Holz war über Jahrtausende der wichtigste Energieträger. Heute wird es vor allem zum Heizen genutzt, obwohl der Bedarf an Heizenergie abnimmt und beim Verbrennen von Holz gesundheitsschädlicher Feinstaub entsteht. Gleichzeitig hat die Energiegewinnung aus Holz Vorteile: Sie ist CO2-neutral, weil nachwachsende Bäume das entstehende CO2 binden. Zudem steht in der Schweiz genug Energieholz zur Verfügung, um einige Prozente des Energiebedarfs zu decken.
Erdgas aus Holz – umweltfreundlich und vielseitig verwendbar
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun zusammen mit Kollegen der TU Wien ein Verfahren entwickelt, das Holz in synthetisches Erdgas umwandelt, welches in öffentliche Gasleitungen eingespeist werden kann. Dadurch wird die Energie aus Holz etwa für die Stromerzeugung in Gaskraftwerken oder für den Autoantrieb verfügbar. Die PSI-Forschenden haben insbesondere die zweite Stufe des Verfahrens beigetragen. Hier wird das unmittelbar aus dem Holz erzeugte brennbare Rohgas, das aber noch nicht für die Erdgas-Leitung geeignet ist, in einem katalytischen Verfahren in Methan – den Hauptbestandteil von Erdgas – umgewandelt.
Testanlage in Güssing – aus dem Labor in die Anwendung
Das zunächst im Labor entwickelte Verfahren wird inzwischen in einer Testanlage im österreichischen Güssing im technischen Massstab erprobt. Im Dezember 2008 lieferte die Anlage erstmals reines Methan.
Neben der Erzeugung von Erdgas aus Holz arbeiten die PSI-Forschenden an einem weiteren Verfahren zur Produktion von Erdgas. Diesmal aus nasser Biomasse – etwa aus landwirtschaftlichen Abfällen oder Klärschlamm. Dabei haben sie ein Verfahren entwickelt, bei dem die Biomasse unmittelbar genutzt werden kann, ohne dass sie vorher getrocknet werden muss – ein Schritt, der bei anderen Verfahren selbst Energie verbraucht.
Das Verfahren
Bei dem Verfahren zur Erzeugung von Methan aus Holz werden die Holzschnitzel zunächst mit heissem Dampf in Gas umgewandelt. Die brennbaren Anteile von diesem Gas sind vor allem Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan, dazu höhere Kohlenwasserstoffe (Teere). Dieses Gas wird gereinigt (Entfernung von Schwefelverbindungen) und anschliessend in der von PSI-Forschenden entwickelten Methanierungsstufe mit Hilfe eines Nickel-Katalysators zu einem Gemisch aus Methan und CO2 umgewandelt. Das Gas aus der Methanierungsstufe wird anschliessend durch CO2-Abtrennung auf Erdgasqualität aufbereitet. In technischen Anlagen kann das so erzeugte Gas (als SNG – synthetic natural gas bekannt) mit einem Bruttowirkungsgrad von über 60% erzeugt werden. Mittelfristig besteht ein Potenzial, den Wirkungsgrad durch eine Optimierung des Systems Vergasung-Methanierung noch zu verbessern. Neben SNG fällt aus dem Prozess als zusätzliches kommerziell verwertbares Produkt Abwärme an, welche zur Stromerzeugung, zur Deckung von industriellem Wärmebedarf oder zur Speisung von Fernwärmenetzen eingesetzt werden kann. Damit lässt sich der Gesamtwirkungsgrad auf über 80 % steigern, was sowohl aus ökologischen wie ökonomischen Überlegungen wichtig ist.
Die Arbeiten werden von einem schweizerisch-österreichischen Konsortium betrieben, an dem neben dem PSI und der Technischen Universität Wien auch die Firmen Repotec Umwelttechnik GmbH (Wien) und CTU – Conzepte Technik Umwelt AG (Winterthur) beteiligt sind.
Weiterführende Informationen
- Holz – ein wandlungsfähiger Energieträger
Zeitschrift "Energiespiegel" Nr. 16 (2006) - Labor für Energie und Stoffkreisläufe
Webseite des verantwortlichen Labors (in Englisch)