BIONICO: Eine Pilotanlage zur direkten Umwandlung von Biomasse in Wasserstoff
Da die Menschheit den Weg hin zu einer Dekarbonisierung der globalen Wirtschaft eingeschlagen hat, werden sauberere Energiequellen immer gefragter. Wasserstoff könnte sowohl die Umweltbelastung als auch die Produktion schädlicher Treibhausgase verringern. Derzeit wird Wasserstoff jedoch größtenteils aus Erdgas, Kohle oder Öl gewonnen, wobei in jedem Fall Kohlendioxid erzeugt wird. Dagegen ist Biomasse eine nahezu CO2-neutrale erneuerbare Energiequelle. Bei der anaeroben Vergärung von Restbiomasse aus verschiedenen Quellen wie etwa tierischen Abfällen, Klärschlamm von Aufbereitungsanlagen, Industrieabwässern und Deponieabfall entsteht Biogas, ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid. Im Rahmen des Projekts BIONICO wird aktuell eine Pilotanlage zur direkten Umwandlung von Biogas in Wasserstoff errichtet. Es wurde ein neues System entwickelt und gebaut, dessen Kern ein neuartiges Reaktorkonzept bildet und das in Kürze in einer echten Biogasanlage demonstriert werden soll. Mit der Anlage sollen voraussichtlich 100 kg Wasserstoff pro Tag erzeugt werden. Sie wird das erste Beispiel einer Anlage zur Umwandlung von Biogas in Wasserstoff sein, die auf Membranreaktortechnologie basiert und in einer echten Biogasanlage installiert ist. „Im Vergleich zu den anderen Membranreaktorprojekten der Vergangenheit wird BIONICO den Membranreaktor in einem viel größeren Maßstab mit mehr als 100 Membranen in einem einzelnen Wirbelschicht-Membranreaktor demonstrieren“, so Dr. Marco Binotti von der Polytechnischen Universität Mailand und Projektkoordinator von BIONICO. Das BIONICO-Konsortium besteht aus acht Partnern aus sieben verschiedenen Ländern der EU. Jeder der Partner war an einem anderen Aspekt der Mission beteiligt, wie beispielsweise an der Planung und Erprobung des Reaktors zusammen mit den wichtigsten Systemkomponenten. Das Projekt BIONICO basiert auf Erkenntnissen aus drei Vorgängerprojekten: ReforCELL, FERRET und FluidCELL. Ein katalytischer Kern Im Mittelpunkt der BIONICO-Anlage steht ein innovativer katalytischer Membranreaktor. Dieser neuartige Reaktor integriert die Wasserstofferzeugung und -trennung in einem Schritt und führt bei 500 bis 550 °C zu einem Umwandlungswirkungsgrad der Reaktion von über 70 %. Dem BIONICO-Reaktor wird Biogas zusammen mit Dampf und Luft direkt zugeführt. Mithilfe eines zugesetzten Katalysators können die durch die Verbrennung des Methans im Biogas aufrechterhaltenen Reaktionen selbst bei diesen relativ niedrigen Temperaturen das Methan in Wasserstoff und Kohlendioxid umwandeln. „Die Ausbeute dieses Umwandlungsprozesses wäre aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen sehr begrenzt. Dieses Problem kann jedoch dank der vorhandenen Membranen überwunden werden. Denn Membranen auf Palladiumbasis wirken wie Filter, die nur Wasserstoff durchdringen kann. Das heißt, dass der Wasserstoff dann als nahezu reiner Strom gesammelt werden kann“, erklärt Dr. Binotti. In die Zukunft nachhaltiger Energie investieren Das Projekt hat viele Ziele. Wirtschaftlich soll zum einen die Machbarkeit und Kosteneffizienz der Lösung aufgezeigt und zum anderen das Marktpotenzial für die neue Anlage definiert werden. In Bezug auf die Umwelt möchte BIONICO den aus Biogas gewonnenen Wasserstoff als zukunftsfähige nachhaltige Energiequelle etablieren und die potenziellen Vorteile einer langfristigen Nutzung solcher Anlagen für die Umwelt quantifizieren. Es sollen spezielle Tests mit unterschiedlichen Biogaszusammensetzungen durchgeführt werden, um die Flexibilität des Prozesses hinsichtlich des Biogastyps zu zeigen. Das Projekt befindet sich momentan in seiner wichtigsten Phase: der Reaktor ist zurzeit in einem Labor installiert und soll bis Ende des Jahres einem 500-Stunden-Test mit synthetischem Biogas unterzogen werden. Im Anschluss sind weitere 2 500 Teststunden auf einer portugiesischen Deponie geplant. „Angesichts der Tatsache, dass heutzutage etwa 95 % des Wasserstoffs aus fossilen Brennstoffen erzeugt werden, denke ich, dass es wichtig ist, sich vor Augen zu halten, dass der von BIONICO bereitgestellte Wasserstoff aus Biogas gewonnen wird und daher umweltfreundlich ist“, sagt Dr. Binotti.
Schlüsselbegriffe
BIONICO, Deponie, Energie, Wasserstoff, tierische Abfälle, Biomasse, Biogas, nachhaltig, umweltfreundlich, Methan, Dampf
