Cutting Edge

Power to gas

Elektriciteit gebruiken om gas aan te maken, dit eenvoudige concept bestaat al sinds lang, maar in de hernieuwbare energiemix zou wat eigenlijk een efficiëntievermindering (het is efficiënter om de elektriciteit direct te gebruiken) is kunnen uitdraaien op dé manier om overschotten tijdens dagen met veel wind en zon  te bufferen en zo het net te stabiliseren. Deze netstabilisatie is de grote uitdaging wil men naar een verhoogd aandeel hernieuwbare energie onder de vorm van zon- en windenergie gaan. Nieuwsberichten zoals waar Schotse windfarms grof betaald worden om uit te schakelen tonen aan dat de problematiek prominent is (bekijk hier het nieuwsbericht). Om snel te reageren op netfluctuaties moet de elektriciteitsproductie en distributie binnen enkele seconden kunnen aangepast worden zodat vraag en antwoord in balans blijven. Dit kan door stroom te importeren of exporteren en door centrales aan en af te koppelen. Waterkrachtcentrales zijn bijvoorbeeld een goede stabilisator omdat de elektriciteitsproductie binnen enkele seconden kan stilgelegd worden en omdat bij een overschot het water terug in het stuwmeer kan worden gepompt.

Bij power to gas worden overschotten aan hernieuwbare energie gebruikt om water door middel van elektrolyse te splitsen in waterstofgas (H2) en zuurstofgas (O2). Afhankelijk van de toepassing en nood kan het waterstofgas via de Sabatierreactie (of in de toekomst microbiologisch) omgezet worden in methaan. We kunnen hier dus ook spreken van biomethaan als de elektriciteit afkomstig is hernieuwbare bronnen. Het geproduceerde waterstof zou ook kunnen dienen als toevoeging bij bestaande anaerobe vergisting wanneer de (bio)techniek hieromtrent op punt staat. De onderstaande figuur heeft het concept schematisch weer waarin power-to-gas een prominente rol speelt in de energieopslag omdat het gas kan gebufferd worden in het gasnet.

Power to gas concept

Figuur. Power to gas concept.

Power to gas concepten worden al commercieel aangeboden door onder andere de volgende bedrijven:

Wat betekent power to gas nu eigenlijk in de praktijk? Volgende reportage brengt geeft een toepassing in Duitsland weer:

Andere Duitse projecten zijn weergegeven op deze interactieve kaart: http://www.powertogas.info/power-to-gas/interaktive-projektkarte.html

Recentelijk is een platform opgericht door de landen rondom de Noordzee om het power to gas concept verder uit te dragen: http://www.northseapowertogas.com. Een consortium van bedrijven wil het concept toepassen op de offshore windparken in de Noordzee.

Repowering

Herwaarderen of repowering van een biogasinstallatie is een herinvestering maken in de installatie (vaak na enkele jaren afschrijving) met het oog op efficiëntieverbetering en kostenbesparing. Enkele voorbeelden van mogelijke investeringen zijn:

  • Verbetering van de biologische werking
    • betere nutriëntenmix door betere afstemming input
    • gebruik van enzymen, probiotica, entmateriaal ..
    • bio-augmentatie
    • hydrolyse voorstap
    • meerfasige vergisting
    • optimalisatie micronutriënten
  • Verbetering van de technologische werking
    • Vergroting van het vergistingsvolume
    • Optimalisatie/heruitruisting van de substraatbehandeling
    • Roerwerk optimaliseren of vernieuwen
    • WKK upgrade
    • Optimaliseren warmtegebruik WKK
    • Herkalibrering meetinstrumenten en fijnregeling
    • Navergisting
    • Optimaliseren verblijftijd
    • Satelliet WKK
    • Organic Rankine Cyclus machine
    • Anaerobe membraan bioreactor
  • Organisatie
    • Innovatieve logistieke concepten
    • Marktwerking optimaliseren
    • Marktdiversificatie
    • Warmtenetten

H2 additie

Opwerking van biogas tot biomethaan kan door fysisch-mechanische technieken, maar de investeringskost van deze technieken is relatief hoog omdat er onder hoge druk gewerkt wordt en omdat er vaak chemicaliën aan te pas komen. Ook zal nog steeds methaan in het afgas aanwezig zijn, wat het broeikaseffect natuurlijk niet ten goede komt. Een potentiële manier om aan de technische kosten te ontsnappen is de biologische opwerking van biogas door H2-toevoeging.

De biologische omzetting van CO2 naar CH4 (methaan) gebeurt onder anaerobe omstandigheden door een groep van hydrogenetrofe archaea. Deze micro-organismen zijn een domein los van de bacteriën, waarvan vele de eerst ontdekte soorten in extremere groeiomstandigheden zijn gevonden. De hydrogenetrofen voeren volgende reactie uit:

4H2 + CO2 = CH4 + H2O

 

Vaak is er in de biogasreactor een 30-45% aan CO2 beschikbaar. Bij toevoeging van H2 zou theoretisch het percentage aan methaan moeten stijgen. Dit is ook wat initieel onderzoek bij batchtesten en aantoont. Lou (2012) vond bij thermofiele vergisting aanrijking tot meer dan 90% methaan. Een groot praktisch pijnpunt is dat H2 slecht oplosbaar is in water, veel minder dan de reactie verreist, een recirculatie van waterstofverzadigd proceswater lijkt aangeraden. Ook berust de aanmaak van H2 op drote schaal nog niet duurzame technieken. Toepassing van een power-to-gas principe uit overschotten van wind- en zonne-energie lijkt de weg voorwaarts. Directe elektrolyse in de reactor is ook een weg die momenteel bestudeerd wordt.