Energiewende und nachhaltige Mobilität

Als regenerativer, grundlastfähiger Energielieferant wird Biogas für die Energiewende immer wichtiger. Wird Biogas entsprechend aufgereinigt, kann das hochreine Methan auch als Kraftstoff (Erdgasfahrzeuge) oder Chemiegrundstoff Verwendung finden – oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Die effiziente Erzeugung von Biogas aus Klärschlamm mit Anaerobtechnologien ist seit Jahrzehnten ein zentrales Forschungsgebiet am IGB. Mehrere Kläranlagen unterschiedlicher Größe haben wir bereits auf unser Verfahren der Hochlastfaulung umgestellt und die kommunalen Stromverbraucher damit zu Energieproduzenten bzw. energieautarken Betrieben gemacht. Landwirtschaftliche Biogasanlagen optimieren wir hinsichtlich Produktivität und Effizienz.

Auch für Bioabfälle und biogene Reststoffe entwickeln wir spezifische Lösungen, um Biogas oder vielseitig einsetzbaren Biowasserstoff herzustellen.

Zur Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff werden an vielen Stellen leistungsfähige Membranen benötigt. Das IGB entwickelt Membranen für die Bereitstellung von sauberem Wasser für die Elektrolyse, für die elektrochemische Spaltung von Wasser in Polymerelektrolytmembran (PEM)-Elektrolyseuren und zur Rückverstromung mittels PEM-Brennstoffzellen ebenso wie für das Feuchtemanagement in der Brennstoffzelle und die Auftrennung H₂-haltiger Gasgemische.

Hochlastfaulung für das Schlamm-Management auf Kläranlagen

Die effiziente Erzeugung von Biogas aus Klärschlamm mit unserem Verfahren der Hochlastfaulung haben wir bereits auf verschiedenen kommunalen Kläranlagen umgesetzt. Durch die Hochlastfaulung wird der Klärschlamm mit Nettoenergiegewinn stabilisiert, kann optimal entwässert und mit kleinstmöglichem Kostenaufwand thermisch entsorgt werden. Dabei entsteht der regenerative Energieträger Biogas als Produkt. Mit dem gewonnenen Biogas kann der Energiebedarf der Kläranlage gedeckt und so weitere Kosten eingespart werden. Die Hochlastfaulung stellt deshalb auch betriebswirtschaftlich eine intelligente Alternative dar und verbessert die Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen deutlich.

© Foto Verbandsgemeindewerke Edenkoben
Die zweistufige Hochlastfaulung in Edenkoben erlaubt es, die Kläranlage flexibel an die hohe Abwasserfracht während der Weinlese anzupassen.

Schlamm-Management auf Kläranlagen

Referenzprojekte

Optimierung landwirtschaftlicher Biogasanlagen

Als Säule der regenerativen Energieerzeugung wird Bioenergie immer wichtiger, denn Biogas kann eine gewisse Zeit gespeichert werden und die Stromerzeugung an den Bedarf angepasst werden. Auf der anderen Seite ist die »Vermaisung« unserer Nutzlandschaft in die Kritik geraten, da Monokulturen von Nachteil für die Diversität der Pflanzenwelt ist und Energiepflanzen um Ackerflächen konkurrieren. Grund genug, die Prozesse in landwirtschaftlichen Biogasanlagen unter die Lupe zu nehmen und verfahrenstechnisch im Hinblick auf ihre Effizienz zu optimieren.

Effiziente Verfahren zur Biogasgewinnung aus Bioabfällen und NaWaRo

Referenzprojekte

Organische Rest- und Abfallstoffe energetisch nutzen

Unser Know-how zur effizienten Vergärung organischer Stoffe setzen wir ebenso für die Nutzung von Reststoffen der Lebensmittelindustrie und der Landwirtschaft ein und entwickeln spezifische Lösungen, vom Gärtest im Labormaßstab bis zur Konzeption von Anlagen im technischen Maßstab. Im Zuge der Dezentralisierung der Energiewirtschaft werden dabei zunehmend auch geringe Massenströme interessant.

Effiziente Verfahren zur Biogasgewinnung aus Bioabfällen und NaWaRo

Herstellung von Biowasserstoff aus Reststoffströmen

»Grüner« Wasserstoff (H₂), der mittels Elektrolyse von Wasser mit erneuerbaren Energien hergestellt wird, gilt als Schlüsselelement der Energiewende. Der Bedarf an regenerativ erzeugtem Wasserstoff für eine klimafreundliche Wirtschaft in Industrie, Verkehr und Wärmeversorgung ist enorm. Deutschland und Europa setzen daher vor allem auf Wasserstoffimporte aus südlichen Ländern mit ganzjährig ausreichender Sonneneinstrahlung.

Das Fraunhofer IGB geht in zwei aktuellen Projekten einen neuen Weg, um den klimaneutralen Energieträger und Industrierohstoff herzustellen: Mit biotechnologischen Verfahren, beispielsweise Mikroorganismen (Purpurbakterien) oder Mikroalgen, soll Biowasserstoff aus Reststoffströmen wie Altholz oder Spülabwässern erzeugt werden.

Membranen für grünen Wasserstoff

© Fraunhofer IGB
Testzelle zur Bestimmung des Wasserstoff Cross-overs bei Drücken bis 50 bar und Temperaturen bis 80°C

Membranen spielen an vielen Stellen der Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff eine wichtige Rolle.

Dies beginnt bei der Bereitstellung von sauberem Wasser für die Elektrolyse, über die elektrochemische Spaltung von Wasser in Polymerelektrolytmembran (PEM)-Elektrolyseuren, bis zur Rückverstromung mittels PEM-Brennstoffzellen.

Für das Wassermanagement in der Brennstoffzelle können auch Membranbefeuchter genutzt werden, die wir am Fraunhofer IGB entwickeln und in automatisierten Testständen prüfen.

Weitere mögliche Anwendungen für Membranen sind die Auftrennung H₂-haltiger Gasgemische mittels Membranen, wie z. B. Palladiummembranen oder auch die Gewinnung von Wasserstoff in sogenannten Membranreaktoren durch direkte Spaltung von Wasser (Sauerstoffleitende Perowskit-Kapillarmembranen).