Das Projekt Pilot-SBG, das am Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) in Leipzig durchgeführt wird, untersucht die Verflüssigung von erneuerbarem Methan (Biomethan) im kleinen Maßstab für den Transport und die Speicherung. Die Pilotanlage mit einer maximalen Kapazität von 15 t d-¹ dient als Prüfstand für fünf Verflüssigungstechnologien: den Mixed Refrigerant Cycle (MRC), den Gas-Expansionskreislauf (GEC), den offenen Linde-Kreislauf (LC), die Stirling-Kälteerzeugung (SR) und die kryogene Flüssigkeitsverdampfung (CLV). Die Studie vergleicht die technische Leistung, die wirtschaftlichen Kosten und die Treibhausgasemissionen (THG) für jeden Ansatz.
Die technischen Ergebnisse zeigen, dass die Verflüssigungskosten bei allen Technologien zwischen 0,20 € kg-¹ und 0,33 € kg-¹ liegen. Die MRC liefert die niedrigsten Kosten und die höchste Energieeffizienz, wobei ein spezifischer Energieverbrauch von etwa 5-10 % des Methanheizwerts erreicht wird. Sie erfordert jedoch eine komplexe Ausrüstung und hohe Kapitalinvestitionen. Die GEC ist zwar einfacher und aufgrund der Verwendung von inertem Stickstoff als Kältemittel auch sicherer, weist aber eine geringere Effizienz und einen höheren Energiebedarf auf, was zu höheren Kosten führt. Das offene LC-System ist aufgrund seiner geringen Komplexität und des Fehlens externer Kältemittel attraktiv, aber der Kompressionsschritt erfordert einen erheblichen Energieaufwand, was die Gesamteffizienz verringert. SR bietet ein robustes, in sich geschlossenes System mit einfacher Bedienung, doch seine geringe Kapazität begrenzt die Skalierbarkeit. CLV ist die einfachste und kapitalschonendste Option. Sie benötigt nur eine minimale Ausrüstung und Inertgas, ist aber durch den Bedarf an Flüssigstickstoff vor Ort eingeschränkt und bietet den geringsten Durchsatz.
Die Treibhausgasemissionen aus dem Verflüssigungsschritt variieren zwischen 0,1 g CO₂-eq MJ-¹ und 12,4 g CO₂-eq MJ-¹, was weitgehend von der Stromquelle und dem verwendeten Zyklus abhängt. Der MRC kann, wenn er mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben wird, Emissionen von nur 0,1 g CO₂-eq MJ-¹ erreichen, während der GEC und der LC bei Verwendung von konventionellem Netzstrom bis zu 12,4 g CO₂-eq MJ-¹ erreichen können. Die Studie zeigt auch, dass die Gesamtemissionen über den Lebenszyklus der Biomethanverflüssigung von vorgelagerten Prozessen wie der Rohstoffsammlung und der Biogasaufbereitung dominiert werden; daher haben standortspezifische Bedingungen einen großen Einfluss auf die Umweltleistung.
In der ersten Phase des Projekts, die 2023 abgeschlossen wurde, wurde eine umfassende technisch-ökonomische und ökologische Bewertung erstellt, die in einem Schwerpunktpapier zur Marktanalyse und den Treibhausgasquoten gipfelte. Das Design und der Betrieb der Pilotanlage wurden in einer Reihe von Abbildungen und Tabellen dokumentiert, die den Prozessablauf, die Kostenaufschlüsselung und die Emissionsfaktoren veranschaulichen. Die Ergebnisse fließen in ein umfassenderes Konzept für den kommerziellen Einsatz ein, bei dem dezentrale Verflüssigungsanlagen in bestehende Biogasanlagen integriert werden könnten, um die Marktfähigkeit von erneuerbarem Methan zu verbessern.
Die Zusammenarbeit in Pilot-SBG wird vom DBFZ geleitet, das die Forschungsinfrastruktur und das Projektmanagement bereitstellt. Zu den Partnern gehören akademische Einrichtungen, die auf Thermodynamik und Verfahrenstechnik spezialisiert sind, sowie Akteure aus der Industrie, die ihr Fachwissen in den Bereichen Kältetechnik und Umweltbewertung einbringen. Das Projekt wird vom DBFZ im Rahmen eines nationalen Forschungsprogramms finanziert, das die Entwicklung von Technologien für erneuerbare Energien zum Ziel hat. Der Zeitplan reicht von ersten Machbarkeitsstudien im Jahr 2022 bis zum Bau einer Pilotanlage und deren Erprobung im Jahr 2023, wobei weitere Phasen geplant sind, um die Technologie bis zum kommerziellen Betrieb zu skalieren. Diese integrierten Bemühungen zielen darauf ab, einen gangbaren Weg für die emissionsarme Verflüssigung von Biomethan in kleinem Maßstab zu finden und so die Nutzung erneuerbarer Gase im europäischen Energiesystem zu erweitern.