Methan aus Stauseen energetisch nutzen

„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. Allein die Wupper-Vorsperre mit ihrem Volumen von 307.000 Kubikmetern gebe jährlich so viele Treibhausgase ab wie ein Pkw auf anderthalb Millionen Fahrkilometern.

Um die Sedimentablagerung sowie die Methanemissionen zu reduzieren, hat die TH Köln in Zusammenarbeit mit einem Fachunternehmen in mehreren Projekten einen Prototyp entwickelt. Mit Hilfe eines Hochdrucksaugers, der an einer schwimmenden Plattform installiert ist, löst dieser Sediment und saugt es auf. Auf der Plattform wird das Wasser-Sediment-Gas-Gemisch dann getrennt und das Gas entnommen. Das Sediment kann anschließend dem Fließgewässer unterhalb der Stauanlage zugeführt werden. In „MELINU“ wurde das Auffangen des Gases nun optimiert. Zudem hat das Projektteam neue Methoden entwickelt, um das Methan zu speichern und energetisch zu nutzen.

Neue Aufnahmeeinheit und Gasbags aus flexiblem Kunststoff

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. Da die Verwertung des Gases hauptsächlich von dessen Qualität und Menge abhängt, wurde darüber hinaus eine in den Vorgängerprojekten entwickelte Messstrecke optimiert und erweitert.

Um das aufgefangene und als hochwertig klassifizierte Gas zu speichern, hat das Projektteam vier Gasbags aus flexibler Kunststofffolie mit jeweils 250 Litern Fassungsvermögen an der Plattform installiert. Im Vergleich zu anderen Speichervarianten wie Gasflaschen muss das Gas in diesen Behältnissen nicht komprimiert werden, was den Energieaufwand reduziert. Zur Umwandlung des Gases in elektrische Energie wurde ein Benzingenerator auf Gasbetrieb umgebaut und in das System integriert.

4.322 Liter Gas in 36 Fahrten auf der Wupper-Vorsperre gesammelt

Während der Feldversuche auf der Wupper-Vorsperre wurden die einzelnen Komponenten sowie das Gesamtsystem in insgesamt 36 Fahrten ausgiebig getestet. „Dabei haben wir im Mittel 120 Liter Gas mit einem durchschnittlichen Methangehalt von 50 Prozent entnommen. Aus diesen insgesamt 4.322 Litern Gas konnten 3.047 Kilojoule Energie generiert werden“, sagt Julia Außem vom Projektpartner, der SedimentWorks GmbH. Eine Hochrechnung dieser Daten der Feldversuche habe ergeben, dass rund 31 Prozent der für die Befahrung der gesamten Vorsperre nötigen Energie aus dem dabei gesammelten Gas erzeugten werden könne.

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

Über das Projekt

Das Forschungsprojekt „Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Elimination und energetischen Nutzung von Methangasen aus Stauräumen“ (MELINU) wurde von Prof. Dr. Christian Jokiel vom Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln geleitet. Innerhalb der TH Köln war zudem Prof. Dr. Peter Stenzel vom Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE) beteiligt. Projektpartner war die SedimentWorks GmbH. Das Projekt wurde im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ – Verbundprojekt Klimaschutz“ über einen Zeitraum von drei Jahren durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.