Auslegung, Versuchsbetrieb und Simulation eines Rieselbettreaktors zur biologischen Methanisierung

Tobias Weidlich, FAU

 

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl, FAU

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner, OTH Regensburg

 

 

Auslegung, Versuchsbetrieb und Simulation eines Rieselbettreaktors zur biologischen Methanisierung

Das BMWi-geförderte Projekt geht der Forschungsfrage nach, wie die biologische Methanisierung im Rieselbettreaktor soweit optimiert werden kann, dass sie eine für die Industrie eine konkurrenzfähige Alternative zur Aufwertung von Elektrolysewasserstoff zu Methan darstellt.

Stromgewinnung aus erneuerbaren Quellen ist ein wichtiger Teil der Energiewende und des Klimaschutzes. Doch mit der Erzeugung von grünem Strom entsteht die Herausforderung wachsenden Speicherbedarfes. Ein möglicher Speicherweg ist die Speicherung des Stromes mittels Elektrolyse zu Wasserstoff (Power-to-Gas) mit Aufwertung zu einspeisefähigem Methan. Damit kann die gesamte Erdgasinfrastruktur zum Speichern des „grünen Methans“ genutzt werden. ORBIT betrachtet die gesamte Prozesskette der Speicherung mit dem Schwerpunkt der Methanisierung. Diese geschieht über den innovativen Ansatz der biologischen Methanisierung.

Die biologische Methanisierung funktioniert mit Hilfe von Mikroorganismen, sogenannte Archaeen. Die Archaeen produzieren als Stoffwechselprodukt über die Methanogenese Methan. Diese leben in der Flüssigphase bei moderaten Bedingungen (T=30-110°C) und Drücken ab 1 bar unter anaeroben Bedingungen. Deshalb muss der Reaktor sauerstofffrei sein und die Edukte Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Lösung gebracht werden. Dabei ist insbesondere die Lösung der Gase Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid der limitierende Faktor der biologische Methanisierung, weshalb im Projekt Orbit ein Rieselbettreaktor gebaut wird.

Dafür wird ein speziell für die Anforderung und in ganzheitlicher Betrachtung zwischen Biologie, Verfahrenstechnik und Anlagenbau ein 50-Liter-Rieselbettreaktor konzipiertt und aufgebaut. Dieser wird hydrodynamisch getestet und optimiert und mit speziell selektierten Mikroorganismenstämmen betrieben. Erst als Forschungsreaktor und in der Endphase Testweise im Realbetrieb am Power-to-Gas Standort Ibbenbüren.