Das ZIM-Kooperations – Netzwerk CO2negativ entwickelt die von Wind, Sonne und Pflanzen angetriebene Kreislaufraffinerie, die der Atmosphäre nachhaltig CO2 entzieht (CO2-). Pflanzen assimilieren mit Photosynthese CO2-, die FuE-Projekte des Netzwerks sichern dieses CO2-, aber auch andere Gase und Energien.
Die Kreislaufraffinerie stellt mit Sonne und Wind folgende Produkte her.
Die Hälfte von Biogas ist negatives CO2 und wird heute ungefiltert in die Atmosphäre entlassen. Viel klüger – zur Entlastung der Atmosphäre – ist sein Verkauf (um fossil hergestelltes CO2 zu ersetzen) oder seine Endlagerung.
Wasserstoff aus Elektrolyse mit Strom aus Wind oder PV wird als grüner Wasserstoff verkauft oder mit negativem CO2 zu Methan raffiniert.
Ammoniak (NH3) kann dem Gärrest entnommen, verflüssigt und zu hochwertigem Harnstoff raffiniert werden. Das spart CO2-intensiven Kunstdünger.
Der bislang nicht verwendete Sauerstoff aus Elektrolyse kann bei der Verbrennung mit Biomethan in großen Gasmotoren deren Effizienz verbessern.
Methan (CH4) wird biologisch oder katalytisch aus negativem CO2 und H2 gewonnen, sobald überschüssige Windenergie das grüne H2 liefert.
Wie eine klassische Biogasanlage erzeugt die Kreislaufraffinerie Strom und Wärme bzw. speist Biomethan in das Gasnetz ein.
Die neuen Produkte der Kreislaufraffinerie ergeben sich aus der Verschränkung von Biogas mit Wind und Sonne.
Meilensteine im Netzwerk
Nach seiner Gründung wurde für das Netzwerk Ende 2023 eine Förderung vom BMWK für ein Jahr zur Phase I gewonnen.
- Bis Februar 2024: Konsolidierung und erster Workshop mit Projektideen
- Bis August 2024: Entwicklung der technologischen Roadmap und des eigenen Auftritts, Verständnis für valide Produkte im sich entwickelnden Markt für negatives CO2, Abgabe von ersten Projektskizzen.
- Bis November 2024: Anträge für zwei technische Projekte auf Innovationsförderung beim BMWK und BMEL.
- Ende 2024: Workshop mit allen Netzwerkpartnern zur Zusammenfassung der Ergebnisse der Phase I.
- Januar 2025 Antrag zur Förderphase II.
- Februar 2025: Beginn der 2-jährigen Phase II des Netzwerks.
Netzwerk-Koordination
Dr. Markus Petersen
Koordinator des Innovations – Netzwerks CO2negativ.
Das Innovations – Netzwerk CO2negativ wurde von neun kleinen oder mittelständischen Firmen und einem wissenschaftlichen Institut gegründet. Es wird aus demZentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWK gefördert.
Die abc advanced biomass concepts GmbH ist Entwickler innovativer Umwelttechnikanlagen. Sie koordiniert das Netzwerk.
Die August Storm GmbH & Co. KG aus Spelle (Niedersachsen) ist der größte europäische, herstellerunabhängige Servicedienstleister für Großmotoren von 100 kW bis 7.000 kW. Sie übernimmt Aufgaben in Entwicklung und Prototypenbau von Motoren.
Die Biogastechnik Süd GmbH aus Isny/Allgäu (B.-W.) stellt technische Komponenten für Biogasanlagen her. Sie wird die Ammoniakaufbereitung planen und Prototypen bauen.
Die ENGINEme GmbH aus Berlin ist Spezialist für Forschung, Entwicklung und Prototyping von kleinen Motoren und Einspritzsystemen. Sie übernimmt Aufgaben in der Entwicklung von Biogas-Motoren.
Die Vorrichtungsbau Giggel GmbH aus Bösdorf (Sachsen-Anhalt) ist ein hidden Champion für alle Metall- und Kunststoffprodukte als Zulieferer z.B. der Autoindustrie und Medizintechnik. Sie wird innovative Bauteile für verschiedene Projekte fertigen.
Die Hansa Öl- und Gasbrenner GmbH aus Rhade (Niedersachsen) ist Vorreiter der Transformation aus der klassischen Heizungstechnik. Sie wird ein wärmepumpenbasiertes Wärmehub entwickeln, das sich den dynamischen Vorschriften des GEG anpasst.
Die Kraft-Wärme-Kopplung GmbH aus Hannover entwickelt und liefert BHKW mit 8 – 50kW. Sie wird ein Projekt zur CO2-Gewinnung aus BHKW begleiten.
