28.Juli 2023 Ι Die TH Köln hat im Projekt “MELINU” einen Prototyp zur Methangasernte optimiert, um das Treibhausgas Methan aus Stauseen zu speichern und energetisch zu nutzen. Dies wurde durch mehrere Versuche an der Wupper-Vorsperre nördlich von Hückeswagen gezeigt.

Der Prototyp wurde in Zusammenarbeit mit einem Fachunternehmen entwickelt und verwendet einen Hochdrucksauger, der an einer schwimmenden Plattform installiert ist, um Sediment aufzusaugen und zu trennen. Das Gas wird entnommen und das Sediment kann dem Fließgewässer unterhalb der Stauanlage zugeführt werden. In “MELINU” wurde das Auffangen des Gases optimiert und neue Methoden zur Speicherung und energetischen Nutzung des Methans entwickelt.

„Die Unterbrechung von Fließgewässern durch Absperrbauwerke führt dazu, dass sich in diesen Stauräumen vermehrt Sedimente wie Kies und Sand sowie organische Bestandteile wie Blätter ansammeln. Durch den Abbau des organischen Materials entsteht Methan. Dieses ist bezogen auf eine Zeitspanne von 20 Jahren etwa 86-mal so klimaschädlich wie Kohlenstoffdioxid“, sagt Prof. Dr. Christian Jokiel vom Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln.

Bisherige Aufnahmeeinheit des Prototyps wurde verbessert

Allein die Wupper-Vorsperre mit ihrem Volumen von 307.000 Kubikmetern gebe jährlich so viele Treibhausgase ab wie ein Pkw auf anderthalb Millionen Fahrkilometern. In einem ersten Schritt wurde die bisherige Aufnahmeeinheit des Prototyps verbessert.

„Wir haben die Einheit unter anderem dichter gemacht und mit einer leistungsstärkeren Pumpe versehen. So konnte eine höhere Sedimentverlagerung und Methangasernte erzielt werden. Zudem haben wir einen seitlichen Zugang für Wartungs- und Reparaturarbeiten hinzugefügt“, erklärt Corina Lied, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln.

Die Qualität und Menge des Gases sind entscheidend für dessen Verwertung, weshalb eine Messstrecke aus den Vorgängerprojekten optimiert und erweitert wurde. Um das hochwertige Gas zu speichern, wurden vier Gasbags aus flexibler Kunststofffolie mit einem Fassungsvermögen von jeweils 250 Litern an der Plattform installiert. Im Vergleich zu anderen Speichervarianten wie Gasflaschen muss das Gas in diesen Behältnissen nicht komprimiert werden, was den Energieaufwand reduziert. Ein Benzingenerator wurde auf Gasbetrieb umgebaut und in das System integriert, um das Gas in elektrische Energie umzuwandeln.

Mit Hilfe des Prototyps kann Sediment in Stauseen verlagert und gleichzeitig Methangas gewonnen werden. (Quelle: SedimentWorks GmbH)

31% der benötigten Energie können aus dem gesamten Gas erzeugt werden

Während der Feldversuche auf der Wupper-Vorsperre wurden insgesamt 36 Fahrten durchgeführt, um die einzelnen Komponenten und das Gesamtsystem ausgiebig zu testen. Laut Julia Außem vom Projektpartner SedimentWorks GmbH wurden im Durchschnitt 120 Liter Gas mit einem Methangehalt von 50 Prozent entnommen, aus denen insgesamt 3.047 Kilojoule Energie generiert werden konnten. Eine Hochrechnung dieser Daten ergab, dass rund 31 % der für die Befahrung der gesamten Vorsperre benötigten Energie aus dem gesammelten Gas erzeugt werden könnten.

„Im Projekt MELINU konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass das in Stauseen entstehende Biogas genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen“, sagt Jokiel.

Um das System marktreif zu machen, seien aber noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten nötig.

„Für einen kommerziellen Einsatz müssen die Gasanalyse und -speicherung weiter optimiert werden. Das Gas könnte perspektivisch zum Beispiel auch in lokalen Biogasanlagen umgesetzt werden. Die Plattform selbst könnte durch Automatisierung und eine kleinere Dimensionierung noch mehr Methangas aus Gewässern entnehmen als bisher.“ so Jokiel.

An diesen Aspekten soll in weiteren Projekten mit dem bisherigen Kooperationspartner, der SedimentWorks GmbH, gearbeitet werden.