eBiFlex – Elektrochemische Flexibilisierung von Biogasanlagen

Motivation/Hintergrund

Biogasanlagen stellen insbesondere im Zuge der Abkehr von fossilen Energieträgern und Rohstoffen eine wichtige Säule für eine nachhaltige Energie- und Rohstoffversorgung dar.

Durch die täglichen und saisonalen Unterschiede bei der zunehmenden Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie ist es notwendig, Schwankungen mithilfe von flexibel einsetzbaren Kraftwerken und Stromverbrauchern auszugleichen. Es wird deshalb fortwährend daran gearbeitet, Biogasanlagen als nachhaltige Energieerzeuger zu flexibilisieren, um schnell und effizient auf diese Schwankungen reagieren zu können. Die Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet beschäftigen sich vorwiegend mit Technologien zur Leistungsverzögerung bzw. Zwischenspeicherung von Biogas und Wärme. Dabei sollen bei einer negativen Residuallast (Überschusssituation) Biogas und Wärme gespeichert und zeitverzögert genutzt werden. Die Speicherkapazität beträgt in der Regel mindestens 12 Stunden, um Schwankungen innerhalb eines Tages auszugleichen. Bei einer positiven Residuallast (Knappheitssituation) kann wie gewohnt aus Biogas Strom und Wärme produziert werden, um bedarfsgerecht einen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes zu leisten.

Neben der Leistungsverzögerung und der energetischen Biogasnutzung kann Biogas auch stofflich genutzt werden. V.a. bei Biogasanlagen in ländlichen Gegenden ohne Anschluss an das Gasnetz kann eine Flexibilisierung zur stofflichen Nutzung von Biogas eine Alternative zu fossilen Rohstoffen bieten.

Projektbeschreibung

Ziel des Projektes eBiFlex ist es, durch konzeptionelle Entwicklung einer elektrochemischen Raffinerie (eRaffinerie) den Betrieb von Biogasanalgen zu flexibilisieren. Dabei soll in Phasen einer Stromproduktion oberhalb der Residuallast (günstiger) Strom aus dem Stromnetz oder von lokalen Produzenten erneuerbarer Energien genutzt werden, um Biogas elektrochemisch in die gut speicher- und transportierbare Basischemikalie Methanol umzuwandeln. Dieser Prozess eignet sich darüber hinaus auch zur kontinuierlichen Methanolsynthese als Alternative zur thermischen Nutzung von Biogas.

Die Forschungsarbeiten am DECHEMA Forschungsinstitut beschäftigen sich deshalb mit der Entwicklung und dem Betrieb von Gasdiffusionselektroden (GDE) zur oxidativen Methanolsynthese aus dem Methananteil des Biogases. Der Fokus des Projekts liegt dabei auf der Auswahl eines geeigneten Katalysators, um eine möglichst selektive Oxidation bei hohen Stromdichten zu erreichen. Darüber hinaus soll eine geeignete kathodische Gegenreaktion evaluiert werden, um die Kosteneffizienz des elektrochemischen Prozesses durch die Produktion von Wertstoffen an beiden Elektroden zu steigern.

Das Konzept leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur innovativen landwirtschaftlichen Energiewirtschaft und nachhaltigen Stoffproduktion und bietet die Möglichkeit die Wirtschaftlichkeit des residuallastabhängigen Betriebs von Biogasanlagen zu erhöhen.