Forschungsprojekt ORBIT II
Erweiterung eines hocheffizienten Rieselbett-Bioreaktors und Optimierung der
Methanisierungsanlage für den kommerziellen industriellen Einsatz
Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) an der OTH Regensburg ist eine forschungsnahe Hochschuleinrichtung, welche sich auf wissenschaftlicher Grundlage mit energietechnischen, energiewirtschaftlichen und energiepolitischen Fragestellungen im Bereich verschiedener Energiespeicher sowie Strom- und Energieversorgungsnetzen aller Spannungsebenen befasst. Geleitet wird FENES mit 25 Mitarbeiter*innen und Student*innen von Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner und Prof. Dr.-Ing. Oliver Brückl. Mit dem Projekt „ORBIT“ konnte ein breites Know-how in der biologischen Methanisierung erworben werden. In Zusammenarbeit mit dem „ORBIT“ Konsortium wurde ein Bioreaktor aufgebaut, in Betrieb genommen, erste Versuche durchgeführt und anschließend optimiert. Am Standort Regensburg konnte ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb des Reaktors demonstriert werden. Beim abschließenden Feldtest in Ibbenbüren konnte der Bioreaktor erfolgreich mit einem Elektrolyseur gekoppelt werden und die Einspeisefähigkeit des produzierten Methans in das Erdgasnetz demonstriert werden.
Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT) beschäftigt sich unter Leitung von Prof. Jürgen Karl mit der Verbrennung und thermischen Vergasung von Biomasse, Hochtemperaturspeichern sowie der katalytischen und biologischen Methanisierung. Prof. Karl koordinierte und koordiniert mehrere EU-Projekte zur Vergasung von Biomasse (FP5-Projekt „Biomass Heatpipe Reformer“), der Nutzung von Synthesegasen in SOFC-Brennstoffzellen (FP6-Projekt „BioCellus“) und zur Methanisierung (u. a. RFCS-Projekt „CO2freeSNG“, BMWi-Projekt Power-to-Biogas). Dazu kamen im Bereich der biologischen Methanisierung die Projekte „Ash-to-Gas“ sowie „ORBIT“ und das aktuell laufende Projekt „IntenseMethane“. Darüber hinaus arbeitet der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik momentan in der VDI Arbeitsgruppe an der Ausgestaltung der neuen VDI Richtlinie „VDI 4635 Power-to-X“ mit, die auch die biologische CO2-Methanisierung adressieren wird. Außerdem beschäftigt sich der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik mit Energiesystemen und Energiewirtschaft sowie mit KI-basierten Themen. Seit 2020 erweitert Frau Prof. Katharina Herkendell die Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls im Bereich der dezentralen Energieverfahrenstechnik um die Bereiche bioelektrokatalytische Stromerzeugung, Waste-to-Energy und Bioelektrosynthese.
Am Lehrstuhl für Mikrobiologie der Universität Regensburg wird seit über 30 Jahren mit extremophilen Mikroorganismen gearbeitet, wobei ein Schwerpunkt die Untersuchung methanogener Archaeen ist. Darüber hinaus hat es eine weltweit anerkannte Expertise für Anzuchten im Großmaßstab bis 300 l, die in das vorangegangene „ORBIT“-Projekt eingeflossen ist. Die Stammsammlung mit ca. 250 hinterlegten methanogenen Archaeen bildet im vorliegenden Vorhaben wie auch schon im „ORBIT“-Projekt die Grundlage des Kulturen-Screenings. Die dabei etablierte Methodik für die Auswahl geeigneter Mikroorganismus – Füllkörper Kombinationen lässt sich leicht und schnell auf das geplante Vorhaben übertragen bzw. können gewonnene Erkenntnisse direkt für das beantragte Projekt genutzt werden. Unabhängig von den in „ORBIT“ untersuchten Füllkörpern wurden bereits erste Versuche mit Glasfüllkörpern der Schott AG durchgeführt. Da diese sich als besonders vielversprechend herausstellten, wurde die Schott AG für detaillierte Untersuchungen als Partner in das Konsortium aufgenommen. Des Weiteren fanden schon erste Untersuchungen zur Etablierung stabiler Co-Kulturen statt, die in das Vorhaben einfließen werden.
