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StartseiteForschung aktuellMehr Kraft vom Acker03.02.2009

Mehr Kraft vom Acker

Neues Verfahren optimiert Biogas-Herstellung

<strong>Technik. - In Deutschland wachsen auf zwei Millionen Hektar Energiepflanzen, also Mais, Raps oder Weizen, die zu Biokraftstoffen oder Biogas verarbeitet werden. Umwelttechniker vom Dresdner Fraunhofer-Institut für keramische Technologien entwickelten ein Verfahren, das dabei die Effizienz deutlich steigert.</strong>

Von Thomas Schwarz

Dresdener Forscher gewinnen mit einigen Tricks mehr Energie aus Biogas. (AP)
Dresdener Forscher gewinnen mit einigen Tricks mehr Energie aus Biogas. (AP)

Eine Schneckenpresse drückt das letzte bisschen Flüssigkeit aus mehreren Kilo Maissilage. Damit entzieht sie der Silage auch die Säure. Der erste Schritt zu mehr Biogas. Björn Schwarz von der Arbeitsgruppe Umweltverfahrenstechnik des IKTS Fraunhofer-Institutes erläutert, was mit der ausgepressten Silage dann geschieht:

"Das Pressgut wird mittels Extruder zerkleinert, die Partikelgröße stark reduziert, dessen spezifische Oberfläche, an denen Mikroorganismen arbeiten können, wird erhöht, das heißt, die einzelnen Komponenten werden dem Abbau besser zugänglich gemacht."

Die zerkleinerte Silage kommt zusammen mit etwas Klärschlamm, der als Katalysator wirkt, in einen zwei Meter hohen zylinderförmigen Hydrolysetank. Dort brechen Bakterien die Ausgangsstoffe in einzelne Moleküle auf, aus denen dann Biogas entsteht.

"In dieser Hydrolysestufe sind die Bedingungen für Bakterien optimal eingestellt, bei einem pH-Wert von pH fünf bis sechs. Und dies erreichen wir nur, da wir den Mais vorher waschen, das heißt, die Säuren werden vorher entfernt."

Und durch das weniger saure Milieu können die Bakterien besser arbeiten. Dann kommt die Mischung nacheinander in zwei Fermenter. Das sind zwei runde, etwa fünf Meter hohe Tanks mit einem Meter im Durchmesser. In ihnen entsteht das methanhaltige Biogas.

"Während nach dem Stand der Technik im Fermenter II nur 20 Prozent des Gesamtgases produziert werden, wird jetzt bei uns etwa 45 Prozent des Gesamtgasertrages im Fermenter II realisiert."

Der Grund: Die saure Flüssigkeit, die die Presse anfangs aus der Silage entfernt hat. Die ist sehr energiereich und wird im Fermenter II mit den Gärresten aus Fermenter I in hochwertiges Biogas umgesetzt. Insgesamt erzeugt die besondere Vorbehandlung der Silage bis zu 20 Prozent mehr Biogas. Für eine "normale" Brennstoffzelle oder einen Gasmotor ist es aber nicht geeignet, da es sehr viel Kohlendioxid und keinen reinen Wasserstoff enthält. Es ist aber ideal geeignet für eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, wie sie Dr. Michael Stelter von der Abteilung Module und Systeme des IKTS entwickelt hat.

"Wir benutzen eine keramische Hochtemperaturbrennstoffzelle, weil diese durch ihre hohe Betriebstemperatur von 850 Grad Celsius sehr viele kohlenstoffhaltige Brenngase verarbeiten kann, wie auch das Biogas eines ist. Man braucht hier keinen reinen Wasserstoff, es reicht eine ganz einfache Vorbehandlung, ein so genannter Reformer, der aus dem Biogas eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid und ein paar Restgasen macht. Das kann direkt in die Brennstoffzelle rein."

Eine Zelle besteht aus einem quadratischen Elektrolyten aus Keramik mit zehn Zentimetern Kantenlänge, der mit 90 Mikrometern etwa so dünn ist wie ein Blatt Papier. An beiden Seiten sind die Anode und Kathode aus halbmetallischen Substraten aufgebracht. Vierzig dieser Zellen sind in einem würfelförmigen "Stack" gestapelt. in. Zwei dieser Würfel erzeugen zusammen 1,6 Kilowatt Strom. Das reicht gerade einmal für den durchschnittlichen Stromverbrauch eines Haushaltes. Das nächste Modell soll in drei bis vier Jahren 30 bis 40 kW elektrisch leisten und, wegen seiner hohen Betriebstemperatur, auch Wärme erzeugen.

"Wir haben jetzt einen energetischen Gesamtnutzungsgrad von etwas über 80 Prozent und einen Stromwirkungsgrad von 43 Prozent, das heißt pro Kilowatt Biogas, dass wir in die Anlage reinstecken, können wir jetzt schon 430 Watt Strom erzeugen und etwas über 400 Watt an Wärme auskoppeln."

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