Forschungsprojekt ORBIT II
Erweiterung eines hocheffizienten Rieselbett-Bioreaktors und Optimierung der
Methanisierungsanlage für den kommerziellen industriellen Einsatz
Ziel des Vorhabens ist die Erweiterung eines Rieselbett-Bioreaktors (ORBIT-Demo) für die biologische Methanisierung mit Archaeen um Elektrolyseur, Gasaufbereitung und Gasspeicherung inkl. notwendiger Peripherie. Ein PEM-Elektrolyseur wird hierfür speziell angepasst und umfangreich untersucht. Für den Einsatz im Bioreaktor werden neue Füllkörper auf Basis von Glas entwickelt, hergestellt und untersucht. Parallel zu den Untersuchungen in ORBIT-Demo wird ein Zwilling im 5 L-Maßstab aufgebaut, an dem weitere Untersuchungen stattfinden. Die Gesamtanlage ORBIT-Demo wird mit verschiedenen Bio- oder Abgasen aus Industrieprozessen als CO2-Quelle betrieben. Es werden methanogene Kulturen identifiziert, die für die verschiedenen Gase geeignet sind und hohe Umsatzraten erzielen. Abschließend wird die Anlage als Feldtest am Klärwerk in Pfaffenhofen a. d. Ilm integriert und dort betrieben.
Es werden potentielle Standorte für PtG-Anlagen mit biologischer Methanisierung in Deutschland identifiziert und anhand verschiedener Gütekriterien bewertet. Basierend auf den Ergebnissen in ORBIT-Twin und ORBIT-Demo wird ein Upscale der Anlage (ORBIT-Industry) geplant und für eine der identifizierten Industriebranchen ausgelegt.
Das Vorhaben ist eine direkte Fortführung des BMWK-geförderten Projekts „ORBIT“ („Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas Anlagen“). Die Systemintegration und Kostensenkung von Power-to-Gas Anlagen sowie die Nutzung von biogenen Abfallstoffen (Abgasen) als Eduktgase für die Methanisierung werden als übergeordnete Ziele vom interdisziplinären Konsortium verfolgt.
Im Rahmen von ORBIT II versammelten sich internationale Expert*innen auf dem Gebiet der Methanisierung vom 05. bis 06. Oktober 2023 an der Universität Regensburg zum interdiszipliniärem Workshop „Advances in biological methanation: Microbes as game changers for a sustainable future“.
Am 10.01.2023 wurde die angepasste PEM-Elektrolyse der Ostermeier H2ydrogen Solutions GmbH an die OTH Regensburg transportiert und in den Versuchscontainer integriert.
Am 21.11.2022 wurde an der OTH Regensburg der erste von drei Workshops im Projekt ORBIT II unter dem Titel „Erneuerbares Gas – Der vergessene Energieträger“ ausgerichtet. In der Spitze informierten sich bei 10 spannenden Vorträgen über 70 Personen zum Thema Power-to-Gas.
Im Rahmen von ORBIT II arbeiten zehn Partner*innen an der Weiterentwicklung und dem industriellen Einsatz einer Power-to-Gas Anlage und damit an der Zukunft der Wasserstoffwirtschaft in Deutschland. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Projekt mit 1,8 Millionen Euro über 3 Jahre.
Das Verbundprojekt ORBIT geht nach dem Erfolgreichen Feldtest in Ibbenbühren und einem letzten Umzug der Anlage nach Regensburg am 31.12.2020 zu Ende.
Die Methanisierungsanlage aus ORBIT wird in Ibbenbüren als Ergänzung zu der von Westenergie seit 2015 bestehenden Power-to-Gas-Anlage offiziell in Betrieb genommen. Zu dem Termin reisten auch die Bundesministerin für Bildung und Forschung Anja Karliczek sowie Andreas Feicht, Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, an.
Wir freuen uns, mit dem ORBIT-Projekt Teil des im Juni erschienenen Bundesbericht Energieforschung 2020 des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) zu sein.
Nach der erfolgreichen technischen Erprobung an der FAU Erlangen-Nürnberg können nun zum ersten Mal Archaeen angeimpft und die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff zu Methan getestet werden.
Der ORBIT-Rieselbettreaktor zur biologischen Methanisierung wurde in Nürnberg abgebaut und erfolgreich an seinen neuen Standort in Regensburg transportiert. Er steht jetzt für die Inbetriebnahme und den weiteren Versuchsbetrieb zur Verfügung.
Die Förderung für das Verbundvorhaben ORBIT beginnt zum 01.07.2017 und läuft über 3 Jahre. Im Mittelpunkt des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 1 Million Euro geförderten Projekts steht die biologische Methanisierung, bei der mit Hilfe von Mikroorganismen aus Wasserstoff einspeisefähiges, „grünes“ Methan hergestellt wird. Das Projekt zeichnet sich außerdem durch die ganzheitliche Betrachtungsweise der Fragestellungen aus: Biologen, Verfahrenstechniker, Energietechniker, Anlagenbauer und Anwender arbeiten Hand in Hand.
