Verbundprojekt ORBIT - Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas-Anlagen

Im Verbund-Forschungsprojekt ORBIT arbeiten acht Partner an der Optimierung von Power-to-Gas-Anlagen. FENES koordiniert das Projekt. Projektpartner sind die Universität Regensburg mit dem Lehrstuhl für Mikrobiologie (Deutsches Archaeenzentrum), die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit dem Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik sowie aus der Industrie die Firmen Elektrochaea GmbH, MicrobEnergy GmbH (Viessmann) und MicroPyros GmbH. Als assoziierter Partner stellen der westfälische Strom- und Gasnetzbetreiber Westnetz GmbH und die innogy SE ihre Gasnetzinfrastruktur für die Erprobung im realen Umfeld zur Verfügung. Der DVGW (Deutscher Verband des Gas- und Wasserfachs) ist mit seiner Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie als Projektbeirat beteiligt.

Im Mittelpunkt des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 1,05 Millionen € geförderten Projekts steht die biologische Methanisierung, bei der mit Hilfe von Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, aus Wasserstoff einspeisefähiges, „grünes“ Methan hergestellt wird. Das Projekt zeichnet sich außerdem durch die ganzheitliche Betrachtungsweise der Fragestellungen aus: Biologen, Verfahrenstechniker, Energietechniker, Anlagenbauer und Anwender arbeiten Hand in Hand.

Im Power-to-Gas-Konzept, welches Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner mitentwickelt hat, wird erneuerbarer Strom zur Elektrolyse von Wasser eingesetzt, dem sich die Methanisierung von CO2 anschließt. Das dabei entstehende Methan, ein Hauptbestandteil fossilen Erdgases, kann direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden. Dadurch ist es möglich, das volle Potenzial der bestehenden Gasinfrastruktur mit allen Verbrauchern vom Gasspeicher und Großkraftwerk bis hin zu Gasmobilität und Küchenherd zu erschließen. So kann das Problem der Speicherung von Wind- und Solarenergie über lange Zeiträume gelöst werden. Im Projekt übernehmen gezielt ausgewählte Archaeen die Methanisierung in einem Rieselbett-Reaktor im Technikumsmaßstab. Diese Mikroorganismen gehören zu den entwicklungsgeschichtlich ältesten Lebewesen der Erde und kommen in sauerstofffreien Lebensräumen wie Mooren und Sümpfen, aber etwa auch im Verdauungstrakt des Menschen vor. Die eingesetzten Archaeen gewinnen ihre Energie aus der Umsetzung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff und scheiden Methan als „Abfallprodukt“ aus. Im Rahmen des Projektes wurde das Zusammenspiel zwischen Biologie und Verfahrenstechnik von Grund auf neu entwickelt und aufeinander abgestimmt.

Projektziele sind die Weiterentwicklung von Riselbettreaktoren für die biologische Methanisierung durch optimale Abstimmung von Mikrobiologie und Reaktortechnik, die Simulation der stattfindenden Prozesse sowie die Untersuchung des dynamischen Verhaltens im Betrieb. Dazu werden Versuche im Technikumsmaßstab durchgeführt. Abschließend soll die Anlage im Feldtest ihre Einspeisefähigkeit ins Erdgasnetz unter Beweis stellen. Mit der Entwicklung eines Vorschlags für einen Vergleichsstandard zur wissenschaftlichen Beschreibung der biologischen Methanisierung wurde im Projekt der Grundstein für die neue VDI-Richtlinie „VDI4635 Power-to-X“ gelegt. Im Normungsgremium, welches auf Initiative des ORBIT-Projektes gegründet wurde, wird eine Richtlinienreihe als Baukastensystem zur Standardisierung der Einspeichertechnologien, Umwandlungspfade und erforderlichen Komponenten im Themenbereich Power-to-X erarbeitet.

„Strom aus erneuerbaren Energien wird in Zukunft die neue Primärenergiequelle sein und fossiles Gas, Kohle- und Atomkraft ablösen. Erneuerbarer Strom bedient über die Sektorenkopplung das gesamte Energiesystem und ermöglicht über die Speichertechnologien die Dekarbonisierung von Strom, Wärme, Mobilität und Industrieanwendungen“, sagt Martin Thema, der das Projekt bei FENES in Regensburg leitet. Mit „ORBIT“ arbeite man an einer zentralen Lösung für die Energieversorgung der Zukunft.

ORBIT-Anlage im Versuchsbetrieb im Technikumsmaßstab am Standort in Regensburg. Foto: Michael Heberl, OTH Regensburg.

Projektmitarbeiter
  • Martin Thema (Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Projektleiter)
    Tel.: 0941/943 - 9200
    E-Mail: martin.thema@oth-regensburg.de
  • Anja Kaul (Wissenschaftliche Mitarbeiterin)
    Tel.: 0941/943 - 9200
    E-Mail: anja1.kaul@oth-regensburg.de
  • Stephan Zirngibl (Labormeister)
    Tel.: 0941/943 - 9347
    E-Mail: stephan.zirngibl@oth-regensburg.de
  • Presse und Medien

    Pressemitteilung der OTH Regensburg (23.10.2020) | Power-to-Gas-Bioreaktor-Anlage geht ans Netz

    MaschinenMarkt online (17.09.2020) | Energiewende - Mit grünem Gas den Planeten retten

    "Highlight-Projekt" im Bundesbericht Energieforschung 2020 (17.06.2020) | ORBIT – Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas-Anlagen

    regensburg-digital (30.12.2019) | Mikroorganismen mit Potential – Wie Einzeller die Energiewende möglich machen

    Beitrag (16.12.2019) | Hans Joachim Schellnhuber besucht ORBIT Anlage

    Bayerischer Rundfunk – Kontraste (20.11.2019) | Klimawandel II - Wie Innovation ausgebremst wird

    Pressemitteilung des VDI (04.11.2019) | Power-to-X: VDI startet technische Regelsetzung

    Beitrag im Magazin „TRIOLOG. Wissenschaft – Wirtschaft – Gesellschaft in Ostbayern“ (Juli 2019) | Einzellige Urtierchen in der Hauptrolle - Forschungsprojekt beschäftigt sich mit Energiewandlung und Speicherung

    Bayerischer Rundfunk – quer (25.04.2019, ab Minute 26) | Aggressiver Schwan | Dürre in Franken | Flößerstadt ohne Flöße

    Beitrag (12.03.2019) | Meilenstein im ORBIT Projekt erreicht

    CH4 Das Magazin für die moderne Gaswirtschaft. Heft 2/2019S. 28-29, ISSN 2625-4638 | Biologische Methanisierung, Rieselbettreaktor mit Mikroorganismen

    Beitrag im Bayerischen Rundfunk (24.01.2019, ab Minute 14:34) | Gut zu Wissen - Alpenleuchten | Thermopapier und Bonpflicht | Energiespeicher | Kleidung unter Strom

    Presseerklärung 75 (24.07.2017) | ORBIT: Brandneue Technologie mit uralten Mikroorganismen

    ORBIT | Ostbayerische Technische Hochschule OTH Regensburg: Aktuelle Förderprojekte

    Weitere Informationen

    ORBIT-Project | Informationen zum Projekt Orbit auf ResearchGate