Das Biogas- und Kompostwerk Bützberg (BKW Bützberg) der Stadtreinigung Hamburg generiert aus Bioabfall Biogas, scheidet CO2 ab und speist Biomethan als Reingas in das Erdgasnetz ein.
Als Innovation wird am Standort eine Elektrolyse nachgerüstet und der mit erneuerbarem Strom erzeugte Wasserstoff in die Fermenter eingebracht. Durch biologische in-situ Methanisierung wird ein Teil des Biogas-CO2 zu CH4 (Methan) umgewandelt, die Biogasqualität damit erhöht und mehr CH4 in das Erdgasnetz eingespeist.
Mit dem Erdgasnetz steht eine umfassende Infrastruktur zur Speicherung und Weiterleitung von SNG (Synthetic Natural Gas) zur Verfügung. Über den Power-to-X-Weg der Methanisierung von H2 (Wasserstoff) und CO2 zu CH4 und das Erdgasnetz können Stromspeicherung und Sektorenkopplung kurzfristig umgesetzt werden und einen erheblichen Beitrag zur Dekarbonisierung der Wirtschaft leisten.
In diesem Vorhaben werden die Synergien einer klimaneutralen Wasserstofferzeugung am Standort einer Bioabfallvergärung mit Biomethaneinspeisung durch Nachrüstung einer Elektrolyse demonstriert. Genutzt wird die in-situ Methanisierung des erzeugten Wasserstoffs in den vorhandenen Fermentern mit dem bei der Vergärung erzeugten CO2, ein Prozess, der als Teil der Biogaserzeugung in jedem Fermenter stattfindet.
Durch den zusätzlich eingebrachten Wasserstoff wird die H2-Limitierung des Stoffwechsels sogenannter Archaeen (anaerobe Mikroorganismen, die für ihren Metabolismus H2 und CO2 zu CH4 verstoffwechseln) aufgehoben, so dass der CO2 Überschuss im Biogas verringert wird und der CH4-Anteil steigt.
Das zusätzlich erzeugte Methan wird in der vorhandenen Gasaufbereitung angereichert und in das Erdgasnetz eingespeist. Damit demonstriert dieses Vorhaben einen besonders effizienten Weg für die Speicherung von regenerativem Strom und dessen sektorübergreifende Nutzung über das Erdgasnetz als synthetisches Methan (SNG).
Die Power-to-Gas Technologie (PtG) bietet eine Option, überschüssigen Strom in gasförmige Energieträger umzuwandeln und ins Erdgasnetz einzuspeisen. Das Erdgasnetz dient dann als Zwischenspeicher von großen Strommengen, um Demand-Side-Management zu gewährleisten. Bei der Einspeisung von Wasserstoff in das Erdgasnetz sind Grenzen der für die Netze und die Anwender*innen vertretbaren Wasserstoffkonzentrationen zu beachten. Hier gelten aktuell in den meisten Teilnetzen Grenzwerte von 2 Prozent.
In diesem Vorhaben werden die Synergien einer Wasserstofferzeugung am Standort einer Bioabfallvergärung mit Biomethaneinspeisung durch Nachrüstung einer Elektrolyse und Einbringen des Wasserstoffs in die Fermenter demonstriert. Durch in-situ Methanisierung wird der Wasserstoff zu CH4 gewandelt, für das es bei der Einspeisung in das Erdgasnetz keine Grenzwerte gibt. Diese großtechnische Demonstration ist ein Novum und Ziel der geförderten Umsetzung ist, die Grenzen dieses Verfahrens durch Bilanzierung der Stoffströme und der Stoffumsetzung in Abhängigkeit zu den Prozessparametern und -bedingungen zu ermitteln, sowie CO2-Einsparung und Wirtschaftlichkeit abzuschätzen.
Zur In-situ-Methanisierung bei chargenweisen Perkolationsverfahren zur Vergärung von Haushaltsbioabfällen konnten in einer Online-Recherche im Rahmen der Antragserarbeitung keine Referenzprojekte gefunden werden, so dass diese Untersuchungen erstmalig durchgeführt werden.
Als gefördertes Referenzvorhaben stehen die Ergebnisse nach Abschluss der wissenschaftlichen Begleitung durch die Technische Universität Hamburg (TUHH) anderen möglichen Nutzer*innen zur Verfügung. Das Gesamtpotenzial der CO2-Einsparung bei Nutzung des Verfahrens, für die gesamte in Deutschland getrennt gesammelte und behandelte Bioabfallmenge von ca. 16 Mio. Tonnen pro Jahr, liegt bei ca. 1,5 Mio. Tonnen pro Jahr.
1. Planung und Genehmigung der Demonstrationsanlage
2. Errichtung
3. Dreijähriger Testbetrieb mit wissenschaftlicher Begleitung
Stadtreinigung Hamburg
Projektmanager
