Erneuerbare Energien sollen im Rahmen der Energiewende langfristig zum wichtigsten Energieträger in Deutschland werden. Ein Ansatz für eine flexible und bedarfsgerechte Energiespeicherung ist die Erzeugung von Methan (CH4) aus Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) (Power-to-Methane). Dabei wird H2 aus nicht genutztem regenerativem Strom mittels Elektrolyse hergestellt und CO2 aus Kläranlagen, Biogasanlagen oder der Industrie kann direkt am Ort der Entstehung genutzt werden.
Die mikrobiologische Umwandlung von H2 und CO2 zu CH4 unter anaeroben Bedingungen durch methanogene Mikroorganismen ist als Teilprozess aus Biogasanlagen oder Faulbehältern auf Kläranlagen bekannt. Ein besonders leistungsfähiges Reaktorkonzept ist der gasgefüllte Rieselbettreaktor, in dem die Mikroorgansimen auf Aufwuchskörpern immobilisiert sind. Durch Aufwuchskörper mit einer großen Oberfläche wird die Kontaktfläche zwischen den Eduktgasen (H2 und CO2) und den Mikroorgansimen in der Flüssigkeitsphase vergrößert und der Stoffaustausch wesentlich verbessert.
In thermophilen anaeroben Rieselbettreaktoren im Technikumsmaßstab konnte bereits eine hohe Methanproduktion von 15,4 m3CH4/(m3Reaktionsvolumen·d) mit Methankonzentration im Produktgas von über 96 % erfolgreich realisiert werden. Damit wäre eine Einspeisung ins vorhandene Erdgasnetz ohne Aufreinigung möglich.
Mit einem aktiven Reaktionsvolumen von 0.8 m3 wurde nun die Einsatzfähigkeit des Reaktorkonzeptes im halbtechnischen Maßstab unter Beweis gestellt. Damit ist der Pilotreaktor auf der Kläranlage Garching (Abbildung 16) einer der derzeit größten anaeroben Rieselbettreaktoren weltweit.
Die Aufwertung von Biogas am Entstehungsort Kläranlage hat ein ganzheitliches Potential, da alle für den Betrieb des Reaktors erforderlichen Ressourcen lokal genutzt werden können.
Nach dem Inokulieren des Reaktors mit Faulschlamm wurde die Reaktorleistung mit Biogas aus dem Faulturm über insgesamt 450 Tagen untersucht. Damit konnte zuletzt eine stabile Methanproduktion von 6 m3CH4/(m3Reaktionsvolumen·d) unter Gasnetz-Eispeisequalität erreicht werden, was unter Berücksichtigung des inerten Methananteils im Biogas einem Produktgas-Volumenstrom von 17 m3CH4/(m3Reaktionsvolumen·d) entspricht.
