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05.12.2022

01.03.2022

Neue Prozesskette mit erstaunlich hohem Methanpotenzial

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Das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) entwickelt einen innovativen Prozess, der sowohl Biomethan aus nachhaltigem Energieholzanbau mit Pappeln als auch Torfersatzstoffe mit vielversprechenden Eigenschaften liefern kann. Nach ersten Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen könnte der Prozess kostendeckend sein.

Als assoziierte Industriepartner sind die Vattenfall Energy Solutions GmbH (ESG) und der Substrathersteller Klasmann-Deilmann GmbH (KD) an dem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Projekt "PaplGas" beteiligt. In das Folgeprojekt "PaplGas2" ist zudem das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ als Verbundprojektpartner eingestiegen.

Die innovative Verfahrenskette zur parallelen Energie- und Torfersatzstoffgewinnung beginnt mit der Erzeugung von Pappelhackschnitzeln aus Pappeln, die zum Beispiel in Kurzumtriebsplantagen wachsen. Aus diesen Hackschnitzeln gewinnt man mit einem Extruder Fasern, die in einer Biogasanlage vergoren werden. Es folgt die Separation der Gärreste in eine Fest- und eine Flüssigphase. Anschließend kann die Festphase nach Kompostierung Torf in Kultursubstraten und Blumenerden ersetzen.

Holz galt bislang als nicht geeignet für Biogasanlagen - zu hoch ist der Anteil schwer abbaubarer Faserverbindungen. Umso erstaunter waren die DBFZ-Forschenden über die durchaus beachtlichen Methanerträge, die sie in ihren Versuchen mit Pappelfasern erzielten. Bei Tests im Labor lag die Gasausbeute der frischen Biomasse auf einem ähnlichen Niveau wie die frischer Maissilage.

In der Praxis werden Fermenter aber kontinuierlich mit Substrat beschickt. Im Projekt zeichnete sich ab, dass eine zunehmende Holzfasermenge die Rührwerke der Fermenter vor Herausforderungen stellen wird. Andere Reaktortypen wie Pfropfenstromreaktoren oder Perkolationssysteme ohne Rührwerk sind hier womöglich im Vorteil, in der landwirtschaftlichen Praxis allerdings wenig verbreitet.

Eine erste modellhafte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ergab unter den gegebenen Annahmen einen kostendeckenden Betrieb. Dabei unterstellten die Forschenden, dass das gesamte Biogas zu Methan aufbereitet und zu gegenwärtigen Preisen (6 bis 8 Cent pro kWhHS) in das Erdgasnetz eingespeist wird. Außerdem erzielt die Anlage Einnahmen aus der Vermarktung der Gärrest-Festphase als Torfersatzstoff.

Aus Klimaschutzsicht hat der Rohstoff Pappelholz aus Kurzumtriebsplantagen großes Potenzial. Dies zeigt das Beispiel der Energy Crops GmbH (ENC): Die Vattenfall-Tochter produziert schon heute in Kooperation mit Landwirten auf 2.000 Hektar Pappelholz zur Belieferung eines Biomasse-Heizkraftwerkes im Märkischen Viertel in Berlin.

Die von ENC beauftragte Zertifizierung der bestehenden Lieferbeziehung ergab, dass der Aufwand an fossilen Energieträgern zur Herstellung und Lieferung der Pappelhackschnitzel bei lediglich etwa sieben Prozent der angelieferten Brennstoffwärme liegt. Kurzumtriebs-Plantagen mit Pappeln benötigen außerdem keinen Dünger und die lange Bodenruhe wirkt sich positiv auf den Humusaufbau aus.

Klasmann-Deilmann übernahm die Prüfung der festen Gärreste auf deren Eignung als Torfersatzstoff. Die Substratindustrie forscht derzeit intensiv nach Alternativen zu Torf. Im Ergebnis kamen die frischen Gärreste aufgrund zu hoher Salzgehalte und einer zu hohen biologischen Instabilität für diese Aufgabe nicht in Frage. Kompostierte Gärreste aus der Vergärung von Holzfasern und Hornmehl brachten hingegen gute Ergebnisse. Ein Torfersatz von bis zu 40 Prozent scheint möglich.

In dem im Dezember 2021 gestarteten zweiten Projekt "PaplGas2" soll nun insbesondere die Holzvergärung optimiert und bis zum halbtechnischen Maßstab weiterentwickelt werden. Bis Ende 2023 wird sich herausstellen, ob Pappelholz in Form von Biomethan und Torfersatzstoffen künftig einen Beitrag zu Energiewende und Torfausstieg leisten kann.

» Weitere Informationen zu PaplGas1

» Weitere Informationen zu PaplGas2

Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)