Biogas: Alternative für die Nachhaltigkeit

© Fraunhofer IGB

In einem Interview mit dem DWIH São Paulo sprach Barbara Waelkens, Forscherin am Fraunhofer IGB, über ein in Brasilien durchgeführtes deutsch-brasilianisches Projekt, das gemeinsam mit der Abwasserentsorgungsgesellschaft Sabesp entwickelt wurde. Es geht um die Energiegewinnung aus Rückständen wie Klärschlamm.

Es ist unmöglich, sich die verschiedenen Alltagsaktivitäten ohne den Einsatz von Energie vorzustellen. Und um gewährleisten, dass diese sauber ist und im Einklang mit den Richtlinien des Umweltschutzes erzeugt wird, hat sich der Energiesektor kontinuierlich weiterentwickelt. Im Bereich der erneuerbaren Energien gewinnen neben den Wasserkraftwerken auch Windkraftanlagen, Sonnenkollektoren und Biomasseanlagen an Raum.

Die Entwicklung und Implementierung von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen auf dem Markt bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Die Verbreitung dezentraler erneuerbarer Energien ermöglicht zunehmend den Ersatz fossiler Brennstoffe mit positiven Auswirkungen auf Klima und Umwelt. Darüber hinaus werden externe Abhängigkeiten minimiert und lokale Vermögenswerte genutzt.

„Zur Energieerzeugung werden sogar unkonventionelle Energiequellen wie Abfall und Klärschlamm verwendet. Unternehmen gewinnen auf diese Weise neue Einnahmequellen und sind motiviert, ihre Prozesse zu optimieren – auch im Hinblick auf die Kreislaufwirtschaft. Der Einsatz erneuerbarer Energien kann auch Stabilität für ganze Regionen gewährleisten. Isolierte Märkte wie Roraima oder Acre in Brasilien könnten sicherer mit erneuerbaren Energien versorgt werden”, erläutert die Forscherin Barbara Waelkens vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (Fraunhofer IGB), die am Projekt „Verwendung von in Abwasseraufbereitungsanlagen erzeugtem Biomethan als Kraftstoff für Fahrzeuge”, eine deutsch-brasilianische Partnerschaft zwischen dem Fraunhofer IGB und der Staatlichen Gesellschaft für sanitäre Grundversorgung in São Paulo (Sabesp), arbeitet.

Das Projekt sieht einen Prozess vor, bei dem das bei der Abwasseraufbereitung erzeugte Biogas eine Anlage zur Beseitigung von Verunreinigungen und Feuchtigkeit sowie zur Erhöhung der Methankonzentration durchläuft. Das Ergebnis ist der Kraftstoff Biomethan, der anstelle von Benzin, Alkohol oder CNG (Erdgas) verwendet werden kann.

Waelkens war auf Einladung des Deutschen Wissenschafts- und Innovationshaus São Paulo (DWIH São Paulo) Anfang Oktober 2019 nach Brasilien gekommen, um am deutsch-brasilianischen Innovationskongress teilzunehmen, wo sie über ihre Erfahrungen mit diesem Projekt sprach. Seit April 2018 nutzt Sabesp bei der Abwasseraufbereitung erzeugtes Biogas als Kraftstoff für seinen Fuhrpark von 20 Fahrzeugen in Franca (SP). Derzeit ist in Lateinamerika kein anderes Projekt dieser Größenordnung für die Produktion von Biomethan zum Antrieb von Fahrzeugen bekannt, dass aus dem bei der Abwasseraufbereitung entstehenden Biogas gewonnen wird. Laut Waelkens wurde das Projekt erfolgreich abgeschlossen, aber die Anlage befindet sich seit über einem Jahr im Testbetrieb, da immer noch Hürden in der Gesetzgebung überwunden werden müssen. „Es gibt kein Gesetz der Nationalen Behörde für Erdöl, Erdgas und Biokraftstoffe (ANP), das die Kommerzialisierung dieser Energie erlaubt”, erklärt die Wissenschaftlerin.

In Deutschland gebe es hingegen bereits etwa 9.000 Biogasanlagen, von denen die meisten Strom erzeugen. „Dieses Szenario zeigt uns, dass in Deutschland bereits ein etablierter Markt auf diesem Sektor existiert, während Brasilien gerade seine ersten Schritte in diese Richtung unternimmt, aber ein großes Potenzial besitzt”, schließt Waelkens ab.

In einem Interview mit dem DWIH São Paulo gab Waelkens Einblicke in dieses für den Energiesektor wichtige Projekt.

Welche Rolle spielen neue Technologien im Energiebereich in Deutschland?

