Innovativer Prozess zur Gewinnung von Biomethan und Torfersatzstoffen
Das Deutsche Biomasseforschungszentrum (DBFZ) entwickelt einen innovativen Prozess, der sowohl Biomethan aus nachhaltigem Energieholzanbau mit Pappeln als auch Torfersatzstoffe mit vielversprechenden Eigenschaften liefern kann. Nach ersten Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen könnte der Prozess kostendeckend sein. Als assoziierte Industriepartner sind die Vattenfall Energy Solutions GmbH (ESG) und der Substrathersteller Klasmann-Deilmann GmbH (KD) an dem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Projekt „PaplGas“ beteiligt. In das Folgeprojekt „PaplGas2“ ist zudem das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ als Verbundprojektpartner eingestiegen.
Verfahrenskette von der Pappel bis zum Torfersatz
Die innovative Verfahrenskette zur parallelen Energie- und Torfersatzstoffgewinnung beginnt mit der Erzeugung von Pappelhackschnitzeln aus Pappeln, die beispielsweise in Kurzumtriebsplantagen wachsen. Aus diesen Hackschnitzeln werden mit einem Extruder Fasern gewonnen, die in einer Biogasanlage vergoren werden. Anschließend erfolgt die Separation der Gärreste in eine Fest- und eine Flüssigphase. Die Festphase kann nach Kompostierung Torf in Kultursubstraten und Blumenerden ersetzen.
Holz galt bislang als ungeeignet für Biogasanlagen, da der Anteil schwer abbaubarer Faserverbindungen hoch ist. Umso erstaunter waren die DBFZ-Forschenden über die beachtlichen Methanerträge aus Pappelfasern. Im Labor lag die Gasausbeute frischer Biomasse auf einem ähnlichen Niveau wie bei frischer Maissilage.
Technische und wirtschaftliche Bewertung
In der Praxis werden Fermenter kontinuierlich beschickt. Im Projekt zeigte sich, dass steigende Holzfasermengen die Rührwerke klassischer Fermenter vor Herausforderungen stellen. Alternative Reaktortypen wie Pfropfenstromreaktoren oder Perkolationssysteme könnten hier Vorteile bieten, sind in der landwirtschaftlichen Praxis jedoch wenig verbreitet.
Eine modellhafte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ergab unter den getroffenen Annahmen einen kostendeckenden Betrieb. Dabei wurde unterstellt, dass das gesamte Biogas zu Methan aufbereitet und zu aktuellen Preisen von 6 bis 8 Cent pro kWhHS in das Erdgasnetz eingespeist wird. Zusätzliche Einnahmen ergeben sich aus der Vermarktung der festen Gärreste als Torfersatzstoff.
Klimaschutzpotenzial von Pappelholz
Aus Klimaschutzsicht besitzt Pappelholz aus Kurzumtriebsplantagen großes Potenzial. Dies zeigt das Beispiel der Energy Crops GmbH (ENC), einer Tochter von Vattenfall. ENC produziert in Kooperation mit Landwirten auf rund 2.000 Hektar Pappelholz zur Versorgung eines Biomasse-Heizkraftwerks im Märkischen Viertel in Berlin.
Eine Zertifizierung der Lieferkette ergab, dass der fossile Energieaufwand für Herstellung und Lieferung der Hackschnitzel lediglich rund sieben Prozent der angelieferten Brennstoffwärme beträgt. Zudem benötigen Kurzumtriebsplantagen keinen Dünger, und die lange Bodenruhe wirkt sich positiv auf den Humusaufbau aus.
Eignung der Gärreste als Torfersatz
Klasmann-Deilmann prüfte die festen Gärreste auf ihre Eignung als Torfersatzstoff. Frische Gärreste erwiesen sich aufgrund zu hoher Salzgehalte und biologischer Instabilität als ungeeignet. Kompostierte Gärreste aus der Vergärung von Holzfasern und Hornmehl erzielten hingegen gute Ergebnisse. Ein Torfersatz von bis zu 40 Prozent erscheint möglich.
Ausblick und Hintergrund
Im im Dezember 2021 gestarteten Projekt „PaplGas2“ soll die Holzvergärung weiter optimiert und bis zum halbtechnischen Maßstab entwickelt werden. Bis Ende 2023 wird sich zeigen, ob Pappelholz in Form von Biomethan und Torfersatzstoffen einen Beitrag zur Energiewende und zum Torfausstieg leisten kann.
Hintergrund ist, dass eine direkte Wärmeerzeugung aus Holzhackschnitzeln in Großstädten logistisch schwierig ist. Biomethan, über das Erdgasnetz verteilt, kann fossiles Erdgas ersetzen. Vor diesem Hintergrund beteiligt sich die Vattenfall Energy Solutions als assoziierter Partner an den PaplGas-Projekten.
Förderung
Beide Vorhaben wurden bzw. werden von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.
Förderkennzeichen:
Biomethan & Torfersatzstoff aus Pappelholz (PaplGas): 22038318
Biomethan & Torfersatzstoff aus Pappelholz (PaplGas2): 2221MT017A und 2221MT017B