Labor für regenerative Gase und Wasserstoff-Systemtechnik
Die TH Köln bietet mit ihrem standortübergreifenden Angebot an den Standorten Campus Deutz in Köln und dem :metabolon Institut in Lindlar zukunftsweisende Forschung und praxisnahe Ausbildung im Bereich regenerativer Gase und Wasserstoff-Systemtechnik.
Arbeiten im Labor
(Bild: Peter Stenzel)
Die Forschungsgruppe widmet sich dem Design innovativer Prozessmodule, die THG-neutrale oder -negative Energieträger, Kraftstoffe und Grundchemikalien (z.B. Wasserstoff, Methan oder Synthesegase) hervorbringen.
Am Campus Deutz liegt der Fokus auf bio-chemischen Verfahren zur Vergärung von Biomasse, beispielsweise mittels Dunkelfermentation. Hierfür werden Reststoffe und nachwachsende Rohstoffe zur Erzeugung von Methan und Wasserstoff verwendet. Darüber hinaus verfügt das Labor über diverse Laborgeräte zur Charakterisierung von Biomasse, z. B. Bestimmung des Trockensubstanz- und organischen Trockensubstanzgehalts oder des Heizwerts. Am Standort :metabolon in Lindlar stehen Verfahren zur Produktion von Wasserstoff und grünen Synthesegasen im Mittelpunkt.
Ausstattung
Die Labore decken ein breites Spektrum ab – von der Aufbereitung der Ausgangsstoffe, der Gaserzeugung bis hin zur Analyse regenerativer Gase. In unseren Laboren betreiben wir eine Vielzahl von Anlagen und Analysetechniken aus den Bereichen Gasanalytik und Emissionsmesstechnik, Flüssigkeits- und Prozessanalytik, thermische und energetische Messtechnik, thermische Labor- und Verfahrenstechnik, Trenn-, Aufbereitungs- und Probenvorbereitungstechnik und mechanischer Biomasseaufbereitung. Im Folgenden erhalten Sie einen kompakten Einblick über unsere Aktivitäten.
Power-to-X-Anlage
Power-to-X
(Bild: Peter Stenzel)
Die Power-to-X-Anlage deckt die komplette Wertschöpfungskette der Erzeugung, Speicherung und Nutzung von grünem Wasserstoff direkt am Verbrauchsort ab. Sie dient der angewandten Lehre und Forschung an wasserstoffbasierten Energiesystemen, der Analyse von Prozessbausteinen sowie der Bestimmung des elektrischen Wirkungsgrades der Elektrolyse und des Systemwirkungsgrades. Gleichzeitig unterstützt sie die Integration in komplexe erneuerbare Gesamtsysteme und die Untersuchung von Umwandlungs- und Speicherprozessen für eine nachhaltige Energienutzung.
Biogas-Batch-Gärsystem
Das Biogas-Batch-Gärsystem ermöglicht die gezielte Untersuchung von Biomasse, das Monitoring des Gärverhaltens und die Bestimmung der Gärrate. Damit lassen sich sowohl die klassische Biogasproduktion als auch die Erzeugung wasserstoffhaltiger Gärprodukte (Dunkelfermentation) erforschen, was die Verbindung von Bioenergie und Wasserstoff-Systemtechnik praxisnah erlebbar macht. Studierende im Bachelorstudiengang „Erneuerbare Energien“ können so theoretisches Wissen direkt mit experimenteller Forschung verknüpfen. Gleichzeitig liefert das System wichtige Erkenntnisse zur Effizienz biologischer Prozesse, zur Optimierung von Substraten und zur Integration in hybride Energiesysteme, wodurch sowohl die Forschung als auch die praxisnahe Ausbildung im Bereich regenerativer Gase gestärkt wird.
Zweistufige kontinuierliche Reaktorkaskade
Der Versuchsstand besteht aus einem kontinuierlich betreibbaren, zweistufigen Reaktorsystem für Fermentationsversuche. Einen Untersuchungsschwerpunkt stellt die Dunkelfermentation dar. Bei dieser werden in der ersten Stufe verschiedene Substrate (z. B. biogene Reststoffe, Kompostwasser, Fliegenlarvenkot etc.) unter anaeroben Bedingungen vergoren, mit dem Ziel, ein Produktgas mit hohem Wasserstoffanteil zu erzeugen. Die dabei entstehenden Gärprodukte werden anschließend in die zweite Reaktorstufe überführt, in der durch nachgeschaltete Vergärung ein hochqualitatives Biogas mit Methan als Hauptkomponente entsteht. So ermöglicht der zweistufige Prozess die kombinierte Gewinnung von Wasserstoff und Methan und unterstützt die Bewertung unterschiedlicher Substrate hinsichtlich Gasqualität und Prozessstabilität.
Elektrolyserechner
Mit dem Elektrolyse-Rechner lässt sich anschaulich darstellen, wie grüner Wasserstoff aus erneuerbaren Energien erzeugt und genutzt werden kann. Nutzer*innen können die installierte Leistung von Photovoltaik, Windkraft (On- und Offshore) oder Wasserkraft als Parameter eingeben und die passende Elektrolyseleistung wählen. Der Rechner ermittelt dabei Volllaststunden, genutzten Strom, erzeugte Gasvolumina, Nutzenergie, etc.. So lässt sich visualisieren, wie verschiedene Sektoren – Verkehr, Industrie und Gebäude – mithilfe von Elektrolyse nachhaltig mit grünem Wasserstoff versorgt werden können. Zusätzlich bietet der Rechner eine Abschätzung der Wasserstoffgestehungskosten (LCOH), wodurch die wirtschaftliche Dimension regenerativer Energiesysteme unmittelbar erfahrbar wird.
Hier geht es zum Elektrolyse-Rechner
Mehr Informationen zu der Ausstattung auf :metabolon finden Sie hier
Praktika
Biogas-Batch-Versuch
(Bild: Peter Stenzel)
Im Rahmen verschiedener Lehrveranstaltungen führen Studierende Praktika im Labor durch, bei denen sie eigenständig Biogasversuche planen und durchführen. Dabei setzen sie sich intensiv mit verschiedenen Substraten, Fermentationsverfahren und den Messmethoden auseinander. Zu den praktischen Tätigkeiten gehören unter anderem die Messung des erzeugten Gasvolumens, die Analyse der Biogaszusammensetzung, die Bestimmung vom pH-Wert und FOS/TAC sowie die Bewertung der Biomassequalität für die Methanerzeugung. Auf diese Weise lernen die Studierenden praxisnah die Prozesse der Biogasproduktion sowie die Methoden der Laboranalytik kennen. Darüber hinaus betreuen die Mitarbeiter*innen des Labors Projekt- und Abschlussarbeiten, sodass eine Verbindung zwischen Lehre und Forschung geschaffen wird.