In Deutschland sind erneuerbare Energien vor allem durch ihre Dezentralität charakterisiert, diese reichen von Solaranlagen auf privaten Gebäudedächern bis zu Offshore-Windkraftanlagen und landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Ende 2018 waren z. B. PV-Module mit einer Nennleistung von 45,9 GW auf über 1,6 Millionen in Deutschland verteilten Anlagen installiert (Fraunhofer ISE, 2019), 2017 hatte die Biogasproduktion ca. 4,5 GW installierte elektrische Kapazität, verteilt auf 8.700 Anlagen (FNR, 2018). Die mittlere Anlagengröße liegt bei 30–550 kW. Diese Anlagen sind für knapp 35 % der Bruttostromerzeugung in Deutschland verantwortlich (UBA, 2019).

Wie können neue Technologien dem Energiebereich Geschäft bringen?

Die dezentrale Produktion von erneuerbaren Energien befördert verschiedene Geschäftsmöglichkeiten für Anlagenhersteller, neue Energieerzeuger, etablierte Betreiber und Energie-Konsumenten. Neben den eindeutigen Geschäftsmöglichkeiten, wie Installation und (durch Digitalisierung gesteuerte präventive) Wartung von neuen Komponenten, können neue Betreibermodelle, die nicht traditionellen Energieerzeuger bei einer effizienten Produktion unterstützen. Hiermit können nicht nur neue Märkte und Arbeitsplätze geschaffen, sondern eine neue Infrastruktur für ganze Regionen geschaffen werden. Weitere Märkte wie die Landwirtschaft zur Produktion von Biomasse, Messtechnologie und Strom- und Gasnetz-Management können ebenso von der Verbreitung der dezentralen erneuerbaren Energien profitieren.

Die Möglichkeit, individuell oder regional angepasste sinnvolle Lösungen zu installieren, erlaubt eine optimale Nutzung der lokalen Ressourcen. Die Biogasnutzung in der Brauerei, der Kläranlage oder dem landwirtschaftlichen Betrieb, die Solaranlage auf einem Gymnasium oder ein Windpark in Natal oder der Nordsee, zapfen Ressourcen an, die vorher nicht genutzt waren.

Was kann der Energiebereich, bzw. die Gesellschaft von diesen neuen Geschäften erwarten? Welche Herausforderungen stellen sich?    

Da die erneuerbaren Energien dezentral anfallen ist ein Umdenken erforderlich, das Geschäftsmodell der traditionellen großen Energieversorger passt hier nicht mehr. Vielmehr müssen die dezentralen oder lokalen Energieerzeuger neue Geschäftsmodelle in Betracht ziehen und sich dabei auch mit Themen beschäftigen (klären) wie Energie-Annahme, -Verteilung, -Vergütung und Qualitätskontrolle. Diese müssen sowohl für den individuellen Stromproduzenten als auch für den Netzbetreiber finanziell vertretbar und technisch durchführbar sein.

Die erneuerbare Energieerzeugung individuell auf eine gute Qualität zu bringen, ist die erste technische Herausforderung und sollte nicht unterschätzt werden. Gute, auf dem lokalen Markt zugängliche Produkte und sinnvolle Ingenieurplanung sind maßgebend nicht nur für die Funktion von Anlagen, sondern auch für den Erfolg der Geschäftsmodelle.

Bei der Stromproduktion ist die größte/wichtigste Herausforderung sicherlich die Stabilität des Netzes. Schwankungen aus Solar- und Windkraft werden in das Netz gespeist, „virtuelle Kraftwerke“ haben die Aufgabe, dieses so zu regeln, dass weiterhin kontinuierlich und sicher Strom geliefert wird. Technologien, wie „Power to X“ zielen darauf ab, dieses „virtuelle Kraftwerk“ so auszustatten, dass elektrische Energie chemisch, biochemisch oder physikalisch gespeichert werden kann und auf Abruf wieder einsetzbar wird.

Bei der Biomethan-Produktion liegt die technische Herausforderung unter anderem darin, die Standards aus dem Erdgasnetz einzuhalten, etwa Druckverhältnisse und Methankonzentration. Durch die biogene Herkunft und mittlerweile hoch qualitative Aufbereitungstechnologien ist der Methananteil im Biomethan höher als in manchem Erdgasnetz und muss gegebenenfalls angepasst werden.

Können Sie uns Beispiele von innovativen Geschäften im Energiebereich geben?

Es gibt meiner Ansicht nach verschiedene Chancen, neue Geschäfte und Geschäftsmodelle aufzubauen. Insbesondere sehe ich bei der Umsetzung von Innovationen interessante Möglichkeiten für regionale „Business to Business“-Geschäfte. Hier sind die Begrenzungen der Gesetzgebung nicht so strikt wie bei der Energie- und Kraftstoffversorgung der Bevölkerung und es kann vertraglich einfacher sein, eine Einigung zu finden. Z. B. kann ein kleiner Biomethan-Hersteller eine benachbarte Firma beliefern, die dieses Biomethan als Kraftstoff für ihre Flotte einsetzt.

Von Ana Paula Katz Calegari