Die La Mont GmbH aus Berlin konstruiert industrielle Wärmeübertrager mit 0,8 – 3.000 t/h Dampfleistung für weltweite Anwendungen. Sie wird Projekte zu Innovationen in der H2- Elektrolyse und Stickstoffverarbeitung erforschen und Prototypen konstruieren.
Die RMI – Automation GmbH aus Rheine (NRW) plant, fertigt und implementiert elektrische und digitale Anlagen und Steuerungen mit dem Schwerpunkt Industrieautomatisierung. Sie entwickelt die Steuerungen verschiedener Projekte für Betrieb und Gasgemisch- zubereitung
Die bbService GmbH aus Dermbach in Thüringen ist ein Spezialist für Dichtungstechnik und kümmert sich um Leitungen, Regelungen, Ventile, Kompressoren und die Sicherstellung der Dichtigkeit in der Kreislaufraffinerie.
Das Institut für UMWELTTECHNIK/REGENERATIVE ENERGIEN der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin wird seine Forschungsergebnisse aus der katalytischen Methanisierung transferieren.
Die geplanten FuE-Projekte
Im Kooperationsnetzwerk CO2negativ werden zur Zeit die folgenden Konzepte erforscht und nach wirtschaftlichen Machbarkeitsanalysen des Netzwerks in eigenen Innovationsprojekten zu prototypischen Lösungen aufgebaut:
- Sauerstoff aus Elektrolyseuren für höhere Motoreneffizienz
- Grüner Harnstoff
- Biologische Methanisierung
- CO2-Abscheidung aus Druckwasserwäschern
Hintergrund: Die Kreislaufraffinerie ist überall
Die 10.000 Biogasanlagen in Deutschland arbeiten weit unter ihren Möglichkeiten, wenn sie lediglich Strom und Wärme bzw. Biomethan mehr oder weniger flexibel zur Verfügung stellen. Wir glauben jedoch, dass sie durch drei Trends zu Kreislaufraffinerien werden können.
- Fossiles Gas wird nicht mehr die wertvollen Gasnetze füllen, dafür wird Biomethan und zugemischter grüner Wasserstoff in viel größeren Mengen benötigt. Da die Netze von jedwedem Ort überall hin transportieren können und sollen, können Strom und Wärme dort hergestellt werden, wo die Wärme wirklich nützlich ist. Das sind die Fernwärmestationen der Stadtwerke, denen die großen, fossil betriebenen Energiezentralen abhanden kommen. Die Biogasmotoren werden also umziehen: Zu den Wärmesenken, in die Städte.
Noch besser wird es, wenn die Motoren zu Wärmesenken und Elektrolyseuren wandern und das kostenlose O2 verbrennen. Dies dürfte ihre Effizienz deutlich steigern. - Um die Pariser Klimaziele zu erreichen, wird die Politik den Entzug und die Sicherung des negativen CO2 forcieren. Man wird mit den preiswerteren Lösungen anfangen. Diese liegen eindeutig beim Biogas. Daher wird das einfache Abgeben des wertvollen negativen CO2 in die Atmosphäre bei der Biogaseinspeisung über kurz oder lang verboten werden. Das Netzwerk wird für diesen Fall vorsorgen. Das CO2 muss rein zur Verfügung gestellt und preiswerter verflüssigt werden.
- Der Sektor Landwirtschaft hat zwei große Probleme: Klimagase und Wasserqualität. Beide werden maßgeblich von der intensiven Tierhaltung und dem hohen Einsatz von Kunstdünger verursacht.
Leguminosen können in einer „ökologisierten Landwirtschaft“ (Klaus Gutser) sowohl Tierfutter sein (anstatt importiertes Soja!) als auch Stickstoff aus der Luft binden (negatives N). Dieser wird zum Teil in der Wurzel gespeichert und spart im Boden Mineraldünger. Ein Teil der stehenden Pflanze ist eiweißreiches Tierfutter und ein anderer Teil reichert in einer Biogasanlage NH3 (Ammoniak) im Gärrest an.
Wenn man nun aus diesem Ammoniak mit dem negativen CO2 aus dem Biogas in einer Industrieanlage Grünen Harnstoff herstellt, hätte dieser wegen des negativen CO2 und des negativen N einen Bruchteil des CO2-Footprints, den der identische Mineraldünger aus dem energieintensiven HABER-BOSCH-Verfahren verursacht.
Grüner Harnstoff wäre so ein weiteres CO2-sparendes Produkt der Kreislaufraffinerie.
Die Kreislaufraffinerie ist nicht nur die modernisierte Biogasanlage beim Landwirt. Ihre Elemente werden bei den Landwirten und in den Städten bei den Wärmesenken, bei den Düngemittelherstellern und bei den Elektrolyseuren sein. Die Kreislaufraffinerie ist überall.