Auf mehr Effizienz getrimmt

Technischen Innovationen «made in Switzerland»: So erhöhen die Forscherinnen und Forscher an der OST in Rapperswil die Effizienz der Power-to-Methane-Technologie.

Das «High Efficiency Power-to-Methane Pilot», das Projekt zur Herstellung von erneuerbaren Energieträgern an der Fachhochschule OST in Rapperswil, geht in die nächste Runde. Quelle: OST

«Man soll nicht träumen, sondern man muss jetzt umsetzen», hatte Bundesrätin Simonetta Sommaruga bereits 2019 am Swisscleantech-Anlass «Energiezukunft jetzt!» klar gemacht und ergänzt: «Sie sind diejenigen in unserem Land, die auch wissen, wie man das umsetzt.» Dies stellen die Forscher und Entwickler der ehemaligen HSR Hochschule für Technik Rapperswil, die seit dem 1. September 2020 zusammen mit der FHS in St. Gallen und der NTB in Buchs neu die OST Ostschweizer Fachhochschule bildet, jetzt erneut unter Beweis. Denn mit der HEPP-Anlage, kurz für «High Efficiency Power-to-Methane Pilot», geht das Projekt zur Herstellung von erneuerbaren Energieträgern an der Fachhochschule nämlich in die nächste Runde.

In Rapperswil wird Methan (CH₄) in einer katalytischen Methanisierung hergestellt, indem die Ausgangsstoffe Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂) mittels eines Nickel-basierten Katalysators umgewandelt werden. Die dabei entstehende Wärme wird gleich innerhalb der Anlage genutzt, so dass die primär eingesetzte Energie effizienter verwendet werden kann. Weitere Effizienzsteigerungen sind nun der Hauptfokus bei der Weiterentwicklung der HEPP-Anlage.

Aktuell arbeitet das Projektteam an der Integration einer Hochtemperatur-Elektrolyse (auch bekannt als SOE «Solid Oxide Electrolyzer»), welche bei rund 700°C betrieben wird und vom EPFL-Satelliten in Sion geliefert wurde. Diese Technologie ermöglicht dank der sehr hohen Temperatur einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wasser(dampf) zu Wasserstoff, so dass die Effizienz des Gesamtverfahrens von heutzutage 55 Prozent auf rund 70 erhöht werden kann. In der HEPP-Anlage in Rapperswil wird die Technologie vom Labor- in den Pilotmassstab überführt. «Wir wollen mit unserer Anlage die Technologie in einem industrienahen Umfeld demonstrieren und entsprechende Fragestellungen beantworten», erläutert Projektingenieur Luca Schmidlin. «Ausserdem wollen wir den Reifegrad dieser Technologie erhöhen. Der Test erfolgt zwar im Kleinformat mit einem Output von rund 10 Kilowatt, aber unter realen Bedingungen.»

Die OST führt zudem die erste Testkampagne für den Betrieb eines «SEM»-Reaktors durch. Die sogenannte «Sorption-Enhanced Methanation» (SEM) oder sorptionsgestützte Methanisierung hat im Vergleich zu konventionellen Methanisierungsansätzen klare Vorteile: zum einen durch die Erzeugung von reinem, trockenem Methan in einen Schritt und zum anderen durch einen verbesserten Reaktionsumsatz. «Das bei der Methanisierung anfallende Wasser wird unmittelbar vor Ort abgetrennt. Das führt zu trockenem, synthetischem Methan als Produkt am Reaktorausgang. Durch die Wasserabtrennung verschiebt sich auch das chemische Gleichgewicht gemäss des Le-Chatelier-Prinzips und man erreicht eine vollständige Umsetzung des eingesetzten Wasserstoffs und somit wiederum einen höheren Wirkungsgrad», erklärt Schmidlin.

Details zur Power-to-Methane-Technologie-Anlage in Rapperswil. Quelle: OST

Neue schwefelunempfindliche Katalysatorsysteme, die den Einsatz von Biogas erlauben, werden ebenfalls in die HEPP-Anlage integriert und getestet. Biogas ist eine mögliche CO₂-Quelle, beinhaltet aber auch Verunreinigungen (insbesondere Schwefelwasserstoff), welche schon in kleinsten Mengen konventionelle Katalysatoren zerstören. Die Tests an der OST lassen Rückschlüsse zum Langzeitverhalten dieser neuen Katalysatorsysteme und zu den Anlagebetriebskosten zu. «So können wir die Basis legen für eine spätere Hochskalierung der Power-to-Methane-Technologie im Megawatt-Bereich», führt der Power-to-Gas-Experte aus. «Nebst der effektiven Einbindung der HEPP-Anlage ins Gas- und Stromnetz zeigen wir mit der hauseigene SNG/Biogas-Tankstelle auf, dass SNG Teil der Mobilitätslösungen ist, zum Beispiel für die Betankung von CNG-Fahrzeugen.» Das produzierte Methan in der HEPP-Anlage kann nämlich zur Versorgung der integrierten CNG-Tankstelle genutzt oder zur Druckreduzierstation von Energie Zürichsee Linth geführt werden, wo es ins lokale Gasnetz eingespeist wird.

Übrigens, wer die Anlage selbst einmal unter die Lupe nehmen und weitere Details zur Power-to-Methane-Technologie erfahren möchte, kann sich unter besuch-ptx@ost.ch für einen Besuch anmelden. (jas, 13. November 2020)

Das produzierte synthetische Methan (SNG) kann an der hauseigenen SNG/Biogas-Tankstelle zum Beispiel für die Betankung von CNG-Fahrzeugen genutzt werden. Quelle: OST