Biogas - Innovationspreis

Der Biogas- Innovationspreis der Deutschen Landwirtschaft 2025:

In jedem Jahr wird der Biogas-Innovationspreis der Deutschen Landwirtschaft für die innovativsten Einsendungen vergeben. Dieser Innovationspreis ist  in zwei Kategorien aufgeteilt. Er wird für die Wissenschaft und die Wirtschaft vergeben. Hervorzuheben ist, dass der Wissenschaftspreis mit insgesamt 10.000,00 € (aufgeteilt in Gold, Silber und Bronze) dotiert ist, die die Landwirtschaftliche Rentenbank zur Verfügung stellt.

Der Wissenschaftspreis 2025:

Für den Wissenschaftspreis  werden insgesamt 10.000,00 € von der Landwirtschaftlichen Rentenbank bereitgestellt. Dieser Betrag wird aufgeteilt an 3 Preisträger in folgender Reihenfolge vergeben:

6.000,00 € für den Wissenschaftspreis in Gold
3.000,00 € für den Wissenschaftspreis in Silber
1.000,00 € für den Wissenschaftspreis in Bronze

Allgemeiner Hinweis:
Sowohl Wirtschafts- als auch Wissenschaftspreisträger werden aus den Einsendern im Rahmen des call for papers ermittelt. Zunächst wählt die Jury aus allen Einsendungen die 15 interessantesten Innovationen aus, die dann im Plenum des Kongresses vorgestellt werden. Aus diesen 15 wiederum werden die Preisträger ermittelt. 

Die Preisträger des Jahres 2024 - Herzlichen Glückwunsch!

Traditionell wurden die mit insgesamt 10.000 € dotierten Biogas-Innovationspreise der deutschen Landwirtschaft (Gold, Silber,Bronze) - Bereich Wissenschaft - des Jahres 2024 und der gleichlautende Preis für den Bereich Wirtschaft 2024 wieder in Präsenz in der Deutschen Bundesstiftung Umwelt verliehen.  Unterschrieben vom Präsidenten des Deutschen Bauernverbandes Joachim Rukwied wurden die Urkunden von Johann Meierhöfer aus der Geschäftsstelle des DBV an die Preisträger verliehen. 

Wissenschaftspreise:

Der mit 6.000 € dotierte Wissenschaftspreis in Gold des Jahres 2023 ging an Prof. Dr. Stefan Junne von der TU Berlin (und Team) für seine innovative Arbeit zum Thema "Membranfreie online Gelöstwasserstoffmessung in anerober Gärung". 

Bei vielen (zukünftigen) Anwendungen innerhalb der Biotechnologie, insbesondere bei fermentativen mikrobiellen Stoffwandlungen, ermöglicht die Konzentrationsmessung an gelöstem Wasserstoff in flüssigen Medien neue Wege der Prozessführung und -regelung. Dies gilt auch für die anaerobe Gärung zur Herstellung von Biogas, z.B. bei einer Kombination mit hydrolytischen Vorstufen in mehrstufigen Verfahren [1], der zielgerichteten Zuführung von Wasserstoff aus anderen Energiequellen und der Flexibilisierung der Biogas-Synthese und Erweiterung des möglichen Substratspektrums durch die zuvor genannten Maßnahmen. Dies kann zur besseren Integration in regionale Stoffkreisläufe und Energiesysteme führen. Was fehlt sind bisher bessere Möglichkeiten, die Flüssigphase zu überwachen. Daher wurde erstmalig eine Membran-freie Messung des Gelöst-Wasserstoffs entwickelt und erfolgreich im Labormaßstab in anaerober Gärung eingesetzt. Hydrolytische Verfahren und vor allem die hydrogenotrophe Methanogenese können so erstmals besser hinsichtlich einer abgestimmten Wasserstoffversorgung überwacht werden. Anders als die sonstigen, etablierteren Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit oder Redoxpotential wird nun eine auf den Bedarf der Zellen abgestimmte Wasserstoffversorgung auf der einen und eine Anpassung des Leistungseintrages durch Rührer auf der anderen Seite ermöglicht.

Der mit 3.000 € dotierte Wissenschaftspreis in Silber des Jahres 2024 ging an Dr. Benedikt Hülsemann (und Team) von der Universität Hohenheim.

Thema der Arbeit: Biogas, Pflanztöpfe und Torfersatz aus kommunalem Abfall

Dr. Benedikt Hülsemann erhielt den Biogas-Innovationspreis der Deutschen Landwirtschaft in Silber des Jahres 2024 für seine Arbeit zum Thema "Biogas, Pflanztöpfe und Torfersatz aus kommunalem Bioabfall". Speziell setzte sich Hülsemann mit der gekoppelten Biogas- und Fasergewinnung aus Biomüll auseinander. Das entwickelte Konzept umfasst eine Störstoffabtrennung, eine Aufbereitung mittels Thermodruckhydrolyse, eine Fasergewinnungsanlage samt Trockner sowie eine zweistufige Biogasanlage.

