„Unsere Mission ist zu zeigen, dass die thermochemische Vergasung eine wichtige Rolle in der Versorgung mit Biogas spielen kann“, sagt Åsa Burman von Göteborg Energi AB. Burman ist Leiterin des sogenannten GoBiGas-Projekts (Gothenburg Biomass Gasification), mit dem der Energieversorger weltweit zum ersten Mal das Prinzip „Biomethan aus Holz“, auch im Englischen Synthetic Natural Gas genannt, in ganz großem Stil umsetzen will.
Zurzeit wird in Göteborg eine Demo-Vergasungsanlage mit einer thermischen Leistung von 20 MW gebaut. Falls erfolgreich, soll später – nach grobem Zeitplan etwa 2016 – eine 80-MW-Großanlage folgen. Bis 2020 möchte der Versorger der westschwedischen Großstadt so weit sein, denn er möchte dann für 100 000 Autos Biomethan bereitstellen. „Wir reden schon seit 2005 über Biogas, als das Heizkraftwerk Rya gebaut wurde“, erzählt Burman. Im Hafenquartier Rya wird die neue Vergasungsanlage direkt an das bestehende Werk zur Strom- und Fernwärmeerzeugung angedockt. Die Bauarbeiten sind in vollem Gange.
Göteborg will das Methangas ins Netz einspeisen
Neben der Holzvergasung umfasst die Großanlage eine „Methanierung“ mit Gasaufbereitung und Netzeinspeisung. Als Methanierung wird die chemische Reaktion bezeichnet, in der aus dem Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Synthesegas Methan erzeugt wird.
Göteborg Energi setzt seit den 80er-Jahren auf Gas. Das bestehende Stadtgasnetz wurde ausgebaut und heute wird darin überwiegend aus Dänemark importiertes Erdgas transportiert. Ein zusammenhängendes Gasnetz gibt es in Schweden nur an der Südwestküste zwischen Malmö und Göteborg. Der Energieversorger ist an sechs Biomethananlagen beteiligt: Zwei dieser Anlagen verflüssigen das Biomethan, um es als Kraftstoff LBG (liquid biogas) zu nutzen, vier speisen es ins Netz ein.
Der stark wachsende Markt an Gasfahrzeugen in der Metropole mit etwa einer halben Million Einwohnern und darüber hinaus in ganz Schweden erfordert noch viel mehr Biomethan. „Es gibt heute einen Bedarf für andere Methoden zur Biogaserzeugung“, sagt Burman. Göteborg Energi habe 2006 eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben zum Vergleich von indirekter Vergasung und Vergasung mit Sauerstoff unter Druck.
Tim Schulzke vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) in Oberhausen erklärt die wesentlichen Unterschiede: Der Vorteil der Vergasung mit Luft oder Sauerstoff ist, dass der Prozess „autotherm“ abläuft: Das heißt, es muss keine zusätzliche Wärme zugeführt werden.
Die Alternative ist die Verwendung von Wasserdampf als Vergasungsmedium (allotherme Reaktion). „Der Wärmebedarf kann hier meistens zu einem großen Teil aus dem als Vergasungsrückstand gewonnenen Koks gedeckt werden“, sagt Verfahrenstechnikexperte Schulzke.
Allotherme Verfahren erzeugen Synthesegas mit höherem Heizwert
Ein großer Vorteil des allothermen Verfahrens ist der höhere Heizwert des Synthesegases: Nach Schulzkes Durchschnittswerten liegt dieser bei 3,4 kWh/m3. Bei der autothermen Vergasung wird aus Kosten- und Einfachheitsgründen oftmals Luft als Vergasungsmittel eingesetzt. Der Stickstoffanteil im Synthesegas beträgt in diesem Fall 40 % bis 50 % und der Heizwert nur rund 1,5 kWh/m3, sofern jeweils trockene Gase betrachtet werden.
Aus dem Synthesegas können vielfältige Produkte wie Methan, Methanol oder Ethanol hergestellt werden. „Bei der Verwendung als Chemierohstoff stört aber der Stickstoff im Synthesegas“, erläutert Schulzke.
In Göteborg fiel die Wahl deshalb auf die Vergasung mit Wasserdampf. Die Anlage mit „indirekter Vergasung“, wie das Prinzip dort genannt wird, wird mit der Technologie der österreichischen Repotec GmbH realisiert.
Repotec hat die wohl europaweit bekannte Dampf-Wirbelschicht-Vergasungsanlage mit einer thermischen Leistung von 8 MW in Güssing im Burgenland gebaut. Dort wird seit einem Jahrzehnt aus Biomasse Strom und Fernwärme für den 4000-Einwohner-Ort erzeugt. Von 2008 bis 2009 ist bereits eine Versuchsanlage zur Methanierung betrieben worden.
Wirkungsgrad liegt bei 65 Prozent
Nach Schulzkes Zahlen läuft dieses Verfahren bei etwa 300 °C und 25 bar Druck ab. Die Tests in Güssing ergaben, dass aus 360 kg Holz 300 m3 Holzgas und daraus wiederum 120 m3 Biomethan als Erdgasersatz entstehen. Laut Repotec-Geschäftsführer Christian Aichernig kommt das Verfahren auf einen Wirkungsgrad von 65 % das heißt, der Energieinhalt des erzeugten Biomethans entspricht 65 % dessen des eingesetzten Holzes.
Das GoBiGas-Projekt hat für die Methanierung den dänischen Katalysespezialisten Haldor Topsøe als Lieferanten ausgewählt. Der niederländische Anlagenbauer Jacobs überführt Haldor Topsøes Technologie in eine fertige Anlage inklusive des Gebäudebaus. Der Vergasungsteil der Anlage wird von der finnischen Metso Gruppe gebaut, die eine weltweite Lizenz von Repotec erworben hat. Eine allotherme Vergasung mit Dampf ist in dieser Größenordnung aber noch nicht erprobt, wie Åsa Burman erläutert: „Um Risiken zu minimieren, haben wir uns 2008 entschieden, das Projekt in zwei Phasen aufzuteilen und erst eine kleine Anlage zu bauen.“
GoBiGas 1 ist als Forschungs- und Entwicklungsprojekt eingestuft, das von der schwedischen Energieagentur teilfinanziert wird. Die Investitionskosten sind insgesamt auf rund 160 Mio. € angesetzt. Zur Erzeugung der thermischen Leistung von 20 MW durch Biomethan sollen zunächst Holzpellets eingesetzt werden, später Waldhackschnitzel.
Einspeisung ins Netz ab November geplant
„Wir werden die Technologie evaluieren und sicherstellen, dass Betriebsstabilität und Kosten unseren Erwartungen entsprechen“, kündigt Burman an. Laufe alles nach Plan, werde die Phase-2-Anlage gebaut, die mit einer thermischen Leistung von 80 W bis 100 MW wesentlich größer ausfallen soll. „Voraussetzung wird aber auch sein, dass die Refinanzierung gesichert ist durch eine entsprechende Nachfrage.“
Die zweite Anlage soll dann von Beginn an mit Waldrestholz betrieben werden. Bei der Phase-1-Anlage lägen die Arbeiten gut in der Zeit, betont Burman: „Bis 1. November werden wir so weit sein und Biomethan ins Gasnetz einspeisen.“
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