Über 9.000 Biogasanlagen sind momentan in Deutschland in Betrieb. In ihnen werden Reste aus der Landwirtschaft, aber auch Bioabfälle aus Industrie und privaten Haushalten zu Biogasen vergoren. Diese kommen dann in Blockheizkraftwerken zum Einsatz oder werden ins Erdgasnetz eingespeist. Neben der direkten energetischen Verwertung können die Produkte der Biogasanlagen aber auch weiterverwertet werden – zu synthetischen Kraftstoffen und Biowachsen. „Solche erweiterten Biogasanlagen eröffnen erhebliche Chancen, um schon jetzt für die Zeit nach dem Kohleausstieg neue Wertschöpfung und Arbeitsplätze im mitteldeutschen Revier aufzubauen“, sagt Erik Reichelt vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS).
Ein Team um Reichelt hat nun die weltweit erste Biogasanlage in Betrieb genommen, die Kraftstoffe und biogene Wachse aus alten Fetten der Gastronomie und der Lebensmittelindustrie erzeugt. Die ursprüngliche Zielsetzung des Projektes war es, Biogasanlagen resilienter gegen Marktschwankungen zu machen, indem die Produktion über eine zuschaltbare Technik auf Biowachse umgestellt werden kann. Diese könnten dann an die Schmiermittel- und Kosmetikindustrie verkauft werden, wodurch sich der Betrieb der Anlage auch bei niedrigen Strompreisen lohnen sollte. Auf dem Weg dorthin stellten die Forscher jedoch fest, dass sich auch noch andere Produkte aus dem Prozess extrahieren lassen.
Drei Erweiterungen – viele Möglichkeiten
In ihrem Projekt erweiterten die Wissenschaftler eine bereits existierende Biogasanlage in Thallwitz bei Leipzig um drei Bauteile: einen Reformer, einen Elektrolyseur und einen sogenannten Fischer-Tropsch-Reaktor. Im ersten Schritt leitet die Anlage das produzierte Biogas gemeinsam mit Wasserdampf in den Reformer, der daraus Synthesegas erzeugt – ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Das Fischer-Tropsch-Aggregat wandelt dieses Synthesegas dann in Methan, flüssige Kohlenwasserstoffe und Wachs um. Das Methan wird direkt in den Prozess zurückgeleitet, wo es dabei hilft, die Anlage zu heizen. Übrig bleiben Wachs und Flüssigprodukte im Verhältnis eins zu eins. Letztere können dann in Raffinerien zu synthetischem Diesel oder Kerosin weiter aufbereitet werden.
Wenn wenig Biogas verfügbar oder besonders viel Strom aus Solar- oder Windkraftwerken im Angebot ist, kann schließlich der Elektrolyseur dazugeschaltet werden. Dieser befindet sich in einem separaten Container und zerlegt Wasserdampf und Kohlendioxid in Wasserstoff und Kohlenmonoxid, also Synthesegas. So sichert er die kontinuierliche Versorgung der Fischer-Tropsch-Anlage ab, die nur mit ausreichend Synthesegas effizient arbeiten kann. Durch die installierten Erweiterungen kann die Anlage nun besonders flexibel auf verschiedene Marktsituationen reagieren. Wenn beispielsweise die Stromabnahmepreise besonders hoch sind, kann der Betreiber das Biogas auf herkömmliche Art verstromen. Sind die Einspeisevergütungen jedoch niedrig, kann die Anlage auf die Produktion von biogenem Wachs und synthetischen Kraftstoffen umgestellt werden. Wenn zusätzlich gerade besonders viel Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung steht, lohnt es sich, den Elektrolyseur zuzuschalten.