Zusammengefasst stelt Hülsemann fest: Das große Potential von Biomüll wird bisher nur unzureichend genutzt. Dies ist unter anderem auf die geringe Wirtschaftlichkeit beim Vergären von Biomüll in herkömmlichen, volldurchmischten Biogasanlagen zurückzuführen. Mit dem Projekt „BW2Pro“ wurde nicht nur ein innovatives Konzept zur energetischen, sondern auch eines zur gekoppelten stofflichen und
energetischen Verwertung im Sinne der Bioökonomie entwickelt und dieses im Pilotmaßstab umgesetzt und getestet.

Im Rahmen des Projekts konnte bereits nachgewiesen werden, dass die Herstellung von Fasern mit einer vergleichbaren Qualität zu Altpapier möglich ist. Zudem konnte die grundsätzliche Machbarkeit
der Pflanztopfherstellung sowie die Funktionstüchtigkeit der Biogasanlage bestätigt werden. Im Jahr 2024 werden diverse weitere Versuche zu den optimalen Betriebsparametern der einzelnen
Anlagenkomponenten durchgeführt, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur und Verweilzeit der Thermodruckhydrolyse. Ein besonderes Augenmerk gilt zudem der Möglichkeit der Rückführung der separierten Flüssigkeiten, um den Frischwasserbedarf zu reduzieren und den TS-Gehalt der Flüssigkeit sowie die Methanausbeute zu erhöhen.

Das Konzept bietet für die Abfallwirtschaft ein großes Potential. Bisher ist die Verwertung von Bioabfall nicht effizient und mit erheblichen Kosten verbunden. Das hier vorgestellte Konzept könnte dies im besten Fall ändern.

Der mit 1.000 € dotierte Wissenschaftspreis in Bronze des Jahres 2024 ging Dr. Bettina Stolze vom DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum.

Thema der Arbeit: Vom Reststoff zum Katalysator zur Methanoxidation.

Der Wandel der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien ist ein zentrales energiepolitisches Ziel. Biogasanlagen haben daran einen maßgeblichen Anteil. Die während der Konversion von Biogas im Blockheizkraftwerk erhöhten Emissionen von Schadstoffen müssen durch geeignete Verfahren auf ein Minimum reduziert werden, damit dieses Ziel ohne Schädigung von Menschen und Umwelt erreicht werden kann.

Nach der 44. BImSchV gelten ab dem 01.01.2025 für alle Motorentypen Abgasgrenzwerte für den Gesamtkohlenstoff. Dieser setzt sich zum größten Teil aus Methanschlupf zusammen. Diese Emission steht in einem Zielkonflikt mit der Senkung der Stickstoffoxide, die ebenfalls durch den Gesetzgeber gefordert wird. Ein SCR-System zur Stickstoffoxid-Verringerung muss nach 44. BImSchV auch über einen Oxidationskatalysator verfügen, da Ammoniak-Emissionen vermieden werden müssen und der CO-Grenzwert eingehalten werden muss. Ein Methanoxidationskatalysator kann diese Aufgaben ebenfalls erfüllen und erbringt den Mehrwert der Methan-Totaloxidation. Damit ist es möglich, bei geringen NOx-Rohemissionen einen höheren Methanschlupf vor dem Katalysator zu ermöglichen, um das Betriebsmittel AdBlue für die Harnstoffdosierung ökonomisch zu verwenden. Der unverbrannte Brennstoff wird in thermische Energie umgewandelt und kann über die vorhandene Wärmeauskopplung genutzt werden.

Da mit dem Einbau eines Methankatalysators eine Verbesserung der Brennstoffausnutzung in Bezug auf die Wärmeauskopplung einhergeht, existiert, anders als bei anderen Emissionsminderungsmaßnahmen, ein positiver energetischer und monetärer Aspekt. Für den ökonomischen Betrieb eines BHKW und als existenzielle Voraussetzung für den weiteren Betrieb von Biogasanlagen in naher Zukunft ist der Methanschlupf zu behandeln. Der Methankatalysator beschreibt genau für diese Anforderung und für die Erreichung notwendiger Klimaziele einen möglichen realistischen Pfad.

