Das in Stauseen zum Teil in erheblichen Mengen entstehende Treibhausgas kann in die Atmosphäre entweichen und der Umwelt schaden. Um dies zu verhindern, hat die TH Köln im Projekt „MELINU“ den bereits entwickelten Prototyp zur Methangasernte optimiert. In mehreren Versuchen an der Wupper-Vorsperre nördlich von Hückeswagen wurde dieser getestet. Dabei zeigte sich, dass es nun möglich ist, das aus dem Sediment entnommene Methan zu speichern und energetisch zu nutzen.
Das Problem des vorhandenen Methangases in Stauseen erklärt Prof. Dr. Christian Jokiel vom Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln: „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.“ Die Wupper-Vorsperre verfügt über ein Volumen von 307.000 Kubikmetern. Allein dort werden jährlich so viele Treibhausgase abgegeben, wie ein Pkw auf anderthalb Millionen Fahrkilometern produziert.
In Zusammenarbeit mit einem Fachunternehmen hat die TH Köln daher in mehreren Projekten einen Prototyp entwickelt, der die Ablagerung von Sediment und die Methanemissionen reduzieren soll. Dabei wird mit einem Hochdrucksauger, installiert an einer schwimmenden Plattform, Sediment aufgelöst und aufgesaugt. Bei der anschließenden Trennung des Wasser-Sediment-Gas-Gemischs wird das Gas entnommen und das Sediment anschließend unterhalb der Stauanlage wieder dem Fließgewässer zugeführt. Im Projekt „MELINU“ wurden nun neue Methoden zur Speicherung und Nutzung des Methans entwickelt sowie das Auffangen des Gases optimiert.
Aufnahmeeinheit verbessert und Gasbags installiert
Die bisherige Einheit des Prototyps zur Aufnahme des Sediments wurde im ersten Schritt verbessert, wie Corina Lied, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Labor für Wasser und Umwelt der TH Köln, erklärt: „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.“
Zur Speicherung des hochwertigen Gases wurden vier Gasbags aus flexibler Kunststofffolie an der Plattform angebracht. Jedes dieser Behältnisse fasst dabei 250 Liter. Verglichen mit anderen Varianten zur Speicherung entfällt bei den Gasbags die Komprimierung des Gases, wodurch weniger Energie benötigt wird. Weiterhin wurde ein auf Gasbetrieb umgebauter Benzingenerator in das System integriert, mit welchem das Methangas in elektrische Energie umgewandelt wird.
4.322 Liter Gas gesammelt
Insgesamt wurden auf der Wupper-Vorsperre 36 Fahrten durchgeführt, um die einzelnen Komponenten sowie das gesamte System ausgiebig zu testen. Pro Fahrt wurden dabei ca. 120 Liter Gas mit einem Methangehalt von durchschnittlich 50 Prozent gesammelt. Aus den insgesamt 4.322 Litern gesammelten Gases konnten dann 3.047 Kilojoule Energie gewonnen werden. Hochgerechnet hätten damit rund 31 Prozent der erforderlichen Energie für die Befahrung der gesamten Vorsperre aus dem gesammelten Gas gewonnen werden können.
Prof. Dr. Christian Jokiel ist überzeugt vom Ergebnis der Versuche: „Im Projekt MELINU konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass das in Stauseen entstehende Biogas genutzt werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen.“ Allerdings seien noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten nötig, um das System reif für den Markt zu machen. So müsse die Gasanalyse und die -speicherung für einen kommerziellen Einsatz noch weiter optimiert werden. In Kooperation mit SedimentWorks GmbH, dem bisherigen Kooperationspartner, soll diesbezüglich weiter daran gearbeitet werden.
Dieser Artikel erschien in der Ausgabe DIE WIRTSCHAFT 05.2023
Bildquellen
- MELINU Plattform: TH Köln
