Katalytische und mikrobielle Methanisierung als Basis für eine nachhaltige Energiespeicherung

01.01.2019 - 31.12.2022

Prof. Dr. Leonhard Ganzer

Mit dem wachsenden Anteil fluktuierender regenerativer Energie, insbesondere aus Pho­tovoltaik- und Windenergieanlagen, werden Energiespeicher zur Aufrechterhaltung der Ver­sorgungsqualität und -sicherheit in Deutsch­land immer mehr an Bedeutung gewinnen. In diesem Kontext wird insbesondere eine effizi­ente Wasserstoffnutzung eine wichtige Rolle einnehmen. Die Methoden der katalytischen und der mikrobiellen Methanisierung stellen vielversprechende Ansätze dar, um regenerativ erzeugten Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Methan umzuwandeln und anschließend in untertägigen Formationen, z.B. in bereits bestehende Gasspeicher, zu lagern. Im Projekt werden daher die Grundlagen beider Umwand­lungsprozesse anhand von Experimenten in Verbindung mit numerischer Modellierung und Simulation untersucht, um deren technische Herausforderungen und die jeweiligen Energie­bilanzen zu vergleichen.
Das Institute of Subsurface Energy Systems unter­sucht das grundlegende mikrobielle Verhalten in porösen Strukturen, um Risiken und Potenzial des Methanisierungsprozesses abschätzen zu können. Dabei wurde zunächst das mikrobiolo­gische Wachstum von Methanbildern (methano­gene Archaeen) in Batch-Experimenten angeregt, um ein funktionierendes Populationswachstum als Grundlage zu gewährleisten und die mikros­kopische Analytik zu testen. Proben der mikrobi­ellen Populationen aus den Batch-Experimenten wurden in regelmäßigen Zeitabständen in ein Mikromodell injiziert und analysiert. Die ersten Bild- und Druckauswertungen zeigen ein starkes Wachstum innerhalb der ersten Tage, zu sehen in Abbildung 2. Um das Wachstum zusätzlich zu fördern wurde jeden Tag der Nährstoff in Form eines Wasserstoff/Kohlenstoffdioxid-Gemischs erneuert. Eine Biofilmbildung konnte zum jetzi­gen Zeitpunkt noch nicht beobachtet werden. Dies ist dadurch zu erklären, dass die Mikroben primär in einem Flaschenreaktor wuchsen und erst nachträglich in die poröse Struktur injiziert wurden.