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Donnerstag, 21. Februar 2019

Erneuerbare Energien

Mit Produktionsabfall zum Biomethan

Von Thomas Gaul | 8. November 2018 | Ausgabe 45

Aus den Gärresten des Biogasprozesses lässt sich Aktivkohle gewinnen. Das lässt sich auch als Filter nutzen, um das Biogas weiter aufzubereiten.

w - Biokohle BU
Foto: imago/photothek.net/Thomas Trutschel

Aus Biogas wird Biomethan: Für diese Aufbereitung lässt sich auch Aktivkohle nutzen, die sich aus Prozessabfällen der Biogasherstellung gewinnen lässt.

Biogasanlagen können mehr, als Strom und Wärme zu produzieren. So lässt sich Biogas in Erdgasqualität aufbereiten, um es in das Gasnetz einspeisen zu können. Biomethan nennt sich dieses Biogas. Produktion und Nutzung werden so entkoppelt.

Das Biomethan kann dann für eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten bis hin zur Mobilität genutzt werden. Doch vor dem Einspeisen in das Gasnetz steht der Prozess des Aufbereitens. Dazu stehen mehrere Verfahren zur Verfügung. Es geht vor allem darum, das den Verbrennungsprozess störende CO2 aus dem Biogas abzutrennen.

Forscher der Universität Hohenheim haben nun mit Wissenschaftlern der Nova-Universität in Lissabon einen Weg gefunden, auf biologischem Weg dem Biogas das Kohlendioxid zu entziehen. Dabei dienen die Gärreste aus der Biogasanlage nach einer Behandlung selbst als Filter.

Das Prinzip: Die Gärreste sind das, was nach dem Vergären der organischen Substanz im Fermenter übrig bleibt. Um die Gärreste als Filter nutzen zu können, werden sie in einem speziellen Verfahren in Aktivkohle umgewandelt. Mit Hilfe von Aktivkohle lässt sich das Rohbiogas aufbereiten, das CO2 darin umwandeln in Methan – Methanisierung heißt dieser Prozess. Von den ursprünglichen Gärresten bleibt dann ein Substrat, das vor allem Phosphat und Kalium enthält, weshalb es als Dünger wieder auf die landwirtschaftlichen Anbauflächen ausgebracht werden kann.

Erzeugung der Aktivkohle: „Dabei handelt es sich um ein sogenanntes nasses Verfahren“, erklärt Catalina Rodriguez Correa vom Fachgebiet Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe der Universität Hohenheim. Denn die Gärreste enthalten ohnehin viel Wasser. Bei dem neuen Verfahren werde deshalb das in den Gärresten enthaltene Wasser genutzt, so die Wissenschaftlerin: „Die Biomasse erhitzen wir in einem Druckbehälter, dem sogenannten Autoklav, drei bis sechs Stunden bei 190 °C bis 250 °C.“

Dieser Prozess wird als hydrothermale Karbonisierung (HTC) bezeichnet. Dabei entsteht eine Aktivkohle, die ausgepresst und getrocknet wird. Im Anschluss wird Lauge hinzugeführt und die Aktivkohle wieder auf 600 °C erhitzt. Durch das Erhitzen entstehen in der Kohle Mikroporen, kleine Hohlräume, die das überschüssige CO2 aufnehmen können. In Versuchen hat diese Aktivkohle aus Gärresten deutlich besser abgeschnitten als übliche Aktivkohle. Der große Vorteil ist, dass CO2 in den Mikroporen der Aktivkohle gebunden ist und nicht in die Umwelt entweicht. Die Aktivkohle aus Gärresten lässt sich darüber hinaus als Filtermaterial in der Industrie, in der Kunststoffproduktion oder für Karbonfasern einsetzen.

Die Humusanreicherung dürfte wichtig werden: Humusreiche Böden können so mehr Wasser speichern. Das würde zu Zeiten wie in diesem Sommer mit extremer Trockenheit für Landwirte von großem Nutzen sein. Steigt der Humusgehalt im Boden messbar an, wird CO2 im Boden eingelagert. Je Hektar Ackerfläche lassen sich mit 1 % Humusgehalt etwa 40 t CO2 binden. Diese CO2-Bindung ließe sich in Zukunft beispielsweise an Unternehmen verkaufen, die ihre CO2-Bilanz aufbessern wollen.

Doch ist hydrothermal erzeugte Kohle weniger stabil als durch Pyrolyse erzeugte. Während HTC-Kohle nur Jahrzehnte stabil bleibt, kommt Pyrolysekohle auf 100 bis über 1000 Jahre.

Im Biogasprozess kann die Biokohle eine nützliche Rolle spielen. So sollen bei der Biogasproduktion statt der Energiepflanzen verstärkt organische Abfälle als Substrat Verwendung finden. Dazu zählen stickstoffreiche Abfälle aus der Nutztierhaltung wie Geflügelmist. Aus organischem Stickstoff entsteht bei der Vergärung Ammonium, das jedoch die bakterielle Mikroflora im Fermenter stört: Die Biogasbildung verläuft dann langsamer, die Gasausbeute sinkt. Diese sogenannte Ammoniumhemmung ist eines der größten Probleme im Biogasprozess.

Wie Forscher am Potsdamer Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie gezeigt haben, kann Biokohle aus Gärresten die Ammoniumhemmung reduzieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Mikroflora im Fermenter durch die Biokohle positiv beeinflusst wird. Nach Zugabe der Biokohle stieg der Anteil der methanbildenden Bakterien.

Auch kann die Biokohle als direkte Nahrung für Bakterien dienen, wodurch der Gasertrag steigt. Auch bei schwer abbaubaren Biomassen wie Stroh lässt sich der Gasertrag steigern. So kann das bei der Karbonisierung anfallende Prozesswasser im Biogasfermenter mitvergoren werden. Die Biokohle dient als Aufwuchsträger und zusätzliche Nahrung für die Mikroorganismen.

Biokohle kann dort ansetzen, wo die bisherige Biogaserzeugung an ihre Grenzen stößt: beim Einsatz stickstoffreicher Biomassen aus organischen Abfällen, zur Erhöhung der Gasausbeute aus schwer aufschließbaren Biomassen wie Stroh, zur Minderung von Stickstoffemissionen aus Gärresten und zur Bodenverbesserung durch Humusaufbau sowie zur CO2-Sequestrierung.