Wässerige Biomasse hat Energiepotenzial

Eidgenössisches Departement für
Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK
Bundesamt für Energie BFE
Sektion Energieforschung
Programm Biomasse 59 / Okt. 2012
Wässerige Biomasse hat Energiepotenzial
Auch nasse biogene Stoffe haben ein energetisches Potenzial zur Erzeugung von Biogas. Mit
hohem Druck und Wärme kann es ausgeschöpft werden. Das am Paul Scherrer Institut (PSI)
entwickelte Verfahren der hydrothermalen Vergasung wurde in einer Pilotanlage umgesetzt;
das anspruchsvolle Forschungsprojekt führte zur Gründung eines Spin-off-Unternehmens.
Am PSI konnte die hydrothermale Vergasung in einer Laboranlage mit einem Durchsatz von 1 kg/h
entwickelt werden. Das Prinzip umfasst eine Erhitzereinheit, einen Salzabscheider und den katalytischen Reaktor. Resultat: Methan und Wasser. (Bilder: PSI)
Beschränkte Verfügbarkeit der verschiedenen Ressourcen und offene Stoffkreisläufe, welche die
Umwelt belasten, sind zwei wesentliche Probleme der heutigen Energiesysteme. Die hydrothermale
Vergasung von nasser Biomasse zur Erzeugung von Methan stellt eine Ergänzung zur Nutzung trockener Substanzen dar. Die Produktion von synthetischem Erdgas aus organischen Abfallströmen
bildet die nächste Generation der Biogas-Technologien. Statt nasse Biomasse, wie Gülle, Klärschlamm usw., trocknen zu müssen, wird sie unter hohem Druck und mit Wärme sowie durch den
Einsatz eines Katalysators in Methan überführt. Die katalytische Hochdruckvergasung und Methanisierung findet in wässriger (hydrothermaler) Phase bei ca. 300 bar und 380 °C statt. Ausgangsstoffe
sind Bioabfälle pflanzlicher und tierischer Herkunft sowie organische Abfälle aus Industrieanlagen. Als
Vorteile dieses Verfahrens gelten die prozessinterne Abscheidung der Nährsalze durch ein patentiertes Verfahren, ein hoher Prozesswirkungsgrad Biomasse zu Methan von 60 – 70 % sowie die Tatsache, dass Methan unter hohem Druck (bis ca. 280 bar) direkt abgetrennt werden kann.
Highlights
 Energetische Nutzung von nasser Biomasse
 Hoher Prozesswirkungsgrad der Biomasse zu Methan von 60 – 70 %
 Abtrennung von Methan und Wasser.
D:\3 BFE\Success Stories\Success Stories 2012\59 Faktenblatt Programm Biomasse Hydrothermal DE.doc
Akteure
 Paul Scherrer Institut, Catalytic Process Engineering, Villigen, www.psi
 Hydromethan AG, Villigen, www.hydromethan.ch
 KASAG Langnau AG, www.kasag.ch
Quellen
 BFE-Überblicksberichte der Programmleiter / Infos der Akteure
Entwicklung
Der Wassergehalt dient bei der hydrothermalen Vergärung als Reaktionsmedium, welches unter einem Druck von 221 bar und bei hoher Temperatur zum überkritischen Fluid wird. Im Rahmen der Forschungsarbeiten am PSI musste ein geeigneter Katalysator, aber auch eine angemessene Hochdruckpumpe gefunden werden. Angestrebt wurde zudem ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad
des Prozesses.
Energieforschung und -entwicklung
 Entwicklung der hydrothermalen Vergasung zur Nutzung nasser biogener Stoffe.
Herausforderungen
 Definition des verfahrenstechnischen Optimums (Hydrolyse-Optimum, Salzabtrennung usw.)
 Anlagentechnische Auslegung zur Erzeugung hoher Drücke und Temperaturen
 Scale-up zu einer Demonstrationsanlage (Durchsatz 1'000 kg/h).
Perspektiven
 Technologische Ergänzung zur Methan-Produktion aus trockenen biogenen Substanzen
 Alternative für die energetische Nutzung von Biomasse
Mit hohem Druck und einer Temperatur von ca. 380 °C erreicht der Prozess der hydrothermalen Vergasung den überkritischen Bereich. Mit Hilfe der Sonnenenergie können in Zukunft auch Mikroalgen
erzeugt werden, aus denen man im hydrothermalen Prozess Methan gewinnen kann. (Bilder: PSI)
Aktualisierung
Im Juni 2010 erfolgte die Gründung eines Spin-off-Unternehmen: Hydromethan AG. Deren Ziel ist die
Umsetzung der hydrothermalen Vergasung und die Schaffung geschlossener Stoffkreisläufe bei nasser Biomasse. Dabei hat man sich auch mit der Konzeption eines Mikroalgen-Prozesses befasst, also
mit einem Photo-Bioreaktor, in welchem durch Sonne, Wasser und Kohlendioxid das Algenwachstum
erfolgen kann. Mit dieser Biomasse könnte man einerseits Methan, anderseits Nährstoffe, Wasser und
Kohlendioxid produzieren, welche zurück in den Bioreaktor geleitet werden.
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D:\3 BFE\Success Stories\Success Stories 2012\59 Faktenblatt Programm Biomasse Hydrothermal DE.doc