Effiziente Energie aus Bioabfällen – Watt d'Or für PSI und Energie 360°

In biologischen Abfällen schlummert ein grosses Potenzial an Energie. In der Schweiz fallen allein im Siedlungsabfall etwa 1,3 Millionen Tonnen Bioabfälle pro Jahr an; hinzu kommen 270 000 Tonnen gesammelte Grüngutabfälle sowie rund 200 000 Tonnen Klärschlamm aus der Abwasserreinigung. Bereits heute gibt es Verfahren, mit denen aus diesen Abfällen Biogas gewonnen wird. Über das Erdgasnetz gelangt diese Energie unter anderem wieder zurück in die Haushalte.

Besonders vielversprechend sind jene Verfahren der Biogasherstellung, die aus dem Rohbiogas, das bei der Vergärung der biologischen Abfälle entsteht, Methan erzeugen – also künstliches Erdgas. Doch das Rohbiogas enthält nur zu etwa 60 Prozent Methan. Die restlichen 40 Prozent sind Kohlendioxid (CO₂), das bisher mit grossem Aufwand abgetrennt und nicht weiter verwendet wird.

Höhere Biomethan-Ausbeute durch PSI-Verfahren

Die am PSI entwickelte und nun ausgezeichnete Technologie vermeidet diesen letzten Schritt. Statt das CO₂ abzutrennen, führen wir Wasserstoff zu und regen diesen zu einer Reaktion mit dem Kohlendioxid an. Dabei entsteht zusätzliches Methan, erklärt Serge Biollaz, unter dessen Leitung die Technologie entwickelt wurde. Dieses als Direkt-Methanisierung bekannte Verfahren erhöht die Methan-Ausbeute deutlich: Am Ende wird das Rohbiogas nahezu vollständig zu Methan umgesetzt. Zudem ist das so erzeugte Biomethan von so hoher Qualität, dass es ohne zusätzliche Aufbereitung in das Erdgasnetz eingespeist werden kann, sagt Biollaz.

Entscheidender Praxis-Test mit Energie 360°

Eine der grössten Herausforderungen für die Praxistauglichkeit des Verfahrens ist, dass die Zusammensetzung der Bioabfälle variiert und damit auch die Zusammensetzung des Rohbiogases. Um das Verfahren unter realen Bedingungen zu testen, hat sich das PSI mit dem Zürcher Energieversorger Energie 360° zusammengetan. Die gemeinsam aufgebaute Testanlage namens Cosyma ist in einem Container untergebracht und kann so zu Biogasanlagen transportiert und dort direkt angeschlossen werden. Im ersten Halbjahr 2017 bestand die Cosyma-Anlage einen 1000-Stunden-Praxistest an der Biogasanlage der Biogas Zürich AG am Klärwerk Werdhölzli. Das mit Cosyma aus Klär- und Vergärgasen produzierte Biomethan wurde dabei in das Zürcher Erdgasnetz eingespeist und lieferte eine Gasmenge, die ausreichte, um ein Einfamilienhaus mit Heizwärme und Warmwasser zu versorgen. Mit dem Langzeittest konnten wir zeigen, dass unser Verfahren bereit ist für eine industrielle Umsetzung, freut sich Biollaz.

Die ESI-Plattform am PSI

Die mobile Testanlage Cosyma ist Teil der Energy-System-Integration-Plattform des PSI. Die ESI-Plattform hat im Herbst 2016 ihren Betrieb aufgenommen. Ihr Ziel ist es, in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Industrie verschiedene Varianten der Power-to-Gas-Technologie und der energieeffizienten Nutzung von Biomasse auf ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit hin zu untersuchen und weiterzuentwickeln.

Zum Watt d'Or

Mit dem Schweizer Energiepreis Watt d'Or zeichnet das Bundesamt für Energie jährlich innovative Projekte aus dem Energiebereich aus. Der Watt d'Or 2018 wurde in den vier Kategorien Energietechnologien, Erneuerbare Energien, Energieeffiziente Mobilität sowie Gebäude und Raum vergeben. Die Preisverleihung fand am 11. Januar 2018 im Kongresszentrum Kursaal in Bern statt.

Text: Paul Scherrer Institut/Martina Gröschl