Methanisierung im Untergrund

In unserem Newsletter haben wir immer wieder Power-to-Gas-Projekte vorgestellt. Solche, bei welchen Wasserstoff und CO₂ in einem katalytischen Reaktor in Methan umgewandelt werden, wie bei unserer Forschungsanlage HEPP. Und solche mit biologischen Prozessen, bei welchen Archaeen (Mikroorganismen) für diese Umwandlung verantwortlich sind (wie beim EU-weiten Forschungsprojekt Store&Go sowie bei der aktuell schweizweit grössten Power-to-Gas-Anlage in Dietikon). Bei all diesen Projekten wird die Sektorkopplung und damit die Flexibilität des Energiesystems vorangetrieben, und es wird ein über längere Zeit speicherbares Gas produziert. Doch um das Gas dann tatsächlich speichern zu können, fehlt in der Schweiz genau das: ein Speicher. Im aktuell laufenden Forschungsprojekt «Underground Sun Conversion – Flexible Storage (USC FlexStore)» sollen die Methanisierung und die saisonale Speicherung verbunden werden – eine neue Technologie, welche also die Grundidee von Power-to-Gas von Sektorkopplung und saisonaler Speicherung umsetzt.

Im Vorprojekt «Underground Sun Storage» wollte die österreichische RAG Austria AG, welche verschiedene Erdgasspeicher betreibt, testen, ob in diesen Speichern auch Wasserstoff eingelagert werden kann. Die Überraschung war nicht gering, als bei der Testanlage beim Ausspeisen bemerkt wurde, dass sich dieser zum Teil in Methan umgewandelt hatte. Grund dafür sind die im Erdreich natürlich vorkommenden Archaeen, welche vor Jahrmillionen das dort aufgefundene Erdgas produzierten. Wird ihnen Wasserstoff und CO₂ zur Verfügung gestellt, so produzieren sie auch heute noch Methan daraus. Bei der Testanlage in Österreich war noch restliches CO₂ von der Erdgasförderung im Untergrund. Dieses hat sich mit dem eingespeisten Wasserstoff zu Methan umgewandelt. Seit ihrem überraschenden Fund konnte die RAG in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur Wien diese Umwandlung wissenschaftlich nachweisen und hat die entsprechende Technologie der Geo-Methanisierung patentiert. Mit dem neuen Projekt «USC FlexStore» untersuchen sie nun zusammen mit Energie 360°, IET Institut für Energietechnik der OST, Empa, Universität Bern, Universität für Bodenkultur Wien und WIVA P&G inwiefern diese neue Technologie der Geo-Methanisierung umgesetzt werden kann. Es werden dabei technische, betriebliche, wirtschaftliche, ökologische und regulatorische Aspekte der Geo-Methanisierung untersucht.

Das Prinzip der Geo-Methanisierung ist, dass im Sommer überschüssiger erneuerbarer Strom via Elektrolyse in Wasserstoff (H₂) umgewandelt wird. Dieser wird dann zusammen mit Kohlendioxid (CO₂), welches aus industriellen Prozessen abgeschieden wird (z.B. Kehrichtverbrennung oder Zementwerke), in Untergrundspeichern in über 1’000 Metern Tiefe eingelagert. In diesen befinden sich die Archaeen, die den Wasserstoff und das CO₂ zu erneuerbarem Methan verstoffwechseln. Das dort unten produzierte Methan kann dann im Winter den Speichern wieder entzogen und als Methan, welches der Hauptbestandteil von Erdgas ist, vielfältig genutzt werden (siehe Abbildung 1).