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Auto fahren mit Biogas aus Bioabfällen

Im Forschungsvorhaben ETAMAX will ein Verbund aus Forschung, Energiewirtschaft und Industrie mit einem kombinierten, modularen Verfahren lignocellulosearme Abfall-Biomasse , beispielsweise Großmarktabfälle und Algenrestbiomasse, vollständig zu Biogas umsetzen und gleichzeitig alle Stoffkreisläufe schließen. Als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigt, soll das regenerative Biomethan eine kleine Flotte von Erdgas-Fahrzeugen antreiben.

Leicht vergärbare Großmarktabfälle wie Salat, Obst und Gemüse sollen mit einem neuen Verfahren Biomethan als Kraftstoff liefern. © Fraunhofer IGB

Eine nachhaltige Alternative, die Abhängigkeit von knapper werdendem Erdöl und gleichzeitig den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu verringern, ist die Nutzung erneuerbarer Energien. Neben Wasser, Wind und Sonne spielt die Nutzung pflanzlicher Biomasse zur Gewinnung von Bioenergie - Strom, Wärme oder Kraftstoffen - eine herausragende Rolle. Aufgrund seiner Nettoenergieausbeute ist dabei Biogas der wichtigste Bioenergieträger. Biogas , eine Mischung aus Methan und Kohlenstoffdioxid, entsteht bei der anaerob en Vergärung organischer Masse. In Verbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk gilt die Biogas gewinnung als Technik mit sehr hohem CO2-Vermeidungspotenzial.

Dennoch wird das Potenzial von Biomasse zur Erzeugung von Biogas mit dem energetisch nutzbaren Methan gas bislang kaum für mobile Anwendungen in Fahrzeugen ausgeschöpft. Dies will das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart in einem Verbundforschungsvorhaben mit Partnern aus Forschung, Energiewirtschaft, Automobil- und Anlagenbau nun ändern. Das Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, leicht vergärbare, nasse Biomasse - insbesondere kostengünstig anfallende Bioabfälle und Algenrestbiomasse - unter maximaler Energiegewinnung vollständig zu verwerten. "Zentrales Produkt ist regeneratives Methan , das regional erzeugt und genutzt wird", erklärt Professor Walter Trösch, Stellvertretender Institutsleiter und Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik des Fraunhofer IGB. "Biomethan kann wie Erdgas - dessen Hauptbestandteil ja nichts anderes als Methan ist - über das bestehende Netz transportiert werden. Oder, wie in unserem Demonstrationsprojekt CNG-Fahrzeuge (Compressed Natural Gas) antreiben."

Verwertung von Abfallbiomasse

Das Hauptaugenmerk der Forscher liegt auf der Verwertung nasser Abfall-Biomasse , die sich schnell und leicht vergären lässt und keine Konkurrenz zur Produktion von Nahrungsmitteln darstellt: Abfallstoffe aus der Lebensmittelindustrie mit einem sehr hohen Wasseranteil beispielsweise. Ebenso Küchenabfälle aus Haushalten, Großküchen in Kantinen und Mensen oder Großmarktabfälle, die heute meist in Kompostierungsanlagen landen, wobei die enthaltene Energie als Wärme verloren geht. Aufgrund ihres geringen Gehalts an Lignin und Lignocellulose - den holzigen Anteilen, die ohne Luftsauerstoff nur schwer abzubauen sind - sind gerade diese Abfälle optimal zur Vergärung geeignet. Nach dem Hochlastvergärungsverfahren, das vor Jahren am Fraunhofer IGB entwickelt wurde und für Klärschlamm mehrfach technisch realisiert wurde, werden die Feststoffe dieser Biomüllfraktionen in nur wenigen Tagen nahezu vollständig zu Biogas umgesetzt.

Zusätzliche Biomasse durch Algenkultivierung

Biomasse , vor allem Abfall-Biomasse , ist keine unerschöpfliche Ressource. Zusätzliche nasse, lignocellulosearme Biomasse für die Multisubstrat-Hochlastvergärung will das Fraunhofer IGB in Form von Algenrestbiomasse beisteuern. Die Gewinnung von Energie mit Algenbiomasse ist dank einer am Fraunhofer IGB entwickelten Photobioreaktor-Plattform heute schon sehr effizient möglich. In den Reaktoren wachsen Algen nur mit Sonnenlicht als Energie- und Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle sowie anorganischem Stickstoff und Phosphat zu hohen Zelldichten heran.

