Projektbeschreibung

Die zentrale Idee des Projekts ist die Gewinnung von Wasserstoff und industriell nutzbarem Kohlenstoff durch die Pyrolyse von heimischem Biogas. Der so aus dem Biogas gewonnene regenerative Wasserstoff kann direkt als Energieträger oder als Teil eines entstehenden Synthesegases (Basischemikalie, Mischung aus H₂ und CO, heute vorwiegend aus Erdgas hergestellt) genutzt werden. Der im Prozess gebildete Pyrolyse-Kohlenstoff stellt ein industriell stark nachgefragtes Produkt dar, der aktuell aus fossilen Rohstoffen gewonnen wird. So entsteht ein gleich in zweifacher Weise dem Ersatz fossiler Kohlenstoffquellen dienender innovativer Prozess. Da in diesem das während des Pflanzenwachstums aus der Atmosphäre entnommene CO₂ nicht wieder freigesetzt wird, entsteht zudem eine spezielle Route des Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS), mit netto negativen Emissionen.

Durch den Einsatz einer speziellen, flüssigmetallbasierten Pyrolysetechnologie wird der im Biogas gebundene Kohlenstoff zu großen Teilen als festes, mikrogranulares Pulver abgeschieden. Dieses kann z.B. in der Elektromobilität, im Leichtbau, im Bausektor oder in der Kunststoffindustrie verwendet werden. Durch diese Vermarktungsmöglichkeiten hat der Gesamtprozess ein hohes Potenzial als wirtschaftlichen CDR-Prozess.

Die flüssigmetallbasierte Pyrolysetechnologie wurde in Vorgängerprojekten für reines Methan entwickelt und bereits erfolgreich im vom BMWK geförderten Projekt NECOC zur Herstellung industriell verwertbaren Kohlenstoffs unter gleichzeitiger Erzeugung negativer Emissionen eingesetzt. Übergeordnetes Ziel des von der Vector-Stiftung geförderten Projekt ist es, experimentell zu untersuchen, ob Biomethan oder sogar Biogas, mit höheren Fremdgasanteilen neben dem biologisch hergestellten Methan, in dem Pyrolyseprozess nutzbar ist. Das hätte zusätzlich zu den o.g. vielfältigen Vorteilen auch gegenüber dem erwähnten NECOC-Prozess den weiteren Nutzen, dass Energie in Form des Wasserstoffs bereitgestellt werden kann, während der NECOC-Prozess einen deutlichen Energiebedarf aufweist.

Zur Untersuchung der Anwendbarkeit von Biogas werden die folgenden thematischen Forschungsschwerpunkte im Rahmen des Projektes untersucht:

• (1) Durchführung von Pyrolyseexperimenten mit relevanten Eduktgaszusammensetzungen
• (2) Detaillierte Untersuchung und Charakterisierung des erzeugten Kohlenstoffs
• (3) Modellierung, Simulation, Konzeptentwicklung und -bewertung des Gesamtkonzeptes zur Erzeugung des CO₂-negativen Kohlenstoff und Wasserstoffs.

Neben der Bestimmung der Abhängigkeiten der Produktgaszusammensetzung und der Kohlenstoffqualitäten von der Eduktgaszusammensetzung und den Prozessbedingungen soll am Ende des Projekts ein Reaktorkonzept vorgelegt werden, das die Skalierung auf die Größenordnung einer typischen Biogasanlage adressiert. Dieses Konzept wird so gestaltet, dass es als Basis für weitergehende Analysen, insbesondere zur Energieeffizienz, Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses und seine Einbindung in bestehende oder zukünftige Wertschöpfungsketten dienen kann. Dies beinhaltet u.a. die Betrachtung nachhaltiger Energiequellen (PV oder Windenergie) zum Betrieb der Pyrolyse.