Methan aus Biogasanlagen soll eine klimafreundlichere Alternative zur Erdgas sein. Allerdings entsteht in der Biogasanlage neben Methan auch Kohlendioxid. Das ist zwar biogen und damit weniger problematisch als CO₂ aus fossilen Quellen, doch um die Erderwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen, müssen auch diese Emissionen vermieden werden. Fraunhofer-Forschende haben dazu ein Verfahren entwickelt, das sie jetzt schrittweise hochskalieren wollen.

Methan aus CO₂ und grünem Wasserstoff

Bislang entstehen in Biogasanlagen aus Biomasse zu rund 60% Methan und 40% CO₂. Das Methan wird entweder vor Ort genutzt, um Strom und Wärme zu erzeugen, oder aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Künftig könnte auch das CO₂ zu Methan weiterverarbeitet werden und den gleichen Weg gehen. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM hat im Projekt ICOCAD I ein Verfahren entwickelt, um aus CO₂ und grünem Wasserstoff mit Hilfe spezieller Katalysatoren Methan herzustellen.

Alte Reaktion, neue Herausforderungen

Die chemische Reaktion dahinter ist seit hundert Jahren bekannt. Die Herausforderung liegt jedoch beim grünen Wasserstoff: Der ist nur dann grün, wenn er mit erneuerbaren Energien erzeugt wird –  und deren Verfügbarkeit schwankt. Daher muss der Prozess für die Biogasanlage in der Lage sein, mit diesen Schwankungen zurechtzukommen. Weil Wasserstoff schwieriger zu speichern ist, wollen die Forschenden das CO₂ zwischenspeichern und die Prozessrate daran ausrichten: „Wir arbeiten daher daran, die Anlage flexibel zu gestalten, um die Speicherung von Wasserstoff möglichst zu umgehen“, erläutert Christian Bidart vom IMM.

Designt für effizienten Katalysatoreinsatz

Ein kritischer Faktor dabei ist der Katalysator und dessen möglichst effizienter Einsatz. Die Forschenden haben dazu Mikrokanäle konstruiert, die mit Edelmetallen beschichtet sind, durch die Wasserstoff und Kohlendioxid strömen und dort reagieren. „Auf diese Weise können wir die Kontaktfläche der Gase mit dem Katalysatormaterial vergrößern und die benötigte Katalysatormenge reduzieren“, erklärt Bidart.

Nennleistung von ein bis zwei Megawatt im Jahr 2026

Für eine durchschnittliche Produktion von einem Kubikmeter Methan pro Stunde und einer thermischen Leistung von zehn Kilowatt ist das im nun abgeschlossenen Projekt bereits gelungen. Jetzt soll das Folgeprojekt ICOCAD II dazu dienen, die thermische Leistung bis 2023 um den Faktor fünf zu vergrößern. In weiteren Schritten, so der Plan des Team, soll dann ab 2026 eine industrietaugliche Anlage mit ein bis zwei Megawatt Leistung in Betrieb sein.

bl