Biomasse für die Schweizer Energiezukunft – Vierte Konferenz des SCCER BIOSWEET

Am 5. September traf sich die Biomasse-Szene der Schweiz an der vierten jährlichen Konferenz des SCCER BIOSWEET. Im Zentrum standen der Dialog zwischen Forschung, Unternehmen und Anwendern sowie Erfolgsgeschichten aus der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft.

Doppelt so viel Biomasse wie heute für die Schweizer Energieversorgung – dies ist das langfristige Ziel der Energiestrategie des Bundes. Oliver Kröcher, Leiter des SCCER BIOSWEET, machte gleich zu Beginn in seiner Eröffnung deutlich, welche Chancen, aber auch welche Herausforderungen damit verbunden sind. Biomasse kann fossile Energieträger im Verkehr sowie in der Strom- und Wärmeversorgung ersetzen. Somit steht ein breites Feld für technische Innovationen offen. Genau diese braucht es aber auch dringend, um das ambitionierte Ziel zu erreichen. Und zwar nicht nur Innovationen im Labor – neue Entwicklungen aus der Forschung müssen zusammen mit der Industrie weiterentwickelt und marktreif gemacht werden.

Um das zu erleichtern, gab es an dieser Konferenz ein neues Format: den Marktplatz. Dort präsentierten Forschende vor ihren Postern neueste Erkenntnisse und konnten in direkten Dialog mit Besuchern aus Industrie, Politik und Gesellschaft treten. Themenschwerpunkte dabei waren Entwicklungen in den Bereichen Biogas und Biomethan, Strom- und Wärmeproduktion sowie die Umwandlung von Biomasse in flüssige Treibstoffe.

Wo auch immer Biomasse zum Einsatz kommt – Voraussetzung für eine breite Anwendung sind möglichst geringe Emissionen an klima- oder gesundheitsschädlichen Emissionen. Wie dies bei der Verwendung von Erdgas und Holz als Energieträger in Zukunft erreicht werden kann, zeigte Oliver Kröcher im Anschluss an seine Eröffnung. Der Schlüssel bei Gasmotoren und grossen Holzfeuerungen liegt in neuen Katalysatormaterialien in der Abgasreinigung und hier scheinen Zeolite in Verbindung mit Palladiumpartikeln ein vielversprechender Ansatz zu sein. Als mögliche Lösung für Motoren von Erdgasfahrzeugen wurden neue Kontrollmechanismen für Dreiwegkatalysatoren präsentiert, die Methan- und Stickoxidemissionen in Zukunft deutlich reduzieren könnten.

Heute schon höchst effizient eingesetzt werden elektrostatische Partikelabscheider bei kleinen Holzfeuerungen. Dies auch als Resultat einer direkten Umsetzung von Forschung in die Praxis, wie die Erfolgsgeschichte der jungen Firma Oekosolve beweist. Daniel Jud, Josef Wüest und Donato Rubinetti zeigten, wie die angewandte Forschung an der FHNW ihren Beitrag leisten konnte, um innerhalb der letzten 10 Jahre aus dem kleinen start-up Oekosolve eine Firma mit inzwischen 26 Angestellten zu machen. Nach der erfolgreichen Lancierung des „OekoTube“, einem Partikelabscheider für Feuerungen im Kilowattbereich, im Jahr 2008 umfasst die Produktpalette mittlerweile Partikelabscheider für Anlagen bis zu 10MW, darunter solchen zur Trocknung von Holzschnitzeln.


Auch Jean-Bernard Michel von der Fachhochschule Westschweiz und Claire Tansley von der GRT group, einem im Bereich Kreislaufwirtschaft aktiven Unternehmen, präsentierten eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie. Die beiden Partner arbeiten nach der letztjährigen Eröffnung einer Pilotanlage zur Torrefizierung von Holzschnitzeln an der kommerziellen Umsetzung dieses Verfahrens. Die Torrefizierung dient dazu, aus Holzbrennstoffen mit oft sehr unterschiedlichen Eigenschaften einen homogenen Brennstoff zu machen, der geringere Schadstoffemissionen, höhere Wirkungsgrade und eine einfachere Handhabung ermöglicht. Die bisherigen Erfahrungen mit der Pilotanlage und aktuelle Berechnungen zeigen, dass die Torrefizierung in der Schweiz in einigen Jahren kommerziell erfolgreich betrieben werden kann.

