Um den weltweiten Temperaturanstieg auf 1,5 Grad zu begrenzen, rechnet der Weltklimarat (IPCC) mit einem Anteil von mehr als 20 Prozent Bioenergie im Jahr 2050. Bei der energetischen Biomassenutzung wird CO₂ freigesetzt, welches anschließend industriell genutzt werden kann. Im Fachjargon spricht man von BECCU, »Bioenergy Carbon Capture and Utilization«. Bevor das CO₂ jedoch verfügbar ist, muss es aus den Gasen des Verbrennungsprozesses abgeschieden werden.

Hier setzt die Fraunhofer Forschung an. Felix Lehner, Doktorand bei Fraunhofer UMSICHT sagt: »Wir kombinieren einen innovativen Verbrennungsprozess von Biogas – die so genannte Oxyfuel-Verbrennung – mit dem BECCU Ansatz. Unser Ziel ist es, CO₂ mit einer Reinheit von 99,5 Prozent zu erzeugen«. Das hochreine Kohlenstoffdioxid wird dabei nicht als Abfallprodukt in die Atmosphäre ausgeblasen, sondern als Produkt für industrielle Prozesse verwendet, z.B. für die Erzeugung von Kraftstoffen, Düngern oder für die direkte Anwendung in der Getränkeindustrie. Da CO₂ aus Bioenergie-Anwendungen laut Definition klimaneutral ist, stünde mit der Technologie eine nachhaltige, alternative Kohlenstoffquelle zur Verfügung.  

Oxyfuel-Verbrennung + BECCU = BO₂CCU

Bei der Oxyfuel-Verbrennung werden in diesem Projekt biogene Gase mit reinem Sauerstoff (O₂) anstatt mit Luft verbrannt. Dadurch sind als Verbrennungsprodukte nur CO₂ und H₂O im Abgas enthalten. Der Wasserdampf (H₂O) kondensiert, die freigesetzte Wärme kann genutzt werden und übrig bleibt ein Abgas mit einer CO₂ Konzentration von über ca. 95%. Der Prozess ist flexibel, was die Qualität der gasförmigen Brennstoffe angeht. Neben Biogas können Klärgas, Pyrolysegas oder Synthesegas zum Einsatz kommen. 

Am Standort von Fraunhofer UMSICHT in Sulzbach-Rosenberg entsteht im Demonstrationsmaßstab ein Brennersystem mit einer thermischen Leistung von 50 kW. Der dezentrale Maßstab einer solchen Anlage kann kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) der Bioenergie-Branche die Umsetzung CO₂-neutraler Anlagen ermöglichen. 

Nutzung von Sauerstoff aus der Wasserstoffwirtschaft

Oxyfuel-Verbrennungsprozesse könnten weiter an Bedeutung gewinnen, da bei einem Ausbau der Wasserstoffwirtschaft, künftig auch beträchtliche Mengen an Sauerstoff (O₂) erzeugt würden. Im Elektrolyseverfahren wird pro Einheit Wasserstoff die achtfache Menge O₂ produziert. Die Elektrolysekapazitäten sollen laut Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) bis 2050 schrittweise ausgebaut werden. Infolgedessen würden im Jahr 2030 rund 1,8 Mio t Sauerstoff, im Jahr 2050 bis zu 18 Mio t Sauerstoff als bisher ungenutztes Koppelprodukt anfallen. Durch die Fraunhofer Technologie könnten Elektrolyse Standorte ergänzt und eine wirtschaftliche Verwertungsoption für das O₂ geschaffen werden.

Das Projekt hat eine Laufzeit von 3 Jahren und wird von der Fraunhofer-Gesellschaft als Eigenforschung finanziert.