Verflüssigung

Projektbearbeiter: DVGW-EBI

DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

Die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut ist eine Forschungseinrichtung des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. am KIT. Die Forschungsschwerpunkte des Bereichs „Wasserchemie und Wassertechnologie“ liegen in den Bereichen Wasserqualität, Wassertechnologie, biologische Abwasserbehandlung und biologische Grenzflächen. Dabei steht immer das Prozessverständnis im Vordergrund. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten im Bereich „Gastechnologie“ liegt auf der Erzeugung von Methan aus regenerativen Quellen und auf dessen Aufbereitung und Einspeisung ins Gasnetz.

Der Bereich „Gastechnologie“ untersucht in probioLNG den Einfluss von Biogasbegleitstoffe auf die Verflüssigung in einer Laborapparatur. Außerdem wird ein neues Verfahrenskonzept zur energieeffizienten CO2–Abtrennung aus Biogas mit Hilfe von ionischen Flüssigkeiten auf das Druckniveau des Methanreaktors angepasst. Das Biomethan wird anschließend verflüssigt und ergänzt die Demonstration der probioLNG -Prozesskette am Standort „Untere Lindenhöfe“.

Im Bereich „Wasserchemie und Wassertechnologie“ werden Membranverfahren zur Aufbereitung des Prozessstroms aus einem Hydrolysereaktor eingesetzt. Als erster Schritt wird eine Mikrofiltration für die Fest-Flüssig-Trennung gebaut und in die probioLNG-Prozesskette am Standort „Untere Lindenhöfe“ integriert. Als zweiter Schritt wird die Anwendung der Nanofiltration für die Aufkonzentration organischer Säuren untersucht. Die Membranleistung soll mit den klassischen Parametern Flux und Druck charakterisiert werden. OCT (Optical Coherence Tomography) und online Biofilm-Sensoren werden eingesetzt, um das Fouling zu überwachen.


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Ein viel versprechendes Nutzungskonzept ist der Einsatz von Bio-CNG (komprimiertes Biomethan) oder Bio-LNG (verflüssigtes Biomethan) im Schwerlast- und Seeverkehr sowie in Bau- und Landmaschinen. Durch die deutlich höhere Energiedichte von flüssigem im Vergleich zu komprimiertem Erdgas ergeben sich viele Optionen um LNG flächendeckend bereitzustellen. Verflüssigtes Erdgas kann mit Schiffen leitungsunabhängig transportiert und somit in großen Kapazitäten nach Europa importiert werden. Hierdurch wird die Versorgungssicherheit unabhängig von bestehenden Pipeline-Anbindungen gewährleistet. Bei steigender Nachfrage innerhalb Deutschlands und Europas könnte Erdgas auch in großem Maßstab vor Ort verflüssigt werden.  

Zurzeit ist der Anteil der erneuerbaren Energien im Verkehrssektor in Deutschland vergleichsweise gering und sank 2016 sogar im Vergleich zu 2010 von 5,8 % auf 5,2 %1. Durch die Novellierung der EU-Richtlinie (Renewable Energy Directive, RED II) hat sich Deutschland zudem dazu verpflichtet bis 2030 den Anteil von erneuerbaren Energien im Verkehrssektor auf mindestens 14 % zu erhöhen2. Dabei könnte ein erhöhter Einsatz von Bio-CNG oder Bio-LNG zu einer deutlichen Reduzierung des CO2-Ausstoßes im Mobilitätssektor führen3. LNG als LKW- und Landmaschinen-Treibstoff erzielt mit aktueller Motorentechnologie eine Reduktion der CO2‑Emissionen von ca. 16 %456. Mit regenerativ erzeugtem Bio-LNG können diese um mehr als 65 % verringert werden7, was den Anforderungen der RED II genügt. LNG als Kraftstoff für den Mobilitätssektor bietet auch den Vorteil eines geringeren Schadstoffausstoßes. Die Nutzung von LNG bzw. Bio-LNG reduziert die NOx-Emissionen im Vergleich zu einem Euro VI Diesel um 40 % und den Lärm im Schwerlastverkehr um 50 %8, während die Feinstaubbelastung im Vergleich zu konventionellen Diesel-LKW (Euro VI) um 90 % sinkt9. Bio-LNG ist als gleichwertiger Ersatzkraftstoff in vollem Umfang mit fossilem LNG mischbar, was die Markteinführung dieses erneuerbaren Kraftstoffs erheblich erleichtert. Nicht zuletzt bedeutet eine Erhöhung des Anteils von biomethanbasierten Kraftstoffen eine Reduktion der Importabhängigkeit und somit eine Steigerung der Versorgungssicherheit Deutschlands.

Bio-LNG kann aus unterschiedlichsten Substraten wie z. B. Flüssig- und Festmist, aus Klärschlamm, aus Reststoffen der Pflanzenproduktion, aus Haushalts- und Speiseabfällen, aus kommunalem und industriellem Abwasser und vielen weiteren Einsatzstoffen gewonnen werden, was den CO2-Footprint von Bio-LNG im Vergleich zu fossilem LNG erheblich reduziert.

Im Projekt wird nicht nur die gesamte probioLNG-Prozesskette am Unteren Lindenhof demonstriert werden, sondern auch wissenschaftliche Fragestellungen untersucht. So geht aus einigen Veröffentlichungen hervor, dass H2 bereits in sehr geringen Konzentrationen einen Einfluss auf die Verflüssigung von Methan hat. Deshalb wird am DVGW-EBI eine Anlage aufgebaut, in der der Einfluss von Wasserstoff auf die Verflüssigung von Methan untersucht werden kann.

  • Quellen
    1. https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#statusquo [abgerufen am: 26.03.2018]

    2. Amtsblatt der Europäischen Union, eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/ [abgerufen am: 13.03.2019]

    3. D. Peters-von Rosenstiel, LNG in Deutschland: Flüssigerdgas und erneuerbares Methan im Schwerlastverkehr: Potenzialanalyse und Politikempfehlungen für einen erfolgreichen Markteintritt., Berlin, 2015.

    4. Ays, I. und Geimer, M.:Methane-Fuel cell-CCS-Drive: the emission-free working machine, 7. Fachtagung Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen, 20.02.2019, Karlsruhe. In: Tagungsband S. 143-163.

    5. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena): LNG in Deutschland: Flüssigerdgas und erneuerbares Methan um Schwerlastverkehr. Berlin, Februar 2015

    6. Natural & Bio Gas Vehicle Association (NGVA) Europe: Greenhouse Gas Intensity of Natural Gas. Report Version V1.1, Mai 2017

    7. Ays, I. und Geimer, M.: Methane-Fuel cell-CCS-Drive: the emission-free working machine, 7. Fachtagung Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen, 20.02.2019, Karlsruhe. In: Tagungsband S. 143-163.

    8. DVGW et al. 2016: Potenzialanalyse LNG – Einsatz von LNG in der Mobilität, Schwerpunkte und Handlungsempfehlungen für die technische Umsetzung, Essen u.a. O., 2016.

    9. D. Engelmann, I.Ays und M. Geimer, Flüssiges Methan als alternativer Energieträger für Landmaschinen, 76. Internationale Tagung LAND. TECHNIK, Leinfelden-Echterdingen 2018.