche von rund 800 Quadratmetern markiere sie einen Fortschritt in der Forschung zur Bereitstellung erneuerbarer Energieträger für schwer elektrifizierbare Verkehrssektoren wie beispielsweise Schwerlast- oder Schiffsverkehr.
Technologie für Energiegewinnung
Die Pilotanlage am DBFZ ermögliche die Umwandlung biogener Reststoffe und Abfälle in erneuerbares Methan. Durch einen mehrstufigen Prozess – welcher anaerobe Fermentation, hydrothermale Vor- und Nachbereitung und katalytische Methanisierung kombiniert – werde aus organischen Materialien synthetisches Biogas erzeugt. Dieses stehe anschließend als Energieträger zur Verfügung.
Das ankommende Substrat werde zunächst eingelagert und bei Bedarf gekühlt. Anschließend erfolge die Vorkonditionierung, die je nach Anforderungen eine Zerkleinerung, Vermischung oder Dosierung für den weiteren Prozess umfasse. In einem optionalen Verfahrensschritt könne das frische Substrat hydrothermal vorbehandelt werden, um die Fermentationseffizienz zu steigern.
Der Kernprozess sei die anaerobe Fermentation von Biomasse zur Erzeugung von Biogas, bestehend aus Methan (CH₄) und Kohlenstoffdioxid (CO₂). Durch katalytische Methanisierung werde das CO₂ mit Wasserstoff zu synthetischem Methan umgewandelt – dem Hauptprodukt der Anlage. Filtrationsaggregate ermöglichten die Rückführung oder externe Nutzung von Nebenprodukten, wie Fest- und Flüssigdünger sowie Wasser in einleitbarer Qualität. Die Gärreste könnten optional hydrothermal in Hydrokohle umgewandelt werden.
Die übergeordneten technologischen Systeme steuerten, koordinierten und gewährleisteten das Zusammenspiel aller Teilprozesse. Eine geschlossene Kreislaufwirtschaft der Pilotanlage stelle sicher, dass sämtliche Stoffströme bilanziert und wiederverwertet würden, wodurch die Anlage ressourcenschonend arbeite.
Lösungen für technische Herausforderungen
Eine Herausforderung in der Entwicklung der Anlage war nach Unternehmensangaben die Skalierung. Da die Prozesse im kleinen Maßstab wirtschaftlich bleiben müssen, seien industrietaugliche Komponenten wie Pumpen und Ventile oft zu groß dimensioniert. Das Ingenieursteam der UIT habe diese Herausforderung durch zahlreiche Optimierungen bewältigt.
Auch auf sicherheitstechnischen Anforderungen habe in diesem Projekt ein Augenmerk gelegen. Durch iterative Optimierungen und eine Lernkurve habe das Team alle Anforderungen erfüllt.
Zudem sorge das wissenschaftliche Umfeld der Pilotanlage für Ansprüche an Planung, Errichtung und Dokumentation, da die Ergebnisse der Untersuchungen mit der Pilotanlage ausgewertet und genutzt werden sollten. Basierend auf den Forschungsergebnissen der Pilotanlage in Leipzig könne Biomethan u.a. als Energieträger für schwer elektrifizierbare Verkehrsmittel verwendet werden.
Umsetzung durch Anlagenbauer
Die UIT habe die Module zur Substratlagerung, Substratvorbereitung, hydrothermalen Umwandlung, anaeroben Fermentation sowie zur Filtration und Wasserstoffrückgewinnung entwickelt und gefertigt. Zudem seien alle weiteren Technologien, welche zur Integration der obengenannten Teilprozesse in eine Prozesskette und zur funktionalen Sicherheit nötig seien, durch die UIT gefertigt und eingebaut worden. Herzstücke der Anlage seien zwei Fermentationslinien, die sowohl nasse als auch teilweise trockene Substrate verarbeiteten, sowie ein Reaktor für die hydrothermale Karbonisierung.