Mit der neuartigen Anlage werde der zur Verstromung notwendige Biogasspeicherbedarf deutlich reduziert und die Flexibilität erhöht. Parallel hat die Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst-Fachschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen das ReBi-Verfahren für den Einsatz von schwer vergärbarem Stroh gemeinsam mit leicht versauernden Substraten in einer Technikumsanlage untersucht.
Biogasproduktion kann schnell gestartet und gestoppt werden
In der Anlage kommt ein zweistufiges Verfahren zum Einsatz. Die biologischen Prozessphasen sind, anders als bei konventionellen Nass-Fermentern, voneinander getrennt. Dies ermöglicht ein schnelles Starten und Stoppen der Biogasproduktion. Die entwickelte ReBi-Anlage besteht aus einer Hydrolysestufe, einer Separation und einem Festbettfermenter. Der Hydrolysereaktor ermöglicht die Trennung der Prozessphasen „Hydrolyse/Säurebildung“ und „Acetat-/Methanbildung“ und dient der Erzeugung leicht abbaubarer Substrate mit geeigneten Säuremustern.
Die anschließende Separation trennt das Hydrolysat in feste und flüssige Phase. Die abgetrennten Feststoffe werden in den Fermenter für die kontinuierliche Biogasproduktion eingebracht. Die flüssige Phase kann zeitlich gezielt in den Festbettreaktor mit erhöhter Bakteriendichte geleitet werden, was eine von der Verweilzeit entkoppelte, hoch flexible Biogasbildung ermöglicht.
Methangehalt erreicht über 70 Volumenprozent
Die Ergebnisse des Vorgängerprojektes mit einer ReBi-Technikumsanlage wurden in den Betrieb einer großtechnischen Versuchsanlage in Bad Hersfeld überführt. Der Festbettreaktor konnte über einen Zeitraum von drei Monaten angefahren werden und lieferte sehr gute Gasqualitäten mit Methangehalten von über 70 Volumenprozent. Allerdings bereitete der Betrieb der Hydrolyse aufgrund hoher Pufferkapazitäten des eingesetzten Inokulums sowie eine sich mit der Zeit ausbildende Schwimmschicht Schwierigkeiten, so dass weitere Untersuchungen zur Ermittlung der Belastungsgrenzen des Festbettreaktors sowie zur Variation der organischen Belastung notwendig sind.
Ein wirtschaftlicher Betrieb der ReBi-Anlage ist unter den aktuellen Rahmenbedingungen nur unter äußerst günstigen Standortbedingungen möglich. Im Rahmen der Studie wurde sowohl die Wirtschaftlichkeit von neuen ReBi-Anlagen als auch die Erweiterung von bestehenden Anlagen untersucht.
Bei Neuanlagen sind Großanlagen am wirtschaftlichsten
Bei Neuanlagen werden die Kosten (in der Grafik blau dargestellt) nicht durch die Erlöse (rot dargestellt) gedeckt. Zwar ist zu erkennen, dass die Differenz zwischen Kosten und erzielten Erlösen mit zunehmender Anlagengröße abnehmend ist, diese jedoch auch bei der größten betrachteten Anlagenkapazität nicht decken. Die Installation von ReBi-Neuanlagen ist bei den vorliegenden wirtschaftlichen und technischen Rahmenbedingungen aus Investorensicht somit nicht rentabel. Hierfür müssten unter den angestellten technischen und ökonomischen Rahmenbedingungen um 4,3 ct/kWhel bis 15 ct/kWhel höhere Erlöse erzielt werden oder die Kosten entsprechend reduziert werden.
Zur Deckung der Stromgestehungskosten ist eine Senkung der Kosten von mehr als einer Kostenposition erforderlich. Aus Sicht der Forschungsnehmer könnte dies eine Reduktion der spezifischen Substratkosen, bei einer höheren Substratnutzungseffizienz (Erhöhung der Methanausbeute pro eingesetzter Tonne Substrat), sowie eine Reduktion der Kosten für den Festbettreaktor insbesondere des eingesetzten Füllmaterials (angesetzt mit 250 €/m³) bei einer höheren Produktionskapazität des Herstellers sein. Darüber hinaus ist sicherlich auch die Erhöhung der Stromerlöse aus der Stromvermarktung eine relevante Stellschraube auf dem Weg zu einem wirtschaftlichen Betrieb von ReBi-Neuanlagen.
Upgrading nur unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll
Im Falle von Bestandsanlagen werden die Kosten für die Erweiterung den Mehrerlösen durch die flexible Verstromung gegenübergestellt. Die negativen bedarfsgebundenen Kosten resultieren aus dem höheren Wirkungsgrad des neuen, größeren BHKW gegenüber dem ursprünglichen Grundlastbetrieb der Bestandsbiogasanlage. Dennoch zeigen die Ergebnisse der ökonomischen Analyse, dass die durch die Flexibilisierung durch die ReBi-Komponenten verursachten Kosten nicht durch die erzielbaren Mehrerlöse gedeckt werden können. Das Upgrading von Bestandsanlagen kann jedoch erfolgsversprechend sein, wenn Biogasanlagen bereits über Behälter (Vorlage und Festbett) sowie einen Separator zur Fest-Flüssig-Separation verfügen.
Das Forschungsvorhaben wurde vom Bundesagrarministerium (BMEL) durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie in der FNR-Projektdatenbank unter den Förderkennzeichen 22400114 und 22401815.
