WaStraK NRW – Wasserstofftechnologie in der Abwasserbeseitigung

Die verstärkte Nutzung regenerativer Energien sowie die Reduzierung des Energieverbrauches sind wesentliche Bestandteile der Klimaschutzziele zur Förderung einer nachhaltigen Energieversorgung, wozu auch Kläranlagen (KA) ihren Beitrag leisten können. Ein Ansatz hierfür ist die effizientere Nutzung des Biogases als wesentlichem regenerativem Energieträger der Abwassertechnik sowie weiterer regenerativer Quellen auf Kläranlagen. In diesem Zusammenhang sollte auch die Optimierung des Wärmemanagements von Kläranlagen betrachtet werden. In Zeiten von Energieüberschüssen im Stromnetz bzw. nur minimalem sommerlichen Wärmebedarfs auf der KA ergibt es gesamtwirtschaftlich Sinn, einen anderen Pfad der Biogasverwertung zu gehen. Dieser kann darin bestehen, Biogas in einen Energieträger mit höherer Energiedichte, einfacher Speicherbarkeit und mobiler Verwertbarkeit umzuwandeln. Ein Ansatz dafür ist die Methanolsynthese, bei der aus Biogas Synthesegas erzeugt wird, welches schließlich in den flüssigen Energieträger Methanol umgewandelt wird.

Das vom Land NRW geförderte F&E-Vorhaben „WaStraK“ umfasste die Detailplanung, Genehmigungsphase, Inbetriebnahme, Erprobung sowie die wissenschaftliche Untersuchung einer halbtechnischen Pilotanlage, bei der erstmalig in einem kontinuierlichen Prozess die Methanolsynthese aus Biogas erprobt wurde. Bei der Inbetriebnahme der Anlage erfolgte eine intensive Erprobung und Abstimmung der einzelnen Prozessstufen. Hierbei wurden unter anderem Modifikationen an einzelnen Geräten wie z. B. am Prozessgaschromatograph, die Anpassung der Temperierung sowie der Einbau angepasster Geräte wie z. B. einer kleinen Feedpumpe für den Reformer vorgenommen. Insbesondere das Zusammenspiel der Aggregate sowie die Plausibilisierung der Messergebnisse und Prozessparameter (Gaszusammensetzung in den Zwischenstufen) erforderte eine intensive Auseinandersetzung mit den eingebauten Anlagenbestandteilen.

Im Forschungsbetrieb wurden die Betriebsparameter der WaStraK-Versuchsanlage über einen Zeitraum von etwa 15 Monaten systematisch variiert, um die Einstellungen zu ermitteln, mit denen die höchste Methanolausbeute zu erreichen ist. Dazu zählten sowohl die Versuchsreihen zur Ermittlung einer geeigneten Gasqualität aus dem Reformer als auch die Versuchsreihen, in denen die eigentliche Methanolsynthese bzw. deren Produktivität im Blickpunkt standen.

Ausblick

Aus den Erkenntnissen im Probebetrieb und im regulären Versuchsbetrieb ließen sich weitere Optimierungsmaßnahmen entwickeln. Diese berücksichtigen sowohl den Betrieb als auch die Einsetzbarkeit einer Methanolsynthese auf Kläranlagen. Sie lassen sich in technische, betriebliche und organisatorische Maßnahmen unterteilen, die für eine optimierte Versuchsanlage als auch für eine großtechnische Anlage relevant sind. Im Rahmen eines geplanten Folgeprojektes sollen diese Optimierungsmaßnahmen durchgeführt werden, um so die Konversion der eingesetzten Gase, die Produktausbeute sowie das Wärmemanagement der bestehenden Versuchsanlage weiterzuentwicklen. Anschließend ist ein Scale-Up der Anlage vorgesehen.