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 umgewandelt, die Biogasqualität damit erhöht und mehr CH4 in das Erdgasnetz eingespeist.
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. Mit dem Erdgasnetz steht eine umfassende Infrastruktur zur Speicherung und Weiterleitung von SNG zur Verfügung. Über den PtX-Weg der Methanisierung von H2 und CO2 zu CH4 und das Erdgasnetz kann 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).
Auf Grundlage einer modellhaften Abbildung bestehender und geplanter Energieinfrastrukturen und der im Projekt zu errichtenden Demonstratoranlagen werden die einzelnen Teilvorhaben in einem gesamtsystemischen Abbild der Modellregion zusammengefügt. Durch verschiedene simulative Untersuchungen zur Integration der Einzellösungen wird frühzeitig ein Augenmerk auf eventuelle Auswirkungen im sich verändernden Energiesystem gelegt, sodass notwendige Konzepte und Szenarien hinsichtlich einer verbesserten, systemdienlichen Wirkung abgeleitet werden können. Dabei werden die einzelnen Tätigkeiten im Projekt auf die gesamte Modellregion skaliert, um eine flächendeckende Einführung von Sektorkopplungstechnologien und speziell Wasserstofftechnologien abzubilden.
Weiterhin ermöglicht eine simulative Unterstützung des Realanlagenbetriebs in unterschiedlichen Modellierungstiefen und -umfängen
• die Untersuchung verschiedener Einsatzszenarien der Demonstratoren,
• die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Regelungsstrategien, Netzbetriebsführungen und Marktteilnahmen
in einer integrierten und sektorübergreifenden Betrachtung.
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%. 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 Demonstrationsvorhaben stehen die Ergebnisse nach Abschluss der wissenschaftlichen Begleitung durch die TU Hamburg 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. Mg pro Jahr, liegt bei ca. 1,5 Mio. Mg pro Jahr.
1. Planung und Genehmigung der Demonstrationsanlage
2. Errichtung
3. Dreijähriger Testbetrieb mit wissenschaftlicher Begleitung
Stadtreinigung Hamburg
Position / Funktion
Links zu Studien etc.
