Die Energiewende hat derzeit zwei große Effizienzprobleme: Zum einen wird überschüssiger Strom aus erneuerbaren Quellen oft abgeschaltet. Zum anderen bleiben wertvolle Energiepotenziale aus Bioabfällen häufig ungenutzt. Genau hier setzt ein Projekt des Norddeutschen Reallabors (NRL) am Biogas- und Kompostwerk Bützberg an. Es zeigt, wie sich durch die Kombination beider Bereiche ein neuer Ansatz für eine klimafreundliche Gasversorgung entwickeln lässt.
Marcel Schröder (Stadtreinigung Hamburg) und M.Sc. She Ming Ng (Technische Universität Hamburg) haben dazu ein Whitepaper veröffentlicht. Im Mittelpunkt steht ein Power-to-Gas-Ansatz, der in dieser Form bislang kaum im industriellen Maßstab erprobt wurde: die biologische In-situ-Methanisierung in einer Trockenfermentationsanlage (s. HZwei Nr. 4-2025). Dabei wird Wasserstoff, erzeugt durch Elektrolyse aus erneuerbarem Strom, direkt in den Gärprozess eingebracht. Mikroorganismen – sogenannte hydrogenotrophe Archaeen – wandeln das im Biogas enthaltene CO2 zusammen mit dem Wasserstoff in zusätzliches Methan um.
Technisch basiert das Konzept auf einem 1-MW-PEM-Elektrolyseur, der flexibel auf niedrige Strompreise reagiert und so gezielt Überschussstrom nutzt. Der erzeugte Wasserstoff wird entweder direkt in die Fermenter eingespeist oder in einem umfunktionierten Pipelineabschnitt zwischengespeichert – eine vergleichsweise einfache und kosteneffiziente Lösung.
Das Ziel: die Methanausbeute steigern und gleichzeitig die Gasqualität verbessern. Denn konventionelles Rohbiogas besteht typischerweise nur zu etwa 60 Prozent aus Methan, der Rest ist überwiegend CO2. Durch die zusätzliche Methanisierung wird dieser CO2-Anteil reduziert – ein entscheidender Vorteil für die Einspeisung ins Erdgasnetz.
Während die In-situ-Biomethanisierung bislang vor allem im Labor untersucht wurde, gelang in Bützberg der Schritt in die Praxis. Zunächst bestätigten Laborversuche der TU Hamburg die grundsätzliche Machbarkeit unter trockenen, diskontinuierlichen Bedingungen – ein bislang wenig erforschtes Feld.
In anschließenden Vorversuchen im industriellen Maßstab wurde Wasserstoff zunächst aus Druckgasflaschen eingespeist. Die Messergebnisse zeigen klar: Während der Wasserstoffzugabe sank die CO2-Konzentration im Biogas, während der Methananteil anstieg – ein direkter Nachweis der biologischen Methanisierung im laufenden Betrieb.
Parallel dazu konnte die Anlage technisch für den Umgang mit Wasserstoff ertüchtigt werden. Die sogenannte „H2-Readiness“ umfasst neben neuer Rohrleitungsinfrastruktur auch angepasste Messtechnik und
Sicherheitskonzepte.
Die größte Herausforderung lag dabei nicht so sehr in der Hardware, sondern vor allem in der Prozesssteuerung und der Sensorik, die im Forschungsbetrieb besonders hohen Anforderungen gerecht werden müssen.
Die Ergebnisse sind vielversprechend: Das Projekt zeigt, dass sich bestehende Biogasanlagen technisch vergleichsweise einfach erweitern lassen und so zu flexiblen Energiespeichern werden können. Angesichts von rund 10.000 Biogasanlagen in Deutschland eröffnet sich damit ein erhebliches Skalierungspotenzial.
Gleichzeitig bleibt die wirtschaftliche Perspektive aktuell begrenzt. Hohe Stromkosten für die Elektrolyse und vergleichsweise niedrige Erlöse für Biomethan verhindern derzeit einen rentablen Betrieb. Nach Projektangaben müsste der Strompreis deutlich unter dem heutigen Niveau liegen, um Wirtschaftlichkeit zu erreichen.
Auch regulatorische Rahmenbedingungen bremsen die Entwicklung. Instrumente wie das EnWG-Modell „Nutzen statt Abregeln“ könnten helfen, werden bislang jedoch nicht flächendeckend angewendet. Trotz dieser Herausforderungen liefert das Projekt einen wichtigen Beleg: Die Kopplung von Strom-, Gas- und Abfallsektor kann funktionieren – auch in bestehender Infrastruktur.
Neben der verbesserten Nutzung erneuerbarer Energien trägt das Konzept dazu bei, CO2-Ströme sinnvoll zu verwerten und die Gasnetze als Energiespeicher einzubinden. Für die Biogasbranche bedeutet dies eine neue Perspektive. Statt reiner Stromproduktion könnten Anlagen künftig verstärkt als flexible Methanproduzenten agieren – insbesondere dann, wenn politische Rahmenbedingungen und Marktmechanismen entsprechend angepasst werden.
Das NRL versteht sich dabei als Blaupause. Die kommenden Projektphasen, in denen die H2-Zufuhr auf mehrere Fermenter ausgeweitet und automatisiert wird, sollen zeigen, ob sich die Ergebnisse stabil reproduzieren lassen. Eines ist bereits jetzt klar: Grüner Wasserstoff als Booster für Biomethan ist mehr als ein theoretisches Konzept. In Bützberg wird es zur industriellen Realität – mit dem Potenzial, eine wichtige Säule der künftigen Wasserstoffwirtschaft zu werden.