Weiter entfernt von einem wirtschaftlichen Einsatz sind derzeit Brennstoffzellen, die mit Biogas betrieben werden. Allerdings wären solche Brennstoffzellen ideal, um das Biogaspotenzial in der Schweiz besser zu nutzen und einen substanziellen Beitrag zur Stromversorgung zu leisten, wie Jan van Herle von der EPFL zeigte. Für Brennstoffzellen versprechen hohe elektrische Wirkungsgrade von mehr als 50% schon bei kleinen Anlagen im Kilowattbereich sowie äusserst geringe Stickoxid- und Partikelemissionen. Neben den hohen Kosten steht einer breiten Anwendung momentan auch die Empfindlichkeit bezüglich Verunreinigungen im Biogas im Weg: Substanzen wie Schwefel- und Chlorwasserstoff oder Siloxane, die sich je nach Quelle in verschiedenen Konzentrationen im Biogas befinden, reduzieren die Lebensdauer der Brennstoffzellen zum Teil erheblich. Van Herle und sein Team betreiben an der EPFL Testanlagen, um die Wirkung von Verunreinigungen zu untersuchen und konnten bereits Richtlinien und Methoden für die notwendige Entfernung dieser Substanzen aus dem Biogas entwickeln.

Ein alternatives Konzept für eine bessere Nutzung von Biogas als Energieträger in der Schweiz präsentierte Julia Witte vom PSI: die direkte Methanisierung von Biogas. Dieses Verfahren wandelt das Biogas – eine Mischung von etwa 60% Methan und 40% CO2 – mit Hilfe von Wasserstoff zu reinem Biomethan um. Der Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser gewonnen. Der dazu nötige Strom sollte aus erneuerbaren Quellen stammen, um das Verfahren umweltfreundlich zu gestalten und das Endprodukt als „Bio“-Methan bezeichnen zu können. Im Vergleich zum heute üblichen Prozess zur Biogasreinigung, bei dem das CO2 abgeschieden wird, lässt sich mit dem neuen Verfahren die Ausbeute an Biomethan aus der gleichen Menge Biomasse um 60% steigern. Ausgehend von der heutigen Biogasproduktion in der Schweiz liesse sich Biomethan im Umfang von 1.4 TWh pro Jahr erzeugen, was knapp 5% des heutigen Erdgasverbrauchs entspricht. Dass das neue Verfahren nicht nur auf Papier und in Modellen funktioniert, bewies das PSI in diesem Jahr zusammen mit den Industriepartnern Energie 360° und Biogas Zürich: Im Januar wurde die Einheit zur Methanisierung, die sonst Teil der „Energy System Integration“ Plattform am PSI ist, nach Zürich gebracht und in die Biogasanlage Werdhölzli integriert. Dort wurde die Methanisierung mehr als 1000 Stunden lang mit Biogas aus der Abwasserreinigung und der Vergärung von organischen Abfällen gefüttert. Da alle Komponenten das Langzeitexperiment unbeschadet überstanden haben und das produzierte Biomethan erfolgreich ins Erdgasnetz eingespeist werden konnte, sollte einer weit grösseren Methanisierungsanlage nichts im Wege stehen. Der nächste Schritt wird nun eine Vorstudie für einen konkreten Standort sein.

Die direkte Methanisierung von Biogas könnte in fernerer Zukunft in der Schweiz Teil eines umfassenden „Power-to-X“-Konzepts sein. Diese Vision präsentierte zum Abschluss des Symposiums Thomas Schmidt, Leiter des SCCER Wärme- und Stromspeicherung. Mit Power-to-X werden Verfahren bezeichnet, die aus Strom und Wasser (sowie Kohlendioxid) gasförmige und flüssige Energieträger erzeugen. Darunter fallen Wasserstoff, Biomethan und synthetisches Erdgas, bei dem CO2 aus anderen Quellen als Biomasse stammt, sowie beispielsweise Methanol. Diese Energieträger lassen sich speichern und flexibel zur umweltfreundlichen Strom- und Wärmeversorgung sowie als Treibstoffe in Fahrzeugen einsetzen. Auch fossiles Erdgas, das die Industrie als Ausgangsstoff für viele Prozesse braucht, kann ersetzt werden. Notwendig könnten diese P2X-Verfahren werden, sobald Fotovoltaikanlagen und Windturbinen erheblichen Mengen an Strom produzieren. Und zwar dann, wenn der Strom gerade nicht gebraucht wird. Dies ist zwar hierzulande noch kaum der Fall, ein Blick über die Grenze nach Deutschland zeigt aber, dass – sobald Windparks und Fotovoltaikanlagen auf Höchstleistung laufen – die Strompreise ins Negaive fallen und Strom gespeichert oder mittles Power-to-X in andere Energieträger umgewandelt werden muss. Als Stromspeicher können auch andere Technologien wie Batterien, Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher dienen. Allerdings ist aus heutiger Sicht noch nicht klar, welche der unterschiedlichen Möglichkeiten unter bestimmten Rahmenbedingungen und für einzelne Anwendungen am vielversprechendsten ist. Und deswegen startet nun eine so genannte „Joint SCCER Activity“ zu Power-to-X, bei der Forschende aus verschiedenen SCCER den aktuellen Wissensstand zusammentragen, aufbereiten und bewerten. Aus dieser SCCER-übergreifenden Zusammenarbeit wird ein Positionspapier entstehen, das Entscheidungsträgern und der breiten Öffentlichkeit die Perspektiven, Chancen und Risiken von Power-to-X in der Schweiz aufzeigen soll. Ein erstes Fazit daraus wird sich am nächsten Jahressymposium des SCCER BIOSWEET ziehen lassen, das am 4. September 2018 stattfinden wird.