Die ostermeier H2ydrogen Solutions GmbH ist eine Ausgründung aus der Klaus Ostermeier GmbH, in der die Wasserstoffkompetenzen gebündelt wurden. Die Gründung erfolgte am 30.03.2021. Die Klaus Ostermeier GmbH wurde 1978 in Eching bei München gegründet. Ausgangspunkt waren Abwurfanlagen für Müll, Wäsche und Papier, welche mittlerweile weltweit zum Einsatz kommen. Dadurch hat sich die Ostermeier GmbH über die letzten Jahre eine hohe Kompetenz im Bereich
Umweltsystemtechnik erarbeitet und auch Systemkomponenten für die Biogasindustrie geliefert. Kombiniert mit einer hohen Fertigungstiefe können komplexe Anlagen am eigenen Fertigungsstandort in Schweitenkirchen produziert werden. Im Jahr 2018 erfolgte der Einstieg in das Segment der Wasserstofferzeugung. Aufbauend auf der langjährigen Erfahrung eigener Mitarbeiter*innen im Bereich erneuerbare Energien und Power-to-Gas sowie der eigenen Anlagenbaukompetenz entwickelt und fertigt die Klaus Ostermeier GmbH einen modularen Elektrolysebaukasten in der Leistungsklasse 1-100 kW zur lokalen Wasserstofferzeugung. Mit diesem Standardprodukt soll in einem ersten Schritt die Wasserstoffversorgung über Flaschen durch eine lokale und bedarfsangepasste Wasserstoffversorgung ersetzt werden. In einem zweiten Schritt findet eine Erweiterung um weitere Komponenten und der Ausbau zu einer H2-Batterie statt. Die Einbindung der Elektrolyse in ein Smart Grid und die Qualifizierung als Baustein zur Energiespeicherung sowie die Anpassung des modularen Elektrolysebaukastens für die maritime Anwendung sind momentan in Arbeit.
Die SCHOTT AG ist ein international führender Technologiekonzern auf den Gebieten Spezialglas und Glaskeramik. Mit der Erfahrung von über 130 Jahren herausragender Entwicklungs-, Material- und Technologiekompetenz bietet das Unternehmen ein breites Portfolio hochwertiger Produkte und intelligenter Lösungen an. Das Unternehmen setzt auf Innovationen und nachhaltigen Erfolg. Die SCHOTT AG hat ihren Hauptsitz in Mainz und ist zu 100 Prozent im Besitz der Carl-Zeiss-Stiftung.
Als Stiftungsunternehmen nimmt SCHOTT eine besondere Verantwortung für Mitarbeiter*innen, Gesellschaft und Umwelt wahr. SCHOTT ist mit über 500 Wissenschaftler*innen, Techniker*innen und Laborant*innen weltweit führend auf dem Gebiet von Glas und Glaskeramik und ist bestrebt, Innovationen und Entwicklungen ständig voranzutreiben. Erste Glasfüllkörper wurden bereits unabhängig von „ORBIT“ und dem hier beantragten Vorhaben hergestellt, von UR untersucht und als vielversprechend deklariert.
Die Bürger-Energie-Genossenschaft im Landkreis Pfaffenhofen a. d. Ilm eG (BEG) wurde 2012 auf Initiative des Energie- und Solarverein Pfaffenhofen e.V. und mit Unterstützung der Stadt Pfaffenhofen für den Landkreis Pfaffenhofen gegründet. Die BEG will bürgerschaftliches Engagement, klimafreundliche Energieerzeugung und wirtschaftlichen Erfolg untrennbar miteinander verbinden. Sie initiiert und finanziert deshalb Projekte zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung erneuerbarer Energien im Landkreis Pfaffenhofen a. d. Ilm. Die BEG plant, finanziert und betreibt Projekte im Bereich Biogas, Windkraft und Photovoltaik und ist mit derzeit über 800 Mitgliedern eine der aktivsten Bürgerenergiegenossenschaften in Bayern und zudem Gründungsmitglied der Landesvereinigung Bürgerenergie Bayern e.V..
Die Electrochaea GmbH wurde 2014 gegründet und hat seitdem ihren Sitz in Planegg bei München. Derzeit sind 40 Mitarbeiter*innen im Unternehmen tätig. Das Geschäftsfeld der Electrochaea GmbH ist eine Biomethanisierungstechnologie (Power-to-Gas, PtG), bei der eine Umwandlung von erneubarer elektrischer Energie in klimafreundliches synthetisches Methan mittels Mikroben genutzt wird. Das erneuerbare Methan kann direkt in das nationale Gasnetz eingespeist werden und wird auf diese Weise speicher- und transportfähig. In diesem Technologiesektor hat die Electrochaea GmbH ihr Verfahren kontinuierlich von der Entwicklung im Labor- und Pilotmaßstab bis zum Bau und Betrieb von Anlagen mit einer elektrolytischen Eingangsleistung von 1 MW vorangetrieben und nun zur Marktreife gebracht. Zu den technologischen Alleinstellungsmerkmalen der Electrochaea GmbH zählt u. a. ein proprietärer Mikroorganismus, ein Archaeenstamm mit konkurrenzlos hoher Methanisierungseffizienz und ein Bioreaktor-Design, das eine sehr hohe volumetrische Produktivität und Skalierbarkeit erlaubt.
