Erfolge: Projekt DIANE - Digitalisierung für Netzwerke

Neben einem erheblichen Preisanstieg auf dem Rohstoff- und Flächenmarkt werden ab 2020 zunehmend Biogasanlagen das Ende ihrer 20-jährigen Förderphase durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erreichen. Technologische Konzepte zur Erzeugung neuer Produkte und eine Erweiterung der Bandbreite der Substratzufuhr können wichtige Ansatzpunkte sein, diese Entwicklungen abzufedern.

Bestehende Biogasanlage zu einem Verbund weiterentwickeln

Hierfür werden zunächst der Bedarf umliegender Unternehmen erfasst sowie Prozesskonzepte und Szenarien identifiziert, um die bestehende Biogasanlage zu einem komplexen cross-industriellen Verbund weiterzuentwickeln.

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Im Rahmen der Konzeptionierung werden dann die technische Machbarkeit und Ausgestaltung eines derart komplexen Anlagenverbunds überprüft. Im Fokus stehen dabei unter anderem Möglichkeiten zur Integration von PV- und Windkraftanlagen, um beispielsweise Wasserstoff über Elektrolyse zu erzeugen, der zur Veredelung des Biogases genutzt werden kann. Über erneuerbare Energien und die chemische gespeicherte Energie könnte die erneuerbare Stromversorgung des Verbundes gewährleisten werden. Eine weitere zu untersuchende Option ist die Erzeugung von Synthetischen Produkten aus abgetrenntem CO₂ mithilfe von regenerativ erzeugtem Wasserstoff. In der Folge wäre die Einbindung weiterer Sektoren und Akteure, wie beispielsweise Logistikunternehmen, in das cross-industrielle Konzept möglich. Die Veredelung des erzeugten Biogases zu höherwertigen Kohlenwasserstoffverbindungen oder nachhaltigem Biomethan ermöglicht zudem die Belieferung der umliegenden Chemie- und Kraftstoffindustrie mit wichtigen Rohstoffen. Der Biogasanlagenbetreiber kann damit neue Geschäftsmodelle für sich erschließen, wodurch ein wirtschaftlicher Weiterbetrieb der Bestandsanlage möglich wird.

Weiterhin werden im Rahmen des Projekts Möglichkeiten zur Stabilisierung des Stromnetzes über eine intelligente Steuerung und Vernetzung des Gesamtverbundes geprüft. Mit Hilfe nachgeschalteter Blockheizkraftwerke (BHKW) kann die Biogasanlage sowohl Strom als auch Wärme für die Nutzung in regionalen Wertschöpfungsketten flexibel bereitstellen. Verbunden mit Speicherkapazitäten für Gas und Wärme können die flexibel steuerbaren BHKW einen signifikanten Beitrag zum Ausgleich der schwankenden Stromeinspeisung von Wind- und Sonnenenergie leisten. Zudem könnte überschüssiger Strom in der Elektrolyseanlage zunächst in Wasserstoff oder Methan umgewandelt und in Tanks gespeichert werden, um bei Bedarf zunächst auf diese Kapazitäten zurückgreifen zu können.

Neben dem intelligenten Lastmanagement erforscht das Projektteam verschiedene biotechnologische Aspekte, wie etwa die Beschickung der Biogasanlage mit Reststoffen, die bisher nicht verwertet werden konnten. Diese Umstellungen der Substratzufuhr können einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen aus der Tierhaltung und der Abfallentsorgung leisten.

Für die energie- und ressourceneffiziente Steuerung des cross-industriellen Netzwerks werden innerhalb des Projekts komplexe Digitalisierungskonzepte entwickelt und auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Um die Gesamtheit der Energie- und Stoffströme möglichst bedarfsgerecht zu lenken, soll eine intelligente Vernetzung interessierter Stromerzeuger, Energiewandler, -speicher und -verbraucher innerhalb des Gewerbegebiets erfolgen. Die dabei erfassten Datenmengen werden mit Hilfe von Simulations-, Prognose- und Optimierungsalgorithmen zur digitalen Abbildung des Netzwerks („digitaler Zwilling“) genutzt und damit verwertbar gemacht. Das ermöglicht es den eingebundenen Unternehmen und Teilsystemen, zeitnah und agil auf schwankende Rahmenbedingungen zu reagieren. Beispielsweise können die Netzwerkpartner abhängig vom Strompreis oder Stromverbrauch den aktuell wirtschaftlichsten Prozess identifizieren und ihre Betriebsführung entsprechend anpassen. Neben der technischen Umsetzung werden diese Konzepte im Hinblick auf die Etablierung neuer cross-industrieller Geschäftsmodelle überprüft.

Ein wichtiger Aspekt der Projektarbeit ist es zudem, die Übertragbarkeit der Konzepte sicherzustellen. Hierfür werden ein Maßnahmenkatalog und ein Vorgehensmodell entwickelt, um die im Projekt erforschten Methoden auf andere Standorte anwenden zu können. Ziel ist es, einen Leitfaden für die Flexibilitätssteigerung sowie energetische und stoffliche Optimierung von Bestandsbiogasanlagen zu erarbeiten, der zur Überwachung und Steuerung komplexer cross-industrieller Verbünde genutzt werden kann. Nach dem erfolgreichen Projektstart soll die Erprobung, Validierung und Verwertung der umgesetzten Konzepte und Szenarien bis Ende 2024 abgeschlossen werden.

Stand: März 2022