Mecklenburg-Vorpommern ist Spitzenreiter bei der Umsetzung der Energiewende. Der Nordosten deckt seinen Primärenergiebedarf bereits zu mehr als einem Drittel aus regenerativen Quellen. Damit diese Entwicklung weiter vorangetrieben wird, muss die Effizienz der Energieerzeugung gesteigert werden, da es immer weniger Ausbaukapazitäten gibt. Während neue Generationen von Windkraftanlagen bereits installiert werden, gewinnt auch die Nachrüstung von Biogasanlagen, mit denen 17 Prozent des Stroms in MV erzeugt werden, eine größere Bedeutung. Mit diesen technischen Fragen beschäftigt sich ein Projekt des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie (INP), der Universität Rostock und des Unternehmens PRE Power Recycling Energyservice aus Neubrandenburg. Das auf zwei Jahren angelegte Verbundvorhaben wird vom Landesministerium für Wirtschaft, Arbeit und Gesundheit mit einer Million Euro gefördert.
Das Projekt verfolgt das Ziel, die Aufbereitung der Einsatzstoffe – pflanzliche Abfälle, Gülle, Klärschlämme und Bioabfälle – in den Vergärungsprozessen zu verbessern. Bislang werden in herkömmlichen Anlagen nur rund 65 Prozent der schwer abbaubaren organischen Anteile von den Bakterien aufgeschlossen und hauptsächlich zu Methan umgewandelt. Der Rest bleibt ungenutzt. Mittels Ultraschall kann schon ein Teil der zuvor nicht verfügbaren Organik verwertet und zur Energieerzeugung genutzt werden, wie die „Wave-Box“ (s. Abb.) des Forschungspartners PRE bewiesen hat. Diese Erfahrungen bilden die Grundlage des innovativen Geräts „Kombi-Max“, welches Ultraschall- und Plasmaverfahren vereint.
Aus der Synergie beider Technologien erwarten die Projektbeteiligten einen Quantensprung in der Effizienzsteigerung bei der Auflösung organischer Verbindungen. Einen Schwerpunkt bildet die Untersuchung geeigneter Plasmaquellen, die in Verbindung mit Ultraschall zur Prozessoptimierung eingesetzt werden können. Im Fokus der Forscher stehen insbesondere schwer aufzubrechende biomolekulare Verbindungen wie Lignin, aber auch unerwünschte Chemikalien. Gleichzeitig wollen die Wissenschaftler mit dem neuen Verfahren eine Verringerung der Stickstoffemissionen erreichen.
Das Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) ist europaweit die größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung zu Niedertemperaturplasmen, deren Grundlagen und technischen Anwendungen. Ziele sind die anwendungsorientierte Grundlagenforschung und die Optimierung sowie Entwicklung etablierter plasmagestützter Verfahren und Produkte. Dies wird ergänzt durch die Anpassung von Plasmen an kundenspezifische Einsatzbedingungen sowie Machbarkeitsstudien, Serviceleistungen und Beratung. Das Institut betreibt Forschung und Entwicklung von der Idee bis zum Prototypen, die Themen orientieren sich an den Bedürfnissen des Marktes. Derzeit stehen Oberflächen und Materialien, Umwelt und Energietechnik sowie interdisziplinäre Themen in Biologie und Medizin im Mittelpunkt des Interesses. Unterstützt wird dies durch Spezial-Plasmaquellen, Modellierung und Diagnostik. Neben 3.700 m2 Hauptnutzfläche (Erweiterungsbau mit 540 m2) verfügt das INP über 41 Labore im Bestandsbau (und 8 Labore im Erweiterungsbau), einen klassifizierten Reinraum sowie ein mikrobiologisches Labor für interdisziplinäre Forschung. Als erstes Leibniz-Institut überhaupt hat das INP 2005 seine Technologietransferaktivitäten in einer eigenständigen GmbH, der neoplas, gebündelt, die auch eine Inkubatorfunktion für weitere Ausgründungen wahrnimmt. Während die Schwerpunkte des INP in den wissenschaftlichen Grundlagen sowie der Entwicklung neuer Technologien und Verfahren „Von der Idee bis zum Prototyp“ bestehen, kümmert sich die neoplas GmbH um die nächsten Schritte in der Wertschöpfungskette: „Vom Prototyp zum Produkt“.
„Wir haben die berechtigte Hoffnung, dass durch den Einsatz beider Technologien der Wirkungsgrad und somit die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlagen spürbar erhöht werden kann“, sagt Volker Brüser, Abteilungsleiter für Plasmaprozesstechnik im INP und zugleich Verantwortlicher für ein Teilprojekt von „Kombi-Max“. Dies sei für die Zukunft dieser Energietechnologie von großer Bedeutung. Norbert Rossow, Geschäftsführer von PRE, betont: „Mit unserem Hochleistungs-Ultraschallgerät, der Wave Box, haben wir in der Biomasse-Aufbereitung für Biogasanlagen eine sehr gute Effizienzsteigerung von bis zu 20 Prozent erreicht. Die Kombination beider Aufschluss-Systeme im neuen Gerätetyp wird, wie aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen ersichtlich, die Effizienzsteigerung multiplizieren. Hierbei erwarten wir eine deutliche Minderung der eingesetzten Energie, Verdoppelung des Aufschlussgrades und deutliche Verkleinerung der Gerätegröße.“ Aus der Zusammenarbeit des INP mit der PRE Neubrandenburg und den ersten konstruktiven Schritten zu dem neuen Gerät sei bereits ein neues internationales Patent beider Partner entstanden. Im Jahr 2020 sind industrienahe Tests der Demonstrationsanlage geplant.