eigen_frontfoto

Studiedag Power-to-Methane

foto workshop p2m

Op 6 september organiseerde European Biogas Association (EBA), samen met Gas Infrastructure Europe (GIE) en European Renewable Gas Registry (ERGaR), een gezamenlijke workshop rond Power-to-Methane (P2M). P2M is een volgende stap in de integratie van Power-to-Gas in het (toekomstige) energielandschap. Bij Power-to-Gas wordt hernieuwbare elektriciteit omgezet via hydrolyse tot waterstof wanneer er een overschot is op de elektriciteitsmarkt.

De veelzijdige toepassingen van methaan

Jan Stambasky, voorzitter van EBA, opende de workshop met de boodschap dat het verhaal niet moet stoppen bij waterstof. Waterstof kan immers, chemisch of biologisch, omgezet worden tot methaan door het toevoegen van CO2. Het voordeel van methaan is dat de toepassingen veelzijdiger zijn dan die van waterstof. Methaan kan zonder probleem geïnjecteerd worden in het bestaande gasnetwerk of gebruikt worden als brandstof voor CNG-wagens. Bovendien kan het gasnet dienen als gasbuffer om opnieuw elektriciteit op te wekken wanneer de vraag hoog is. P2M kan perfect geïntegreerd worden in een biogasinstallatie die opwerkt tot biomethaan. De CO2 die vrijkomt bij de opwerking van biogas tot biomethaan kan gebruikt worden om waterstof bijkomend om te zetten naar biomethaan. Deze laatste reactie is exotherm, de warmte kan gerecupereerd worden voor het verwarmen van de bioreactor of voor de opwerking van  het biogas. Door de vele toepassingen van methaan is de dhr. Stambasky er van overtuigd dat deze integratie mee aan de basis zal  liggen van de doorbraak van Power-to-Gas.

processchema p2m
Integratie van een biogasinstallatie met P2M-reactor

Potentieel van hernieuwbare gassen

Jan Ingwersen van ENTSOG, de Europese associatie voor transmissienetbeheeders voor gas, pikte in op de vele toepassingen die biomethaan te bieden heeft. ENTSOG publiceert elk jaar een voorspelling van de toekomstige gasconsumptie op basis van een aantal scenario’s. Er is zeker nog toekomst voor gas in Europa, zo stelde dhr. Ingwersen, ondanks de sterke inzet op Europees vlak op elektrificatie. Het gasnetwerk heeft een veel grotere capaciteit dan het elektriciteitsnet waardoor het een veel hogere pieklading aankan. Operatoren moeten nu inzetten op de slimme integratie van verschillende technologieën, zoals P2M, om het potentieel van het gasnet ten volle te benutten. Tegen 2030 kan Power-to-Gas instaan voor een jaarlijkse productie van 1200 TWh in Europa. Jan Ingwersen sloot af met de boodschap dat het gasnet dus een belangrijke rol kan spelen in de energietransitie.

Om deze rol te kunnen vervullen, dienen er echter nog een aantal wettelijke en technische hordes genomen te worden, aldus Lajos Erdelyi, operational manager bij EIG. De uitbreiding van het gasnet met hernieuwbare gassen zal een effect hebben op de gaskwaliteit en het functioneren van het gasnet. De productie gebeurt immers downstream en op veel kleinere schaal. Er moet dus werk gemaakt worden van een Europees beleid dat een gelijk speelveld creëert voor alle hernieuwbare technologieën/energiebronnen. Het beleid moet onderzoek naar nieuwe technologieën en marktintegraties blijven stimuleren zodat de verschillende uitdagingen die P2M met zich meebrengt, kunnen opgelost worden.

P2M in de praktijk

In een volgend onderdeel van de workshop werd de focus verlegd naar de technische ontwikkelingen rond P2M, met de illustratie van een biologische en katalytische omzetting van waterstof naar methaan op industriële schaal. Thomas Heller van MicrobEnergy GmbH illustreerde dat de technologie voor P2M klaar is. De installatie van MicrobEnergy gebruikt bacteriën om H2 en CO2 om te zetten naar methaan. Het voordeel van een biologische omzetting is volgens dhr. Heller dat de bacteriën een hoge tolerantie hebben voor de onzuiverheden in de gasstroom en zeer flexibel ingezet kunnen worden. Momenteel heeft hun demonstratieplant een capaciteit van 60 Nm³ H2/h, die ze willen uitbreiden naar 400 Nm³ H2/h. De demonstratieplant maakt direct gebruik van ongezuiverd biogas uit de nabijgelegen biogasinstallatie. In de reactor zetten bacteriën de CO2 van het biogas om naar extra methaan. Het proces kan binnen de 30 s opgestart worden, waardoor het zeer snel reageert op de toevoer van waterstofgas. Thomas Heller ziet veel potentieel in deze technologie vanwege het rechtstreeks gebruik van CO2. Hierdoor wordt een sterke CO2-reductie bereikt, iets wat in de toekomst enkel nog maar belangrijker zal worden.

Naast een biologische omzetting van waterstof naar methaan, kan dit ook via een katalytische pathway. In een fixed bed of bubbling fluidsed bed reactor wordt waterstof chemisch omgezet tot methaan. Het voordeel van dit soort installaties is dat ze op veel grotere schaal kunnen werken dan de biologische variant. Bovendien gaat het systeem zeer flexibel om met CO2 uit verschillende nevenstromen. Een nadeel is het inhiberend effect van zwavel op de katalysator, waardoor een doorgedreven zuivering vereist is.  

