Projekte 2023

Verbesserte Power-to-Methan-Anlage

Ein Forscherteam der Ostschweizer Fachhochschule OST arbeitete seit 2017 zusammen mit weiteren Partnern, insbesondere der EPFL, an der Hochtemperatur-Elektrolyse. Dies mit dem Ziel, die Umwandlung von Strom in Methan effizienter zu machen. Dabei ging es beim Projekt HEPP (High Efficiency Power-to-Methane Pilot) darum, den Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung bei einer Anlage im industriellen Massstab zu erhöhen. Um in der Power-to-X-Forschungsanlage ein reales Umfeld zu gewährleisten und sie für Demonstrationszwecke zu nutzen, verfügt die Plattform zusätzlich zu den Anschlüssen an die Energienetze über eine PV-Anlage, eine Kleinwindanlage, eine CO₂-Abscheidung aus der Atmosphäre und eine CNG-Tankstelle, die 100 Prozent erneuerbares Gas liefert.

Der Prototyp der Hochtemperatur-Elektrolyse wurde hier im Demonstrationsmassstab (rund 15 kW) mit einer in der Industrie üblichen PEM-Elektrolyse verglichen, beide in Kombination mit einer katalytischen Methanisierung. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Elektrolyse-Technologien ist, dass die Hochtemperatur-Elektrolyse stark erhitzten Wasserdampf als Ausgangsstoff nutzt, während die PEM-Elektrolyse flüssiges Wasser verwendet.

Kern der neuartigen Demonstrationsanlage ist, dass die für die Dampfherstellung benötigte Energie von der nachgeschalteten Methansynthese anfallenden Reaktionswärme stammt. Dabei wird die anfallende Wärme genutzt, statt sie als Verlust entweichen zu lassen. Es zeigte sich, dass die Effizienz der Anlage dank der neuen Technologie gesteigert werden konnte. Wenn die Erkenntnisse auf einen industriellen Massstab angewandt werden, bedeutet dies eine mögliche Effizienzsteigerung des gesamten Power-to-Methanprozesses von aktuell rund 50 Prozent auf 70 Prozent bei Einbindung einer Hochtemperatur-Elektrolyse in Kombination mit einem optimierten Wärmemanagement. Dies ist ein wichtiger Schritt, um erneuerbare Energie in einem grösseren Massstab speichern zu können. 

Neuartiger Sensor

Um erneuerbare Gase wie Biogas oder aus Power-to-Gas-Anlagen zu fördern, müssen längerfristig viele zusätzliche Einspeisepunkte ins Gasnetz geschaffen werden. Das kann zur Folge haben, dass die Gasqualität und -zusammensetzung bei den einzelnen Einspeisepunkten unterschiedlich ist. Es braucht somit ein zukunftsorientiertes, aber kostengünstiges Gasqualitätsmanagement in Form eines Industriesensors. Mit einer einheitlichen Sensorik im gesamten Gasnetz können Gasqualitäten an Einspeisepunkten überprüft und bewertet werden.

Die Firma Mems AG und das Institut für Umwelt und Verfahrenstechnik der Fachhochschule OST entwickeln einen neuen Sensor (Mikro-Elektro-Mechanisches System), der einerseits für die Gasqualitätskontrolle, andererseits als Steuer- und Regelelement eingesetzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die dezentrale Produktion und Einspeisung von erneuerbaren Gasen ins Netz einfacher zu steuern und zu überwachen, ohne dass teure Messapparaturen eingesetzt werden müssen. Das Projekt Gasem (Gasqualitätsbasierte Sensoren für industrielle Qualitätskontrolle und Management von Gaseinspeisepunkten und Power-to-Gas-Anlagen) wird vom Forschungsfonds Aargau unterstützt.

Gas in den Energiekonzepten von Stadtvierteln

Das Projekt «OPTIM-EASE: Optimierung des Energiekonzepts von Gebäuden unter Berücksichtigung der Umweltauswirkungen und der Sektorkopplung» wird von der Haute École d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) durchgeführt. Die Schweizer Energiestrategie hat das Ziel, die Nutzung erneuerbarer Energien zu fördern. Der Gebäudesektor, der einen grossen Teil des Energieverbrauchs ausmacht, spielt dabei eine bedeutende Rolle. In diesem Zusammenhang müssen Energiekonzepte entwickelt werden, welche die Umweltauswirkungen, insbesondere den CO₂-Fussabdruck des Stroms, berücksichtigen und den Verbrauch erneuerbarer Energien im Gebäudesektor erhöhen. Das Hauptaugenmerk dieses Projekts liegt darin herauszuarbeiten, wie mithilfe dezentraler Multi-Energiesysteme für Gebäudegruppen die Kosten und die Umweltauswirkungen des Energiebedarfs minimiert werden können. Bislang wurde zu wenig berücksichtigt, Geräte, die auf erneuerbarem Gas basieren, zu integrieren.

Das Projekt besteht aus mehreren Arbeitspakten. Dabei werden die Vorteile der Integration erneuerbarer Gase in die Energiegemeinschaften umfassend geprüft. Auf der Grundlage der Projektergebnisse wird es möglich sein, den Nutzen von erneuerbarem Gas für die Schweizer Energiewende aufzuzeigen und zu quantifizieren. Die erste Projektphase beschäftigte sich hauptsächlich mit der Erstellung der Modellierung des Energiebedarfs und -bereitstellung der Gebäude. Fallstudien der beteiligten Stadtwerke, Gasversorger und Energieunternehmen wurden ausgewählt, um das Modell an konkreten Beispielen in der Schweiz zu validieren.

Seebiomasse als Energieträger

Im Projekt Deep Blue Hydrogen, das 2023 gestartet wurde, soll landesweit untersucht und bewertet werden, wie Seebiomasse genutzt werden kann, um Wasserstoff oder Biomethan zu produzieren. Die Schweizer Seen bieten ein grosses Biomassepotenzial in Form von Makrophyten. Diese umfassen alle höheren und niederen Pflanzen, die im Wasser wachsen. Zu den Makrophyten zählen Blüten- und Farnpflanzen, Moose und Armleuchteralgen. Berücksichtigt werden auch langfädige Grünalgen. Das Energieversorgungsunternehmen Viteos plant zusammen mit der Firma Clean Carbon Conversion AG eine konkrete Nutzung der Seebiomasse. Zielsetzung des Projekts ist es, Energie zu erzeugen und zu speichern sowie gleichzeitig die Biodiversität zu unterstützen und den CO₂-Ausstoss zu reduzieren.

Das Projekt zielt darauf ab, das Energiepotenzial von Seebiomasse auf nationaler Ebene zu bewerten, und zwar für den Fall, dass Makrophyten systematisch gesammelt werden, um Häfen und Badegebiete freizuhalten. Zusätzlich wäre eine Skalierung denkbar, indem durch den Einsatz von Plattformen auf grossen Seeflächen Makrophyten angebaut würden und damit das Potenzial für die Energieproduktion ausgebaut werden könnte. Die Makrophyten werden in einem ersten Schritt geerntet und getrocknet. Danach werden sie in einer Industriemaschine zu Gas verarbeitet. Das so erzeugte synthetische Gas kann zur Herstellung von reinem Wasserstoff verwendet oder zur Herstellung von Biomethan genutzt werden. Neben der Umwandlung von Seebiomasse in erneuerbare Gase hat in diesem Projekt auch die Biodiversität in den Seen sowie die Fischerei einen zentralen Stellenwert.