Hy2Biomethane

Prozesstechnische Einbindung eines Rieselbettreaktors für die biologische Methanisierung von Wasserstoff in die Druckwasserwäsche-basierte Biomethanerzeugung

01.04.2021

30.09.2023

FKZ-Nr.:

03EI5431

Im Rahmen des geplanten Vorhabens soll die verfahrenstechnische Einbindung eines Rieselbettreaktors in die Druckwasserwäsche-basierte Biogasaufbereitung konzipiert, entwickelt und labortechnisch erprobt werden. Das Konzept sieht vor, dass die CO2 beladene Waschlösung im Anschluss an die CO2-Abtrennung direkt in den Methanisierungsreaktor geleitet wird, um das für die biologische Methanisierung benötigte CO2 bereitzustellen. Um die grundsätzliche verfahrenstechnische Realisierbarkeit der Forschungsidee nachzuweisen und die Modellrechnungen zu validieren, wird die im Modell entwickelte Systemkonfiguration im Labormaßstab nachgebildet.

Im zukünftigen Energiesystem wird der Power-to-Gas Technologie (PtG) eine Schlüsselrolle im Umfeld der Energiespeicherung und Sektorkopplung zugeschrieben. Für die Methanerzeugung aus Wasserstoff und Kohlendioxid hat sich neben der katalytischen Reaktion die biologische Methanisierung als vielversprechender Konversionspfad etabliert. Dabei zeichnet sich die mikrobiologische Umsetzung durch vergleichsweise geringe Reinheitsanforderungen an die Eduktgase sowie durch einen robusten und lastflexiblen Betrieb aus. Einen vielversprechenden Ansatz, den Phasenübergang des Wasserstoffs in der Flüssigphase der biologischen Methanisierung zu erhöhen, besteht in der Konzeption eines Hochdruckprozesses in einem Rieselbettreaktor. Neben dem Reaktorkonzept besteht eine weitere zentrale Fragestellung im Projekt in der Erschließung von CO2-Bezugsquellen für die Realisierung von PtG-Anlagen. Unter den biogenen CO2-Quellen bieten Biogasanlagen mit angeschlossener Gasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz (sogenannte Biomethananlagen) das am technisch und wirtschaftlich günstigsten zu erschließende Potenzial.

Biogas, Biokraftstoffe, Biomethan, KWK, Sektorkopplung, Strom, Systemintegration, Wärme

• Ganzheitliche Konzeption des Gesamtsystems • Zusammenfassung von Systemkonfigurationen zu Gesamtkonzepten • Abbildung der verfahrenstechnischen Prozesse der Systemkomponenten in einem Gesamtmodell • Gegenüberstellende Analyse unterschiedlicher Verschaltungsvarianten • Adaption der bestehenden Laboranlage zur Druckwasserwäsche und der Hardware-basierten Gestaltung der Schnittstelle mit dem Rieselbettreaktor

• Detailuntersuchungen zur adaptiven Auslegung des Rieselbettreaktors an die gekoppelte Nutzung mit der Druckwasserwäsche-basierten CO2-Abscheidung • Hoch aufgelöste numerische Prozesssimulationen des Stoffübergangs der Eduktgaskomponenten • Fertigung des Reaktors auf der Grundlage des generierten Reaktorkonzepts • Experimentelle Voruntersuchungen am Reaktor zur Validierung der Detailsimulationen

• Dimensionierung und regelungstechnische Einbindung der Anlagenperipherie • Gegenüberstellung möglicher Reaktorkonzepte und Entwicklung und Konstruktion der Komponenten • Wirtschaftlichkeitsanalyse bzgl. der Kosteneffizienz des Systems im Kontext unterschiedlicher Verwertungspfade • Implementierung und Programmierung der benötigten Prozessleittechnik zur Darstellung eines dynamischen Betriebs der Versuchsanlage bei der Erprobung unterschiedlicher Betriebs- und Regelstrategien • Entwicklung von Geschäftsmodellen