ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Research unit
SFOE
Project number
SI/501284
Project title
Direkte Methanisierung von Biogas

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Key words
-
-
-
Anzeigen
Short description
Anzeigen
-
-
-
Schlussbericht
Anzeigen
-
-
Anzeigen

Inserted texts


CategoryText
Key words
(English)
Power-to-Gas, biogas, gas cleaning, methanation, modelling
Short description
(German)
Eine neue Power -to-Gas Technologie soll validiert werden. Über den Weg der „direkten Methanisierung von Biogas“ soll die CH4 Ausbeute wesentlich gesteigert werden. Dazu wird in einer Testanlage dem Biogas aus dem Vergärwerk und der Kläranlage H2 beigemischt , um das CO2 in der Wirbelschichtmethanisierung zu methanisieren. Mit dieser Technologie sollen herkömmliche Gasaufbereitungsanlagen zur CO2-Abtrennung substituiert werden.
Schlussbericht
(German)

In Zusammenarbeit haben das PSI und Energie360° eine neue Power-to-Gas-Technologie validiert. Durch die "direkte Methanisierung von Biogas", wird die Methan-Ausbeute an Biogas deutlich erhöht. Zu diesem Zweck ist in einer Versuchsanlage Wasserstoff (H2) dem Roh-Biogas hinzugefügt worden, welches aus der Kläranlage bzw. dem Vergärwerk für biogene Abfälle am Standort Zürich- Werdhölzli stammt. Fünf Teilprojekte unterstützten die experimentellen Abklärungen und dienten der Fokussierung der Experimente. 
 
Eines der Teilprojekte befasste sich mit der Frage nach dem Potential von geeigneten Biogasanlagen in der Schweiz die sich für die Integration der Power to Gas Technologie eignen. Der Fokus ist einerseits auf bestehenden Kläranlagen und andererseits auf industriellen Biogasanlagen, welche z.B. biogene Abfälle vergären. Landwirtschaftliche Biogasanlagen waren nicht Gegenstand dieser Betrachtung. Das wichtigste Ergebnis aus dieser Untersuchung ist, dass das grösste Potential in Bezug auf Anzahl Anlagen und Gas Produktionsmenge bei der mittleren Anlagengrösse mit 200 m3 Biogas pro Stunde (11 GWh/a) liegt.  Es gibt in der Schweiz ein Potential von 39 Anlagen in dieser Grösse. 
 
In einem weiteren Teilprojekt wurde für die Anlagengrösse von 200 m3 Biogas pro Stunde verschiedene Konzepte für die "direkte Methanisierung von Biogas" anhand einer technisch-ökonomische Modellierung beurteilt. Verglichen wurden sowohl verschiedene katalytische Methanisierungsvarianten als auch deren nachgeschaltete Abscheidung für Restwasserstoff (Membran versus zweistufige Methanisierung). Aufgrund dieser Untersuchung wird das Konzept der Wirbelschichtmethanisierung mit einer nachgeschalteten Wasserstoffmembran vertieft betrachtet, da bei diesem Konzept im Betrieb eine höhere Flexibilität möglich ist.
 
Die Pilotanlage COSYMA wurde am PSI erbaut und im November 2016 fertiggestellt. Die Anlage wurde anschliessend auf der ESI-Plattform am PSI in Betrieb genommen. Im Januar 2017 wurde die COSYMA an den Standort Werdhölzli transportiert und parallel zu der bestehenden Gasaufbereitungsanlage installiert und an das Gasnetz angeschlossen.   Für den Betrieb der COSYMA wurde in einem weiteren Teilprojekt die vorgeschaltete Gasreinigung festgelegt, welche mit einer Kombination von Sorptionsmitteln arbeitet. Vielversprechende Sorptionsmittel wurden ausgewählt und im Labor getestet. Für die kontinuierliche Dokumentation des Langzeitversuchs mit der Pilotanlage wurden verbesserte Gasanalysesysteme erfolgreich eingesetzt (mGC, Flüssigquench-System). Damit konnte frühzeitig erkannt werden, falls Störstoffe wie H2S, Dimethylsulphid (DMS) oder Siloxane nicht mehr ausreichend von der Gasreinigung zurückgehalten werden.
 
In der  erste Hälfte 2017 wurde erfolgreich mit einer einzigen Katalysatorcharge das 1‘000 Stunden Langzeitexperimente in Werdhölzli gefahren. Im Dauerversuch wurden die vorhergesagten Gasqualitäten erreicht. Die experimentellen Resultate der Wirbelschichtmethanisierung und der Gasreinigung können vom Massstab der COSYMA auf den einer industriellen Anlage von 200 m3 Biogas pro Stunde hochskaliert werden.
 
Über das Projekt wurde laufend in Fachzeitschriften und an Fachveranstaltungen berichtet. Im Rahmen dieses Langzeitversuches wurde das Projekt ebenfalls einer interessierten Öffentlichkeit vor Ort vorgestellt.

Schlussbericht
(English)

A new Power-to-Gas technology was validated in collaboration between PSI and Energie360°. By way of "direct methanation of biogas", the CH4 yield of biogas is considerably increased. For this purpose, H2 was added in a test facility to the biogas from the sewage treatment plant as well as a bio-waste digestion plant on the Zurich-Werdhölzli site. Several subprojects supported the experimental investigations and helped to focus the experiments.
 
One of the subprojects dealt with the question of the potential of suitable biogas plants in Switzerland which are suitable for direct methanation of biogas (Power-to-Gas). The focus was, on one hand, on existing waste water treatment plants (WWTP) and on the other hand on industrial biogas plants, which are digesting green waste. Agricultural biogas plants were not the subject of this analysis. The most important results from this subproject are that the largest potential of units are plant with an average size of 200 m3 of biogas per hour (11 GWh/a). There is a potential of 39 plants of this size in Switzerland.
 
A further subproject was the techno-economic assessment of several concepts for "direct methanation of biogas" for the plant size of 200 m3 of biogas per hour. Various catalytic methanation processes were analysed with two different ways of hydrogen removal (membrane versus two-stage methanation). On the basis of this study, the concept of fluidised-bed methanation with a downstream hydrogen membrane was further investigated, as this concept is more flexible in the operation of a commercial plant.
 
The pilot plant COSYMA was built at PSI in 2016 for the long duration experiments. On the ESI platform the plant was commissioned and a first series of scientific methanation test were performed. In January 2017 the plant was installed on the Zurich-Werdhölzli site close to an existing biogas upgrading plant and connected to the gas grid. 
 
In a further subproject, sorbent based gas cleaning was reviewed. Promising sorbent materials were selected and tested in the laboratory and integrated into the pilot plant COSYMA. For the continuous documentation and monitoring of the long-duration test with the pilot plant, improved gas diagnostic systems were successfully implemented (mGC, liquid quench system). This way, it could be detected at an early stage if impurities such as H2S, dimethylsulphide (DMS) or siloxanes were no longer sufficiently removed by the gas purification.
 
In the first half of 2017, the 1’000 hour long-time experiment was successfully carried out in Werdhölzli with a single catalyst charge. The predicted gas quality of the methanation was reached. The experimental results of fluidised bed methanation and gas cleaning can be scaled up from the COSYMA scale to that of an industrial plant of 200 m3 biogas per hour.
 
Outcomes of the project have been regularly reported in journals and on events. Within the scope of this long-duration experiment, the project was also presented to an interested public.

Related documents