Schlussbericht ORBIT II - Erweiterung eines hocheffizienten Rieselbett-Bioreaktors und Optimierung der Methanisierungsanlage für den kommerziellen industriellen Einsatz; Teilvorhaben: Konzeptionierung und Betrieb eines 5-L-Rieselbettreaktors, Versuchsbegleitung und Auswertung von ORBIT-Demo sowie Auslegung und Up-Scale einer PtG-Anlage

Abstract

Das Projekts ORBIT II beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Demonstration der biologischen Methanisierung in einem Rieselbettreaktor im Kontext der Power-to-Gas-Technologie (PtG). Ziel war es, erneuerbaren Strom über Elektrolyse in Wasserstoff umzuwandeln und anschließend gemeinsam mit CO# biologisch zu Methan umzusetzen, um Energie langfristig im bestehenden Erdgasnetz speichern zu können. Im Projekt wurde eine Demonstrationsanlage (ORBIT-Demo) aufgebaut und um Elektrolyseur, Wasserstoffspeicher und weitere Peripherie zu einer vollständigen PtG-Anlage erweitert. Parallel dazu diente ein verkleinerter Laborreaktor (ORBIT-Twin) im 5-Liter-Maßstab zur Untersuchung zentraler Prozessparameter wie Füllkörpermaterialien, mikrobieller Kulturen und Betriebsbedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die hydrodynamischen Bedingungen im Reaktor – etwa Strömungsregime und Gas-Flüssigkeitsführung – entscheidend für Methanbildungsrate und Gasreinheit sind. Durch eine angepasste Betriebsweise im Gleichstrombetrieb konnten Methanreinheiten von über 95 % erreicht werden, womit eine Einspeisung in das Erdgasnetz möglich ist. Zusätzlich wurden leistungsfähige Co-Kulturen methanogener Archaeen identifiziert, die hohe Umsatzraten und stabile Prozesse ermöglichen. Die Anlage wurde zudem in die Infrastruktur eines Klärwerks integriert und automatisierte Steuerungs- und Regelungskonzepte entwickelt. Auf Basis der Ergebnisse wurde schließlich ein Konzept für eine skalierte industrielle Anlage ("ORBIT-Industry") erarbeitet. Insgesamt zeigt das Projekt das Potenzial der biologischen Methanisierung als flexible und skalierbare Technologie zur Speicherung erneuerbarer Energie.