Text: Christian Bauer, PSI

 

Referate

New Emission Control Technologies for Methane and NOx Abatement
O. Kröcher (PSI/EPFL)

Entwicklung Elektrostatischer Partikelabscheider für (Klein-)Holzfeuerungen
J. Wüest (FHNW), B. Müller (Oekosolve), D. Rubinetti (FHNW)

Biomass Upgrading by Torrefaction as an Efficient Path to Non-renewable Fuel Substitution
C. Tansley (Granit Technologies and Engineering (GRT) SA), J.B. Michel (HES-SO)

Dealing with Fuel Contaminants in Biogas-fed Solid Oxide Fuel Cells
J. Van herle (EPFL)

Direct Methanation of Biogas at Werdhölzli
J. Witte (PSI)

Joint SCCER Activity: Power-to-X
T.J. Schmidt (PSI, SCCER HaE Storage)

 

Poster

A Diffusion and Surface Reaction Model for Highlighting Key Factors in the Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Biomass

An early-stage decision support tool for the optimal design of integrated wood biorefineries

Arbeitsgruppe «Erneuerbare Gase» der Schweizer Gaswirtschaft

Biogas cleaning for catalytic methanation Results from long duration experiment “COSYMA”

Biomass potentials for energetic use Assessment of Swiss biomass resources, while distinguishing between different potentials

Biomass upgrading by torrefaction pilot scale operation and testing

Biomethane from Spent Coffee Grounds by Hydrothermal Gasification

Combined 1D-Fuel-Bed- and 3D-CFD-Model as Design Tool for Biomass Combustion

Commercial Valorisation of Stabilized Lignin

Concept study for “Manure-to-Electricity” at small-scale farms The Swiss case

Conceptual design of commercial Swiss biomass supply chains

Consolidated Bioprocessing of Lignocellulosic Biomass to Lactic Acid by Synthetic Fungal-Bacterial Consortium

Consolidated production of volatile fatty acids from plant biomass using natural microbial consortia for subsequent catalytic upgrading to jet-fuel

Development of Low Emissions Biomass Heating Systems as Demonstrated by the “Wood Gas Burner”

Direct Methanantion of Biogas

Efficient Small-Scale Biogas Upgrading Plants – Potential Analysis & Economic Assessment

Electricity production from Swiss non-woody biomass Assessment of resources, technologies, and costs

Electricity production from Swiss woody biomass Assessment of resources, technologies, and costs

Emissions Measurement and Reduction as Applied to Fine Particles from Wood Combustion

High-Resolution Mass Spectrometry for Biomass

How fungi can help to convert Swiss cattle manure to biomethane

HYDROFIB, a sustainable technology to improve the biomethane formation from fiber-rich biomass

Methanogenesis A microbial alternative to catalytic methanation

On-line size resolved elemental analysis of metallic nano-objects during wood combustion processes case of ZnO

Phosphorus Recovery from Wastes and Biomass for high Value Products (PhoVaPro)

Status & perspectives of Gas Analysis Working Group (GAW)

The role of biomass in the Swiss energy transition

Wood Micro-cogeneration of electricity and heat for domestic applications

α,γ-Diol Protected Lignin Facilitates Monomer Production: Targeting High Selectivity Hydrogenolysis