Biosprit im Tank 05.07.2023, 06:58 Uhr

Biogas verringert CO2-Bilanz von Bussen und LKWs um mehr als 65 Prozent

Biomethan kann eine gute Alternative für Bereiche sein, in denen Elektromobilität nur schwer Einzug hält. Wie sich Biogas am effizientesten in den Tank von Bussen, LKWs, Bau- und Landmaschinen kriegen lässt, beschäftigt derzeit Forschende der Universität Hohenheim, des KIT in Karlsruhe sowie Projektbeteiligte aus Industrie und Praxis.

fahrender Bus

Die ersten Linienbusse fahren bereits mit Biogas und sparen dadurch jede Menge Treibhausgase ein.

Foto: Panthermedia.net/Apriori

Biomethan kann in großen Mengen aus landwirtschaftlichen Reststoffen gewonnen werden. Es zeichnet sich insbesondere als Treibstoff für LKWs, Busse, Bau- und Landmaschinen aus – Fahrzeuge, bei denen die Elektromobilität bisher noch schwierig umzusetzen ist. Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Kraftstoffen weist Biomethan die beste Treibhausgasbilanz auf. Wenn es aus Gülle hergestellt wird, kann seine CO2-Bilanz sogar negativ sein, da es zur Vermeidung von Emissionen beiträgt, die bei der Lagerung und Ausbringung von unbehandelter Gülle entstehen. Ein weiterer Vorteil: Die Infrastruktur für Bio-LNG gibt es bereits.

Um die effizientesten Herstellungsmethoden zu ermitteln, führen derzeit die Universität Hohenheim in Stuttgart, das KIT in Karlsruhe und andere Industrie- und Praxispartner Tests durch. Diese Forschungs- und Entwicklungsprojekte sollen dazu beitragen, Biomethan als nachhaltigen Kraftstoff weiter zu verbessern. Die ersten mit Biosprit betriebenen Linienbusse sind bereits im süddeutschen Raum unterwegs.

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CO2-Ausstoß im Verkehrssektor ist viel zu hoch

In Deutschland sind die durch den Verkehr verursachten Emissionen von Kohlendioxid, Stickoxid und Feinstaub immer noch auf einem zu hohen Niveau. Insbesondere in dicht besiedelten städtischen Ballungsgebieten sind die Auswirkungen spürbar. Eine wesentliche Ursache hierfür liegt in dem nach wie vor geringen Anteil erneuerbarer Energien im Verkehrssektor. Von 2008 bis 2021 lag der Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch im Schienen- und Straßenverkehr lediglich zwischen 5,0 und 7,6 Prozent.

Diese Zahlen verdeutlichen die Notwendigkeit, den Anteil erneuerbarer Energien im Verkehrssektor zu erhöhen, um die verkehrsbedingten Umweltauswirkungen zu reduzieren. Es ist entscheidend, alternative nachhaltige Energiequellen einzusetzen, um den CO2-Ausstoß, die Stickoxidemissionen und die Feinstaubbelastung zu verringern. „Eine vielversprechende und kostengünstige Alternative zu fossilen Energieträgern wie Öl oder Gas sind alternative Kraftstoffe auf Basis von Biomethan“, sagt Privatdozent (PD) Dr. Andreas Lemmer von der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim.

Biomethan lässt Ausstoß von Treibhausgasen purzeln

Die Ausgangsstoffe für die Produktion von Biomethan sind nachhaltig angebaute Energiepflanzen, Gülle, Mist sowie kommunale und industrielle organische Reststoffe. Diese Rohstoffe werden in speziellen Biogasanlagen unter Ausschluss von Sauerstoff und Licht vergoren, was zur Entstehung von Biogas führt. Der bedeutende Vorteil von Biomethan liegt darin, dass es erneuerbar ist und gleichzeitig die gleichen Eigenschaften wie das seit Jahrzehnten bewährte Erdgas aufweist.

Ein weiterer Pluspunkt ist die bereits bestehende gut ausgebaute Infrastruktur für Biomethan. Die vorhandenen Erdgasleitungen und Speicher können ohne zusätzliche Kosten direkt für den Transport und die Speicherung von Biomethan genutzt werden. Dies bedeutet, dass keine aufwendigen neuen Netzwerke geschaffen werden müssen, sondern dass die bereits vorhandene Infrastruktur nahtlos für Biomethan verwendet werden kann.

Anwendungsbereiche des alternativen Kraftstoffs sieht Dr. Andreas Lemmer weniger bei PKWs, wo E-Autos die Zukunft bilden werden, sondern eher bei „schwereren“ Maschinen wie im Schwerlastverkehr oder bei Bau- und Landmaschinen: „Hier kann die verstärkte Verwendung von Biomethan – sei es als Bio-CNG (komprimiertes Biomethan) oder Bio-LNG (verflüssigtes Biomethan) – zu einer deutlichen Reduzierung des CO2-Ausstoßes führen. Mit regenerativ erzeugtem Bio-LNG als LKW- und Landmaschinen-Treibstoff kann der CO2-Ausstoß im Schnitt um mehr als 65 Prozent verringert werden“, fasst PD Dr. Lemmer seine Forschungsergebnisse zusammen. „Verwenden wir ausschließlich Gülle als Ausgangsmaterial, dann ist die CO2-Bilanz sogar negativ.“

Forschungsschwerpunkt: Wie lässt sich mehr Biomethan erzeugen?