Die Hitachi Zosen INOVA Schmack GmbH entwirft maßgeschneiderte Power-to-Gas-Konzepte für Unternehmen und Kommunen, deren Fokus auf einer regenerativen und dezentralen Energieversorgung liegt. Hierbei konzentriert sich das Unternehmen auf die Umwandlung von Wasserstoff in synthetisches Methan im BiON®- Verfahren. Die Schmack BioEnergie GmbH wurde Ende 2019 als Tochterunternehmen der Viessmann Climate Solutions SE gegründet und bündelt mit den Tochterfirmen Schmack Biogas Service GmbH, Schmack Biogas GmbH und microbEnergy GmbH Kompetenzen in den Bereichen Projektentwicklung, Anlagenbau und Anlagenbetrieb von Biogas- und Power-to-Gas Anlagen. Sitz der Hitachi Zosen INOVA Schmack GmbH und ihrer Tochterfirmen ist Schwandorf in Bayern.
Die MicroPyros BioEnerTec GmbH arbeitet seit 2012 an der Entwicklung und Optimierung von
Power-to-Gas-Systemen durch mikrobiologisch fokussierte Technologien zur
Methanisierung von CO2 bzw. regenerativ erzeugten CO-haltigen Gasen
mit erneuerbarem Wasserstoff
Gemeinsam mit Pietro Fiorentini S.p.A. als
Muttergesellschaft bietet das Unternehmen seit 2021 Machbarkeitsstudien zur
technisch-wirtschaftlichen Umwandlung bestehender kohlenstoffhaltiger Gase in
speicherbare Energieträger für Unternehmen und Kommunen an.
Micropyros BioEnerTec ist Teil eines einzigartigen
Unternehmensökosystems unter dem Dach von Pietro Fiorentini, das es ermöglicht,
schlüsselfertige Lösungen im Bereich der erneuerbaren Gase anzubieten, die von
der Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff über die mikrobiologische Methanisierung
bis hin zur Gasaufbereitung und Netzeinspeisung bzw. Gasverflüssigung reichen.
Derzeit wird auf dem Gelände der Kläranlage Straubing die Demonstrationsanlage „BioFARM“ erbaut, an der die fortschrittliche Technologie in realem Einsatzgebiet gezeigt werden kann. Zudem wird derzeit an kommerziellen Vorhaben im europäischen Bereich gearbeitet.
Die Stadtwerke Pfaffenhofen a. d. Ilm wurden 2013 gegründet und sind eine 100%ige Tochtergesellschaft der Stadt Pfaffenhofen a. d. Ilm. Mit über 170 Mitarbeiter*innen ist das Kommunalunter-nehmen zwischen den Metropolregionen Ingolstadt und München für die sichere und nachhaltige Versorgung der etwa 26.000 Bürger*innen und der ansässigen Unternehmen mit Strom, Fernwärme, Gas sowie Wasser zuständig. Zu den Aufgaben gehören neben dem Betrieb des Klärwerks auch die Verantwortung für die Infrastruktur des Wasser- und Abwassernetzes und die Instandhaltung städtischer Straßen. Zahlreiche weitere Dienstleistungen für Pfaffenhofen werden durch den eigenen Stadtservice abgedeckt. Über die eigenen Töchter Stromversorgung Pfaffenhofen und Gasversorgung Pfaffenhofen wurden seit 2017 die entsprechenden Netze wieder in die öffentliche Hand zurückgeführt.
Das Kommunalunternehmen beschäftigt sich seit 2016 im Rahmen der „100 % saubere Energie“ Strategie der Stadt Pfaffenhofen a. d. Ilm mit der Technologie Power-to-Gas. Im Zuge dessen wurden bereits erste Wirtschaftlichkeitsberechnungen angefertigt sowie eine Rechtsberatung eingeholt. In einem bayerischen Forschungsvorhaben werden die Möglichkeiten der Integration einer PtG An-lage mit Rührkessel im MW Maßstab in die Kläranlage untersucht. Die SWP können ihre bisherigen Erfahrungen gewinnbringend in „ORBIT II“ einbringen. Bis 2024 wird die Kläranlage der SWP umgestaltet und für die Zukunft vorbereitet. 2021 bildet hierbei die Planungsphase, 2022 – 2024 folgt die Umsetzungsphase um die Kläranlage auf zukünftige Bedingungen im Energie- und Wassersystem vorzubereiten. Insbesondere in der Planungsphase 2021 kann die Aufstellung und der Betrieb von ORBIT-Demo bereits berücksichtigt und eingeplant werden. Der notwendige Platz für die Anlage ist auf dem Gelände der Stadtwerke vorhanden.