Nachgeschaltete Biogasmethanisierung mit Zeolithmatrix-Katalysatoren (KatMethCon)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Mehrkomponenten-Systems zur direkten katalytischen Methanisierung des im Rohbiogas von Biogasanlagen enthaltenen CO2 durch Reaktion mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff. Gegenwärtig erfolgt die Nutzung des in Biogasanlagen produzierten Biogases vorwiegend in dezentralen BHKW Anlagen zur Strom- und Wärmeproduktion. Seit der EEG Novelle von 2009 steht die Biogasbranche in Deutschland jedoch unter Druck, der sich durch die Novellen 2012, 2014 und 2017 weiter erhöht hat. Insbesondere größere Biogasanlagenbetreiber setzen zunehmend auf die Produktion und Einspeisung von Biomethan in Erdgasnetze. Das beim Biomethan-Upgrade in großen Mengen anfallende CO2 (ca. 1/3 der produzierten Gasmenge) wird bisher meist in die Atmosphäre entlassen. Ziel ist es, diese Emission zu vermeiden, das CO2 mit H2 synthetisch zu CH4 umzusetzen und damit zu einer Verbesserung der Ökonomie und Ökologie des Prozesses beizutragen.
In Abgrenzung zu den derzeit verfolgten Power-to-Gas-Ansätzen, bei denen CO2 vor der katalytischen Umsetzung aus dem Rohbiogas abgetrennt wird, soll im Rahmen des Vorhabens der gesamte Rohbiogasstrom der Methanisierung zugeführt werden. Zum Erreichen der Zielstellung wird ein integrierter Ansatz aus Katalysator-Zeolith-Matrix, einer optimalen Integration der Gasaufbereitung/Gastrennung sowie der Systemintegration für den passgenauen Einsatz in Biogasanlagen und zur Applikationserweiterung in weiteren Bereichen (z. B. Kläranlagen) verfolgt.
Die der F&E Aufgabe zugrundeliegende Reaktion ist als Sabatier Reaktion bekannt:

CO2 + 4 H2 ⇌ CH4 + 2 H2O

Es handelt sich um eine exotherme Gleichgewichtsreaktion unter Molzahlverminderung, die in zwei Schritten abläuft.
1. H2 + CO2 ⇌ CO + H2O
2. 3 H2 + CO ⇌ CH4 + H2O

Die praktische Umsetzung des Prozesses erfordert eine optimale Material-, System- und Prozessintegration. Für die Umsetzung sind effiziente, langlebige und preiswerte Katalysatormaterialien und -strukturen erforderlich. Im Bereich der Gastrennung (CH4, H2O und nicht umgesetztes CO/CO2/H2) müssen wirksame und effiziente Lösungen (z. B. Mem-brantrenntechniken, Zeolithe) bereitgestellt werden. Darüber hinaus ergeben sich neben der energetischen und stofflichen Optimierung des Prozesses Querschnittsthemen, z. B. Beitrag des Vorhabens zur Netzstabilisierung und der Teilnahme der Betreiber künftiger Anlagen am Regelenergiemarkt.

Projektlaufzeit

1.4.2018 - 31.3.2020

Projektleitung

Projektmitarbeiter/innen

Kooperationspartner

  • Beuth Hochschule für Technik Berlin
  • Graforce Hydro GmbH

Mittelgeber

IFAF - Institut für angewandte Forschung Berlin

Förderprogramme

IFAF Förderlinien 1 und 4

Homepage

http://www.ifaf-berlin.de/projekte/katmethcon/