PD Dr. Lemmer und seine Arbeitsgruppe widmen sich in gleich zwei Projekten der Umsetzung einer effizienteren Biomethanproduktion in der Praxis. Im Rahmen des Verbundprojekts „probioLNG“ (Innovative Prozesskette zur ressourceneffizienten Erzeugung von Bio-LNG) haben sie gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern, Industrievertretern und Praktikern eine Pilotanlage zur Bio-LNG-Erzeugung errichtet. Dieses Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziell unterstützt.

Die Anlage wurde in Zusammenarbeit mit dem KIT konzipiert und befindet sich auf der Forschungsstation „Unterer Lindenhof“ an der Universität Hohenheim. Sie ermöglicht erstmals die Kombination neuer Verfahren zur Biogasproduktion und -aufbereitung zu einer vollständigen Prozesskette. Ein besonderes Highlight dabei ist die zweistufige Druckfermentation.

„Im Vergleich zur üblichen Biogasproduktion trennen wir zwei Schritte räumlich, zeitlich und prozesstechnisch voneinander“, beschreibt Elena Holl, Doktorandin in der Arbeitsgruppe. Zunächst erfolgt die Hydrolyse, bei der feuchte Biomasse wie Gülle, organische Reststoffe oder Energiepflanzen von den Mikroorganismen in kleinere Moleküle zerlegt wird. In einem zweiten Schritt wandeln spezielle Mikroorganismen diese Moleküle dann in Methan um.

„Durch die Trennung der beiden Vorgänge können wir die Bedingungen, wie beispielsweise Temperatur und pH-Wert, ideal an die Bedürfnisse der verschiedenen Mikroorganismen anpassen und so die Methanproduktion deutlich erhöhen“, erklärt Elena Holl. Durch das Einleiten von Wasserstoff lässt sich die Produktion von Methan noch weiter steigern: „Auf diese Weise erzeugen wir Biogas mit einem Methangehalt von über 90 Volumenprozent“, so die Wissenschaftlerin.

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Im Test: Biosprit für Linienbusse

Im Rahmen des Verbundprojekts „NEOBus – negative Emission ÖPNV“, das vom Ministerium für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg (MLR) unterstützt wird, untersuchen die Forschenden Verwendung von Biomethan als klimafreundlichen Treibstoff für Linienbusse im öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV).

Hierbei werden zwei Varianten der Nutzung von Biomethan verglichen: die Komprimierung des Methans bei einem Druck von 350 bar, wodurch Bio-CNG entsteht, das gasförmig gespeichert werden kann, sowie die Herstellung von Bio-LNG, bei der das Methan auf -162 °C abgekühlt und verflüssigt wird. Das verflüssigte Methan wird als gekühlter, flüssiger Treibstoff eingesetzt.

Ein Busunternehmer testet einen Bio-LNG-Hybridbus, der mit dem verflüssigten Methan betrieben wird, im Praxisalltag auf der Strecke Münsingen-Reutlingen. Gleichzeitig wird an der Biogasanlage der Firma Duelli eine neuartige Gasaufbereitung erprobt, um das produzierte Bio-CNG in einem Bus in der Region Ravensburg einzusetzen.

Wie ist das Potenzial von Biomethan einzuschätzen?

Die Verwendung von Biomethan-Kraftstoff führt nach Angaben des Forschungsteams nicht nur zu geringeren Treibhausgasemissionen, sondern auch zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen. Im Vergleich zu einem Euro VI Dieselbus verringert verflüssigtes Methan den Ausstoß von Stickoxiden um 60 Prozent, während die Feinstaubbelastung im Vergleich zu konventionellen Dieselbussen um 90 Prozent sinkt.

PD Dr. Lemmer sieht in der Biomethanproduktion auch eine gute zusätzliche Einnahmequelle für landwirtschaftliche Betriebe: „Der Zusammenschluss von Verkehrsunternehmen mit einem oder mehreren lokalen Biogasanlagenbetreibern eröffnet im ländlichen Raum ein vielversprechendes Geschäftsmodell für beide Seiten.“

„Biomethan ist einer der wenigen erneuerbaren Energieträger, der bereits derzeit in großer Menge zur Verfügung steht, der auf eine vorhandene Infrastruktur zurückgreifen kann und der bei intelligenter Herstellung die beste Treibhausgasbilanz aller erneuerbaren Treibstoffe aufweist“, ist der Experte überzeugt.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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