Oxidationskatalysatoren zur Minderung von Formaldehyd im Abgas von Biogas-BHKW gehören zum Stand der Technik und sind weit verbreitet. Zu deren Verbreitung hat unter anderem der „Formaldehydbonus“ beigetragen. Die Grundlage bzw. technischen Voraussetzungen zur Nachrüstung eines aktivieren Oxidationskatalysators, welcher in der Lage wäre, auch Methan zu oxidieren, sind damit an vielen BHKW bereits vorhanden. Allerdings ist am Markt bisher noch kein Katalysator verfügbar, welcher unter diesen Bedingungen Methan zuverlässig oxidieren  kann. Im laufenden Forschungsprojekt (FKZ-Nr. 03EI5456) stellen wir uns dieser Herausforderung und entwickeln einen Katalysator auf Basis von biogenem Silica, der den Methanschlupf im Abgas von Biogas-BHKW auf ein Minimum reduziert. So sollen die Einhaltung bestehender und zukünftiger Grenzwerte für Methanemissionen sichergestellt und die Gesamtmethanemissionen trotz Ausbau der erneuerbaren Energien reduziert werden.

Die Katalysatorstruktur basiert auf dem Konzept der Entkopplung von Metall und Metalloxid auf biogenem Silica. Die Reisspelzenasche konnte durch entsprechende Vorbehandlung des Ausgangsmaterials mit einer Reinheit von > 98 Ma.-% biogenes Silica und einem kristallinen Anteil < 1 Ma.-% hergestellt werden. Zudem wurde ein Katalysator auf Basis dieses Trägermaterials synthetisiert, der unter Laborbedingungen bei Temperaturen < 350 °C einen Methanumsatz von 100 % aufweist. Das pulverförmige biogene Silica wird homogenisiert und in einen Festkörper in Hohlkugelform überführt, um den Katalysator in der realen Anwendung im Biogas- BHKW nutzen zu können. Die Struktur bietet neben dem Aspekt der Gewichtsreduzierung und Materialeinsparung im Vergleich zu einer Vollkugel auch eine gute Modellierbarkeit der Katalysatorschüttung auf Grund der einstellbaren und gering schwankenden Durchmesserverteilung der Hohlkugeln. Des Weiteren kann durch die einstellbare Porosität und Porengrößenverteilung eine maßgeschneiderte Anpassung des Katalysatorträgers an die nötigen Bedingungen erreicht werden.

Im Projektverlauf wird die Katalysatorentwicklung ausgehend vom Labormaßstab nach Upscaling auch unter realen Bedingungen abgebildet. Die Untersuchungen sollen unter Praxisbedingungen durchgeführt werden. Dabei soll unter Verwendung einer mobilen Katalysatortestapparatur mit Realabgas und nachfolgend direkt im BHKW-Abgasstrang der Nachweis der Praxistauglichkeit geführt werden.

Der Wirtschaftspreis 2024 ging an Giuliano Ercoloano (und Team)  von Emission Partner GmbH & Co. KG

Thema der Arbeit: Double-Stack: Kompakt-SCR für BHKW bis 360 kW elektrische Leistung.

Im Zuge der Energiewende, nimmt der Anteil von volatil eingespeistem regenerativem Strom stetig zu. Die damit einhergehenden Fluktuationen im Stromnetz können auch durch die bisher als flexibel geltenden Gasturbinenkraftwerke nicht ausreichend schnell ausgeglichen werden.

Teil der Lösung sind schnellstartende stationäre Gasmotoren, da mit ihnen verschiedene Gaskraftstoffe in elektrische Energie, und als Blockheizkraftwerk (BHKW) auch in Wärmeenergie hoch effizient gewandelt werden kann. Bei der überstöchiometrischen Verbrennung im Motor mit Luft entstehen thermische Stickoxide (NOx). Stickoxide sind direkt und indirekt für Mensch und Umwelt als gesundheitsschädlich eingestuft. In großen Teilen hat sich zur Reduzierung der Stickoxidemissionen die selektive (heterogene) katalytische Reaktion (SCR) durchgesetzt, bei der die Stickoxide mit Ammoniak als Reduktionsmittel auf einem Katalysator reagieren.

BHKW bis 360 kWel weisen meist einen kompakten Aufbau und geringen verfügbaren Abgasgegendruck auf. Nicht nur die Katalysatorapplikation, sondern auch die Einbringung des Reduktionsmittels stellt eine große Herausforderung dar. Mit einem funktionsintegrierten Ansatz hat Emission Partner eine kompakte SCR-Abgasnachbehandlung entwickelt, die die hohen Anforderungen an die Emissionsminderung erfüllt und mit geringem Projektierungsaufwand installiert werden kann.

Nach der Laudatio verlieh Johann Meierhöfer vom Deutschen Bauernverband die Preisurkunden. Das Preisgeld in Höhe von 10.000 € stellt seit Beginn der Preisvergaben die Landwirt­schaftliche Rentenbank zur Verfügung.