ETAMAX will den Kohlenstoffkreislauf schließen, indem das Kohlenstoffdioxid, das bei der Vergärung als Koprodukt und bei der Verbrennung von Biogas entsteht, als Kohlenstoffdioxidquelle für die Algenkultivierung genutzt wird. Hier gilt es, robuste Algen zu finden, die mit diesem Rauchgas und zudem in Mitteleuropa jahreszeitlich schwankenden Licht- und Temperaturverhältnissen schnell wachsen.

Biomethan als regenerativer Kraftstoff

In einer Demonstrationsanlage auf dem Gelände des EnBW-Heizkraftwerks in Stuttgart Gaisburg werden die Prozesse im technischen Maßstab realisiert und erprobt. In einer zukünftigen Großanlage könnten aus den kommunalen Bioabfällen der Stadt Stuttgart 300.000 Kubikmeter Methan gas pro Jahr erzeugt werden. Als Fahrzeugkraftstoff aufgereinigt, kann dies für eine kleine Flotte von Müllfahrzeugen mit Erdgasantrieb genutzt werden. Davon profitiert sogar die Luftqualität. Über die Schließung des Kohlenstoffkreislaufes hinaus wird so gemeinsam mit der EnBW Energie Baden-Württemberg AG die Optimierung der Biogas kraftstoffqualität als auch mit der Daimler AG die mobile Anwendung für Fahrzeuge vorangetrieben.

Das ETAMAX-Vorhaben mit starker Beteiligung aus Baden-Württemberg

Das Projekt wird seit Juni 2009 für eine Dauer von fünf Jahren mit insgesamt 6 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF ) innerhalb des Programms "BioEnergie 2021" gefördert. Neben dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart, sind als Forschungspartner das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Freising, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Schweizer Paul Scherrer Institut PSI, als Partner aus der Wirtschaft die Firmen Daimler AG, EnBW Energie Baden-Württemberg AG, FairEnergie GmbH, Netzsch Mohnopumpen GmbH, Stulz Wasser- und Prozesstechnik GmbH, Subitec GmbH sowie die Stadt Stuttgart am Verbundforschungsvorhaben "Mehr Biogas aus lignocellulosearmen Abfall- und Mikroalgenreststoffen durch kombinierte Bio-/ Hydrothermalvergasung" beteiligt.

Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen-
und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart

Prof. Dr. Walter Trösch
Stv. Institutsleiter und Leiter der Abteilung Umweltbiotechnologie
und Bioverfahrenstechnik
Tel.: +49 711 970-4220
Fax: +49 711 970-4200
E-Mail: walter.troesch(at)igb.fraunhofer.de

Ursula Schließmann
Bioenergie
Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik
Tel.: +49 711 970-4122
Fax: +49 711 970-4200
E-Mail: ursula.schliessmann(at)igb.fraunhofer.de

Glossar

  • Lignocellulose bildet das Strukturgerüst der pflanzlichen Zellwand. Sie besteht aus einer Kombination von Lignin, Hemicellulose und Cellulose.
  • Lignin ist ein hochmolekularer, aromatischer Stoff aus verschiedenen monomeren Bausteinen, der sich in die Zellwand von Pflanzen einlagern kann und dadurch zur Verholzung führt.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
  • Aerob bedeutet "mit Sauerstoff".
  • Anaerob bedeutet "lebt ohne Sauerstoff".
  • Ein Stoff aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe und somit eine chemische Verbindung. Es ist geruchslos, farblos und brennbar. In der Industrie wird es oft als Heizgas verwendet.
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung

Glossar

  • Lignocellulose bildet das Strukturgerüst der pflanzlichen Zellwand. Sie besteht aus einer Kombination von Lignin, Hemicellulose und Cellulose.
  • Lignin ist ein hochmolekularer, aromatischer Stoff aus verschiedenen monomeren Bausteinen, der sich in die Zellwand von Pflanzen einlagern kann und dadurch zur Verholzung führt.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
  • Aerob bedeutet "mit Sauerstoff".
  • Anaerob bedeutet "lebt ohne Sauerstoff".
  • Ein Stoff aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe und somit eine chemische Verbindung. Es ist geruchslos, farblos und brennbar. In der Industrie wird es oft als Heizgas verwendet.
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung
Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/pm/auto-fahren-mit-biogas-aus-bioabfaellen/