Innovation Kölner Start-up macht aus Abgasen Strom

Die Gründer des Start-ups Orcam wollen aus der Abwärme von Biogasanlagen eine gigantische Stromquelle machen. Bisher war dies nicht ohne Weiteres möglich. Jetzt gibt es zwei Pilotprojekte für ihre Technik.
21.10.2014 - 06:00 Uhr Kommentieren
Biogasanlage: Abwärme clever genutzt. Quelle: PR

Biogasanlage: Abwärme clever genutzt.

(Foto: PR)

Die Biogasbranche in Deutschland hat es nicht leicht derzeit. Nach der Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes durch Wirtschaftsminister Sigmar Gabriel darbt die Branche, weil die Vergütung für den Biostrom drastisch sank und der Neubau von Anlagen zudem gedeckelt wurde. So bleibt vielen Ökostromern nur der Weiterbetrieb der derzeit rund 8000 bestehenden Anlagen. Für die Anlagenbetreiber, die ihr Biogas gleich in Blockheizkraftwerken zu Wärme und Strom machen, gibt es jetzt zumindest die Aussicht auf zusätzliche Einnahmen.

Denn bisher pusten Blockheizkraftwerke die Abwärme, die die Motoren erzeugen, meist in die Umwelt. Aus diesen heißen Abgasen lässt sich aber noch Strom erzeugen, wenn sie nicht zum Heizen oder als Wärmequelle für Industrieprozesse nutzbar sind. Möglich ist das mit Modulen, die die sogeannte ORC-Technik nutzen (Organic Rankine Cycle), die schon seit dem 19. Jahrhundert bekannt ist.
Entwickelt hat die Module das Kölner Jungunternehmen Orcam. Mit gleich zwei Installationen haben die Gründer (eine ähnliche Entwicklung haben wir an dieser Stelle ausführlich vorgestellt) jetzt einen großen Schritt nach vorn gemacht. Sie rüsteten zwei Biogasanlagen im brandenburgischen Wiesenburg mit ihren Modulen auf. Künftig erzeugen sie jeweils 390.000 Kilowattstunden mehr Strom als bisher.

Nimm Gas, mach Strom und Wärme
Blockheizkraftwerk
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Blockheizkraftwerke (BHKW) basieren auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Dabei werden über einen Gasmotor oder eine Gasturbine Strom und Wärme erzeugt.

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Blockheizkraftwerke
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Die entstehende Abwärme wird möglichst ortsnah, zum Beispiel als Fernwärme für ein Wohngebiet oder zur Warmwasserbereitung, eingesetzt. Auch die Nutzung für Prozesswärme oder in industriellen Anwendungen ist weit verbreitet.

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Gaskraftwerk in Lubmin
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Die direkte Nutzung der Abwärme macht Blockheizkraftwerke besonders effizient. Bei modernen Gas-Kombi-Kraftwerken können bis zu 60 Prozent der Energie, die das Gas enthält, in Strom umgewandelt werden. Der Rest entweicht als Abwärme. Da diese bei Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung genutzt wird, ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von mehr als 90 Prozent. Der Ausstoß von Treibhausgasen wird so deutlich reduziert.

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Neue Biogasanlage in Lüchow
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In der Getränkeindustrie oder der Landwirtschaft kommt die Nutzung eines Blockheizkraftwerks häufig vor. Durch die Vergärung von Brauereiabwässern oder Biomasse kann Biogas erzeugt werden, das sich anschließend in einem Gasmotor verfeuern lässt.

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Bitburger
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Ein prominentes Beispiel: Die Bitburger Brauerei setzt seit mehr als fünf Jahren auf die Nutzung von Biogas und Abwärme. Der Primärenergieverbrauch kann damit gegenüber der getrennten Energie- und Wärmeerzeugung – durch ein Generator-Set und einer separaten Wärmequelle – um bis zu vierzig Prozent reduziert werden.

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Deutschlands größte Vergärungsanlage geht in Betrieb
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In einem BHKW bei Passau wird jährlich aus 20.000 Tonnen Biomüll Biogas gewonnen und in Strom umgewandelt. Laut Internationaler Energie Agentur (IEA) wird ein Zehntel der weltweit erzeugten Energie über das Kraft-Wärme-Kopplungs-Prinzip gewonnen. In Deutschland sind es etwa zwölf Prozent. Bis 2030, so errechnen die IEA-Experten, sei aber eine Verdopplung des Anteils möglich, sofern die Entwicklung von der Politik gefördert wird.

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Regensburg
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Einige Gemeinden in Deutschland nutzen bereits jetzt Blockheizkraftwerke intensiver als andere. Seit knapp 20 Jahren setzt der Regensburger Energie- und Wasserversorger REWAG auf Jenbacher Gasmotoren von GE. Jährlich spart die Stadt so rund mehr als 23.700 Tonnen CO2 ein.

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Die Anlage im Ortsteil Reppinichen etwa besteht aus drei Blockheizkraftwerken mit einer elektrischen Leistung von jeweils 624 Kilowatt und einer Wärmeleistung von 680 Kilowatt. Bei optimalem Betrieb liefern sie pro Jahr rund zwölf Millionen Kilowattstunden Strom. Künftig sind es immerhin rund fünf Prozent mehr, eine Quote, die auf den ersten Blick nicht sonderlich attraktiv erscheint.

Andererseits steigt die Vergütung für eingespeisten Strom, die die Anlagenbetreiber erhalten, um mehr als 25.000 Euro pro Jahr. Wenn die Anlagen zur Bereitstellung von Regelenergie genutzt werden, also kurzfristig einspringen können, wenn Strommangel herrscht, ist der Erlös noch weitaus höher. Die Restwärme aus dem ORC-Prozess beheizt den Fermenter und beschleunigt so die Biogasproduktion.

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    In einer zweiten baugleichen Anlage im gleichen Örtchen wird die ORC-Abwärme in ein Nahwärmenetz eingespeist.

    Nun mag man einwenden, dass auch bisher schon Abwärme zu Strom gemacht wird. Nämlich über verdampftes Wasser, das eine Turbine antreibt und Strom produziert. Allerdings ist die Temperatur in Blockheizkraftwerken und auch bei vielen Industrieprozessen, bei denen Abwärme entsteht, dafür zu niedrig.

    Die Orcam-Module produzieren dagegen Strom aus Abwärme, die wegen der zu niedrigen Temperatur keinen Wasser-Dampf-Kreislauf zur Stromproduktion in Gang setzen können. Die Kölner ersetzen Wasser durch eine organische Flüssigkeit, die bereits bei relativ niedrigen Temperaturen verdampft und genügend Druck für den Antrieb eines speziellen Turbogenerators aufbaut.

    Die Module funktionieren am besten bei Temperaturen zwischen 300 und 500 Grad Celsius, die Motorabgase locker erreichen. Die Flüssigkeit wird im Kreis gefahren, also immer wieder in den Prozess eingespeist. Ein Tochterunternehmen des Essener Energieversorgers RWE sammelt in den kommenden Monaten alle Betriebsdaten der beiden Biogasanlagen, um eine verlässliche Basis für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung zu gewinnen.

    Erst dann können die Kölner wohl weitere Kunden für ihre Technik begeistern. Und davon gibt es theoretisch viele. Allein in Deutschland lässt sich ein Abwärmepotenzial von rund 100 Milliarden Kilowattstunden nutzen, hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg ermittelt. Diese Menge entspricht rechnerisch etwa 20 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland. Selbst wenn man die Verluste bei der Umwandlung von Wärme in Strom einrechnet, ist das Potenzial der Technik aus München gewaltig.

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