Biologisches Verfahren zur Erzeugung von Methan

Der zunehmende Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen führt in Deutschland zu einer stark fluktuierenden Stromerzeugung. In wind- und sonnenreichen Zeiten fallen immer größer werdende Mengen an Überschussstrom an, die nicht ins Netz eingespeist oder gespeichert werden können. Mit der von der Bundesregierung beschlossenen Energiewende werden zudem die verbliebenen Kernkraftwerke, die bisher einen großen Teil der Grundlast trugen, schon in innerhalb weniger Jahre abgeschaltet. Die Erzeugungskapazitäten aus fossilen Brennstoffen werden darüber hinaus wegen deren Endlichkeit langfristig immer mehr zurückgehen, so dass sich Lücken in der Energieversorgung ergeben können.
 
Energiewende braucht Speicherkapazitäten
 
Die Schaffung von Speicherkapazitäten, die Energie dann aufnehmen können, wenn sie anfällt und wieder abgeben, wenn Bedarf auftritt, ist deshalb eine Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Speicherung von elektrischer Überschussenergie aus regenerativen Energiequellen ist die Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen, bekannt unter dem Begriff „Power to Gas“. In einem ersten Schritt könnte mit überschüssigem Strom aus Wasser Wasserstoff erzeugt werden, der im Gasnetz mit einem Anteil von 2 bis 5 % gespeichert werden kann. Als ein noch besser geeigneter chemischer Energieträger mit hoher Energiedichte bietet sich vor allem Methan an – aufgrund der nahezu 100 %-igen Kompatibilität zu Erdgas und des deutschlandweit vorhandenen Gasnetzes mit seinen angeschlossenen Speichern.
 
Überschussstrom wird zu Methan
 
Ein neues biologisches Verfahren zur Methanherstellung stellte der Geschäftsführer des zur Viessmann Group (www.viessmann.de) gehörenden Unternehmens Microbenergy (www.schmack-biogas.de), Ulrich Schmack, während einer Strategiekonferenz der Deutschen Energieagentur in Berlin vor. Das Verfahren funktioniert folgendermaßen: Der Überschussstrom aus Windkraft oder Photovoltaik wird in einer Elektrolyse verwendet, um Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Der Wasserstoff wird anschließend in einem biologischen Verfahren in Methan umgewandelt. Das dazu benötigte Kohlendioxid kann beliebigen Ursprungs sein. Aus energiewirtschaftlichen Gründen bietet sich als eine hocheffiziente CO₂-Quelle mit großen Synergien der bundesdeutsche Biogaspark an.  
Verdopplung des Speichervolumens
 
Die Kopplung von bestehenden Biogasanlagen mit der „Power to Gas“-Technologie könnte das aktuell verfügbare, dezentrale Speichervolumen verdoppeln, indem das im Biogas enthaltene CO₂ mit aus Überschussstrom elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff von Mikroorganismen methanisiert wird. Der Methangehalt im Biogas wird durch das biologische Verfahren von durchschnittlich 53 auf annähernd 100 % gesteigert. Bei Biogasanlagen, die Strom ins öffentliche Netz einspeisen, kann dieses angereicherte Gas zunächst zwischengespeichert, in Zeiten höheren Strombedarfs verwertet und zum Ausgleich tagesrhythmischer Schwankungen genutzt werden.
 
Langzeitspeicher für elektrische Energie
 
Zur Langzeitspeicherung von elektrischer Energie über Wochen und Monate bietet sich die Einspeisung des aus Strom erzeugten Methans als SNG (Synthetic Natural Gas) in das Erdgasnetz an. Der dazu nötige biologische Prozess der Methanisierung läuft im Biogasprozess als Nebenreaktion ab. Das biologische Verfahren hat zudem gegenüber dem technisch möglichen chemischen Verfahren den Vorteil, dass es ohne die dort benötigten hohen Temperaturen und Drücke auskommt.