Vergleich der biologischen und katalytischen Methanisierung für den Einsatz bei PtG-Konzepten

Um die Ziele der Bundesregierung zur Erhöhung der Anteile erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch zu erreichen, werden Speichertechnologien immer wichtiger. Eine Möglichkeit bietet die Speicherung in Form chemischer Energieträger und die Nutzung der bereits vorhandenen Erdgasinfrastruktur. Die Reaktion der Methanisierung beschreibt die Umwandlung von H2 und CO2 zu CH4 und H2O. Die katalytische, meist nickelbasierte Umwandlung läuft bei Temperaturen zwischen 300–550 °C und Drücken größer als 10 bar ab. Kommerziell finden hauptsächlich Festbettreaktoren ihren Einsatz, allerdings bieten Reaktorkonzepte wie beispielsweise Waben-, Wirbelschicht- oder Dreiphasenreaktoren hinsichtlich Temperaturkontrolle noch Potential. Bei der biologischen Methanisierung nehmen Mikroorganismen die Rolle des Katalysators ein und setzen die Eduktgase H2 und CO2 zu Methan und Wasser um. Der Prozess läuft bei Temperaturen von 30–70 °C ab. Eine Herausforderung besteht darin, die Eduktgase in die Flüssigkeit zu transportieren. Kohlenstoffdioxid stellt dabei ein weitaus geringeres Problem, verglichen mit H2 dar. Die biologische Methanisierung kann zusätzlich zu den parallel ablaufenden Fermentationsprozessen die Methanausbeute bestehender Biogasanlagen erhöhen oder im separaten Reaktor ablaufen. Im separaten Reaktor können die Milieubedingungen perfekt auf die methanisierenden Mikroorganismen eingestellt und geeignete Konzepte zur Einbringung des Wasserstoffs implementiert werden. Die Vor- und Nachteile der katalytischen als auch der biologischen Methanisierung werden im Folgenden aufgeführt und mögliche Reaktorkonzepte und Prozessketten diskutiert.