Als afsluiter van dit thema kwam Doris Hafenbradl van Electrochaea aan het woord. Mevr. Hafenbradl maakte het publiek attent op het feit dat het toekomstige energiesysteem een grotere opslagcapaciteit nodig heeft dan er momenteel kan bereikt worden met batterijen en spaarbekkencentrales. P2M kan een deel van de oplossing worden. Electrochaea ontwikkelde met het BioCatProject een full scale P2M-reactor. De installatie is uitgerust met een 1 MW electrolyser en een biologische reactor. Biogas wordt rechtsreeks ingevoerd in de bioreactor. De bioreactor werkt met een monocultuur van archaea en kan op zeer korte tijd opgestart worden of voor langere tijd stilliggen. In de toekomst wil Electrochaea de reactor verder opschalen en integreren met bestaande biogasinstallaties. Een probleem waarmee het project momenteel geconfronteerd wordt, is dat het zeer moeilijk te meten is welk biomethaan afkomstig is uit anaerobe vergisting en welk biomethaan werd gevormd in de P2M-bioreactor. Dit onderscheid is echter zeer belangrijk voor de subsidies, die vaak enkel gelden voor biomethaan uit organische bronnen. Mevr. Hafenbradl pleitte dus voor de invoering van een apart statuut voor synthetisch biomethaan, zodat hiervoor een aparte wettelijke regulering kan uitgewerkt worden.           

Integratie in het Europese gasnet

Het laatste onderdeel van de workshop ging over de integratie van biomethaan in het Europese gasnet. Als eerste spreker kwam Jesper Bruun aan het woord van Energinet, de Deense transmissienetbeheerder voor gas en elektriciteit. De productie en het invoeden van biomethaan in het gasnet heeft immers consequenties op de gaskwaliteit en het functioneren van het gasnet. Biomethaan, dat decentraal wordt geproduceerd, wordt vaak ingevoed op het distributienet onder lage druk vanwege de lagere kostprijs voor compressie. Het distributienet kent echter seizoensgebonden schommelingen, waardoor een overschot kan ontstaan op lokale netten en het functioneren van het net in het gedrang komt. Het overschot kan op verschillende manieren opgevangen worden:

  • Verdere compressie van het gas
  • Vergroten van het gasnetwerk door nieuwe connecties
  • Beperken van de productie
  • Marktgedreven oplossing

Een bijkomend probleem is het waarborgen van de gaskwaliteit indien biomethaan uit verschillende bronnen, met een verschillende kwaliteit worden geïnjecteerd. Door een goede menging in het gasnet is er een zekere marge voor onzuiverheden door het verdunningseffect. Wanneer echter het aandeel hernieuwbare gassen in de toekomst zal stijgen, dient er een oplossing gezocht te worden voor dit probleem. Vaak is een doorgedreven opzuivering tot een hoge kwaliteitsstandaard zeer kostelijk. Jesper Bruun besprak dan ook het concept van een centraal gasnet waaraan verschillende gasbronnen zijn gekoppeld met een verschillende kwaliteit. Natuurlijk zijn aan dit voorstel een aantal uitdagingen verbonden, zoals het beheer en de balancering van zo’n gasnet, alsook de conversie tussen alle gaskwaliteiten. Voor de nabije toekomst ziet dhr. Bruun echter nog een aantal bijkomende problemen zoals het omgaan met twee-directionele stromen in het gasnet, een correcte facturatie door de verschillende calorische waarden en de verschillende stroomrichtingen, de optimalisatie van het gasnet met meer decentrale eenheden en de interconnectie van het gasnet met andere landen en andere injectiewaarden.

De handel van biomethaan over de landgrenzen heen wordt momenteel nog bemoeilijkt doordat er geen overkoepelend registratiesysteem is voor biomethaan in Europa. Attila Kovacs van ERGaR toonde het belang aan van een systeem op basis van garanties van oorsprong. Omdat biomethaan chemisch dezelfde stof is al het fossiele aardgas zijn beide stoffen niet meer van elkaar te onderscheiden eens geïnjecteerd in het aardgasnet. Een garantie van oorsprong waarborgt de intrinsieke ecologische meerwaarde van biomethaan. Indien het biomethaan bijkomend wordt geëxporteerd moet de claim van de ecologische meerwaarde ook erkend worden in het importerend land. De  oprichting van een Europees registratiesysteem, ERGaR, moet aan deze eis tegemoet komen. Het ERGaR-systeem is gebaseerd op massabalancering, waarbij zowel de injectie als de extractie van het biomethaan geregistreerd moet worden. Naast een garantie van oorsprong zal via het ERGaR-systeem ook telkens een bewijs van de duurzaamheid van het biomethaan getransfereerd worden. Door met een betrouwbaar systeem de handel van biomethaan binnen heel Europa mogelijk te maken, zal de rendabiliteit van biomethaanprojecten toenemen. De afzetmarkt van het biomethaan is immers niet beperkt tot de binnenlandse markt.

schema ergar
Voorstelling ERGaR-registratiesysteem voor biomethaan

Technisch staan de eerste P2M-centrales op punt en kan de technologie uitgebreid worden op commerciële schaal. De grootste knelpunten die nog weggewerkt dienen te worden zijn de integratie van decentraal opgewekt hernieuwbaar gas in het gasnet en het transport ervan doorheen het Europese gasnetwerk.

De presentaties van de workshop kunnen hier gedownload worden.

 

Datum publicatie