Der Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger und Rohstoffe ist europaweit längst eine be-schlossene Sache. Deutschland hat sich dabei eine „Dekarbonisierung“ der Bundesrepublik bis zum Jahr 2050 zum Ziel gesetzt. Dazu gehört u. a. die Steigerung der Energieeffizienz aller Sektoren und der Ausbau erneuerbarer Energien, welcher primär den Zubau von Wind- und Solarstromanlagen bedeutet. Damit wird erneuerbarer Strom zur Primärenergie, die im Gegensatz zu fossiler, gespeicherter Primärenergie von fluktuierender Natur ist. Aufgrund dieser Fluktuationen ist sowohl ein temporärer als auch lokaler Ausgleich zwischen Energieerzeugung und -verbrauch notwendig.
Die Technologie Power-to-Gas (PtG) kann dieses Problem lösen. Durch die Umwandlung des Stromes in Wasserstoff und anschließend Methan lässt sich die Energie für lange Zeiträume einfach speichern. Der lokale Ausgleich kann über die Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur in Deutschland erfolgen. PtG kann dementsprechend zur Langzeitspeicherung verwendet werden und bereits vorhandene Infrastruktur auch in einem zukünftig dekarbonisiertem Energiesystem nutzen. Neben der aktuellen Regulatorik gibt es auch weitere Hemmnisse, die dem Rollout der Technologie aktuell noch im Wege stehen. Vielen Stakeholdern fehlt das Wissen, ob in ihren Betrieben die Integration einer PtG-Anlage technisch möglich und sinnvoll ist, wodurch eine enorme Hürde für die Umsetzung eines solchen Projektes vorhanden ist. Gerade im Bereich der biologischen Methanisierung, insbesondere mit Rieselbettreaktor, gibt es sehr wenige Projekte bzw. Anlagen, die bereits im industriellen Umfeld angesiedelt sind. Dementsprechend existieren auch wenig Unternehmen mit Erfahrungen in diesem Bereich.
Der aus dem „ORBIT“-Projekt vorhandene Rieselbett-Bioreaktor soll zu einer Gesamtanlage inkl. Elektrolyseur erweitert (ORBIT-Demo) und in einer Containerbauweise umgesetzt werden. Die Ausführung als Gesamtanlage führt dazu, dass das System einfacher in bestehende Industrieprozesse integriert werden kann, da sich die Anzahl der notwendigen Schnittstellen aus Sicht des Industriestandortes deutlich verringert. Durch die Verwendung eines Containers in einer Standardgröße lässt sich die Gesamtanlage zukünftig leicht transportieren, da Speditionen bereits ausgiebige Erfahrungen mit solchen Ladungsgrößen haben.
Um die Anwendung von Rieselbettreaktoren voranzutreiben, sollen reale Industriegase verschiedener PtG-Standorte sowohl in mikrobiologischen Untersuchungen als auch in einem parallel dazu betriebenen Reaktor im 5 L-Maßstab (ORBIT-Twin) getestet werden. In enger Zusammenarbeit von biologischem Labor und ORBIT-Twin soll herausgefunden werden, ob Co- oder Reinkulturen hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Prozessstabilität in den unterschiedlichen Anwendungsszenarien zu bevorzugen sind. Mit der Integration von ORBIT-Demo am Klärwerk Pfaffenhofen soll ein potenzieller Anwendungsbereich unter realen Bedingungen getestet werden.
Für den Rollout der Technologie sollen verschiedene Hemmschwellen für Stakeholder genommen werden. Durch die Identifikation und Veröffentlichung geeigneter Standorte für die Integration von PtG-Anlagen mit biologischer Methanisierung können Akteure wie Projektierer und Kommunen einen schnellen und kostenfreien Überblick über ihre Möglichkeiten in diesem Bereich erlangen. Durch den Betrieb von ORBIT-Demo sammeln die Projektpartner wichtige Erfahrungen im Bereich der biologischen Methanisierung, wodurch die Stadtwerke Pfaffenhofen a. d. Ilm eine Art Leuchtturmrolle für den kommunalen Bereich einnehmen können. Für die zukünftige Umsetzung der Anlage in einer für die Industrie relevanten Größe wird bereits im beantragten Vorhaben ein theoretischer Upscale (ORBIT-Industry) durchgeführt, in den alle im Laufe des Projektes gewonnenen Erkenntnisse einfließen.
„ORBIT II“ adressiert verschiedene Innovationsbereiche im Feld der biologischen Methanisierung. Das Konsortium bündelt dabei die Expertise aus Forschung und Anwendung und profitiert von den langjährigen Erfahrungen der wissenschaftlichen Partner in den jeweiligen Einzeldisziplinen (methanogene Mikroorganismen, biologische Methanisierung, elektro- und systemtechnische Aspekte) sowie den umfangreichen Praxiserfahrungen der Industriepartner. Der Industriebeirat komplementiert das Vorhaben, um die Technologie möglichst schnell zur Anwendungsreife zu bringen.