Forschungsprojekt

F&E auf der HEPP-Anlage

Auf der HEPP-Anlage (High Efficiency Power-to-Methane Pilot) betreibt das IET Institut für Energietechnik Forschung und Entwicklung im Bereich Power-to-Gas, Power-to-X.

2017 startete das Power-to-Gas Team mit viel Pioniergeist in dieses Projekt. Heute, fast vier Jahre nach der ersten Konzeptidee ist der Pioniergeist bei uns auf der HEPP-Anlage immer noch präsent, nur die Pionierromantik wurde zu Teil vom Alltag eingeholt. Konkret, die HEPP-Anlage ist nun mehr als zwei Jahre alt, es stehen Wartungs- und Unterhaltsarbeiten an. Seit anfangs 2021 wir die Anlange systematisch zerlegt, Verschleissteile ersetzt, Messgeräte eingeschickt und neu kalibriert. Diese Wartungs- und Unterhaltsarbeiten führen wir einerseits durch damit die HEPP in einwandfreiem Zustand ist und wir weiterhin Forschung damit betreiben können und andererseits damit wir belastbare Messwerte erhalten. Wir leben natürlich wie jeder Forscher nach dem Grundsatz: Wer misst, misst Mist. Durch das Überprüfen der Messgeräte versuchen wir den proportionalen Mist-Anteil signifikant zu reduzieren.

Die Arbeiten kommen trotz gewisser Lieferverzögerungen von eingeschicktem Equipment gut voran, so dass die HEPP-Anlage im März wieder für Forschung genutzt werden kann.

Anekdote:
Die Forschungsanlege ist sehr kompakt gebaut (umgebaut/ erweitert worden), dies hat dazu geführt, dass wir nicht mehr überall mit dem Gabelschlüssel hingekommen sind. Eine der Wartungstätigkeiten war das nachziehen der Sitzpackung bei unseren Kugelhähnen. Dafür mussten wir diverse Gabelschlüssel in der Mitte halbieren,... Kommentar unserer Werkstatt: "Seit ihr sicher dass ihr das schöne Werkzeug zerstören wollt?".

Fazit: Die Gabelschlüssel sind halbiert und die Sitzpackungen nachgezogen.

Vor den Wartungs- und Unterhaltsarbeiten konnten wir erste kleine Erfolge im Bereich der Sorption Enhanced Methanation (SEM) erzielen. Bei der SEM handelt es sich auch um eine katalytische Methanisierung mit einem besonderen Katalysator, der auf ein Zeolit aufgetragen ist. Konventionelle Methanisierungs-Katalysatoren haben meistens reines Aluminiumoxid als Trägermaterial. Dank der Eigenschaften des Zeoliths, erhält man mit diesem speziellen SEM-Katalysator, reines und trockenes Methan am Reaktoraustritt.

Die SEM-Technologie wurde Breits ausgiebig in den UMTEC-Laboren erprobt, dennoch war die Integration dieser Technologie in die HEPP-Anlage nicht ganz trivial. Die Herausforderung war die Skalierung der Gasflüsse von "Mikro zu Mini". Das Lösungswort für diese Herausforderung war Bypass. Wir haben an verschiedenen Stellen in der HEPP-Anlage Bypasses installiert. So war es uns möglich den UMTEC-SEM-Reaktor mit Mikro-Gasflüssen in die HEPP-Anlage mit Mini-Gasflüssen zu integrieren. Mit diesem Schritt ist es uns möglich ein Betriebskonzept für eine Power-to-Gas Anlage mit SEM-Katalysator zu testen, was im Labormassstab nicht möglich war. Die Versuchsreihe, die im März/April geplant ist, soll die Design-Grundlagen für SEM-Reaktor-System liefern, welches eine Methanproduktionskapazität von 0.5 – 1 Nm³/h hat. Dies entspricht einem 200 bis 400-Fachen Scale-Up der Methanproduktionskapazität gegenüber des Labormassstabes.

Anekdote:
Die "Bierdecke-Rechnung" ist ein pragmatisches Werkzeug welches sehr gerne an den Fachhochschulen für angewandte Wissenschaft eingesetzt wird. Bei diesem Werkzeug ist aber auf den Popeye-Fehler zu achten. Wie beim Spinat ist die Kommastelle auch bei umrechnen von Einheiten relevant, z.B. dass aus "ml/min" nicht plötzlich "Liter/min" werden.

Fazit: Das Vieraugenprinzip auch bei "Bierdecke-Rechnung" anwenden.

Eines der zentralen Ziele, welches das IET Institut für Energietechnik mit der HEPP-Anlage verfolgt ist die Wirkungsgradsteigerung der gesamten Power-to-Gas Anlage. Diese soll durch Kopplung der Reaktorabwärme mit einer Hochtemperatur Elektrolyse (SOEC: Solid oxide electrolyzer cell) erreicht werden. Ein erstes Zwischenziel konnte hier bereits erreicht werden, eine erste Wirkungsgradanalyse der HEPP-Anlage mit der PEM-Elektrolyse. Damit das Hauptziel erreicht werden kann, arbeitet das IET-Power-to-Gas Team eng mit der EPFL in Sion zusammen. Die Teams arbeiten an der Mehrstufigen Inbetriebnahme der Hochtemperatur Elektrolyse, damit die Kopplung der Methanisierung und der SOEC möglichst reibungslos verläuft.

Ausblick
In den nächsten IET News wird noch ausführlich über die Kopplung der SOEC und der katalytischen Methanisierung berichtet.