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Effiziente Gasproduktion Neuartiger Bioreaktor nutzt Urzeitbakterien zur Umwandlung von CO2 in Methan

| Redakteur: Alexander Stark

Ein komplett neu konzeptionierter Bioreaktor für die biologische Herstellung von Methan ermöglicht erstmals den Einsatz extrem hoher Druckverhältnisse – und setzt so mit bisher unerreichter Effizienz CO2 und H2 zu Methan um.

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Der neue Biorekator von Krajeta nutzt Urzeitbakterien zur Umwandlung von CO2 in Methan.
Der neue Biorekator von Krajeta nutzt Urzeitbakterien zur Umwandlung von CO2 in Methan.
(Bild: Krajete)

Pasching/Österreich – Das österreichische Unternehmen Krajeta hat einen neuen Biorekator konzipiert, der Bakterien aus der Urzeit für die Herstellung von „grünem Gas“ nutzt. Diese Mikroorganismen werden erst bei extremen Druck so richtig munter und wandeln CO2 in Methan um. Das Verfahren wurde nun in einer ersten Pilotanlage getestet. Für die Installation war dabei eine Kombination von Erfahrung mit der Realisierung chemischer Anlagen sowie biologische Expertise notwendig.

Dem Unternehmen gelang es, einen Bioreaktor zu entwickeln, der mit extrem hohen Druck enorme Steigerungen der Umsatzraten erlaubt. Entscheidend für diesen Erfolg ist der Einsatz sogenannter Archäa, also von Mikroorganismen, die bereits im Erdurzeitalter lebten und an extreme Druckverhältnisse gewöhnt sind – und praktischerweise auch CO2 zu „grünem Erdgas“ umsetzen können.

Die Anlage erreicht eine bisher unerreichten Umsatzraten, da hoher Druck chemische Umsetzungsprozesse beschleunigt, erläutert Geschäftsführer Dr. Alexander Krajete. Zusätzlich erfolgt die Gasfermentation der Archäa unter Zugabe von Wasserstoff. Das bewirkt, dass das bei der normalen biologischen Gärung entstehende CO2 zu weiterem Methan umgesetzt wird und nicht wie bei Biomasse-Vergärung als Verunreinigung mitgeliefert wird. Die Anlage schafft also mit hoher Ausbeute fast reines Methan statt ungereinigtes Biogas. Basierend auf diesem Prinzip können fast alle CO2-haltigen Emissionsgase direkt veredelt werden.

Die Entwicklung der hocheffizienten Fermentationsanlage gelang dem Unternehmen durch die Kombination zweier für gewöhnlich komplett getrennt betrachteter Bereiche: Chemie und Biologie. „Aus dem Chemie-Anlagenbau ist es bekannt, dass höhere Drücke zu höheren Umsatzraten führen“, erklärt Dr. Krajete die Grundidee des High Performance Bioreaktors. Dieses einfache Konzept auf einen Bioreaktor anzuwenden sei hingegen nicht trivial, denn die dort eingesetzten Mikroorganismen müssen diese Druckverhältnisse aushalten können. Und das würden die meisten eben nicht, so Krajete.

Das Unternehmen griff daher auf ihr langjähriges Know-how mit sogenannten Archäa zurück – einer Gruppe von Mikroorganismen, die seit Milliarden Jahren auf der Erde existiert und heute insbesondere dort vorkommt, wo extreme Temperaturen oder Drücke herrschen. Bereits 2013 gelang es der Firma, Archäa für die Erdgas-Herstellung zu „zähmen“. Ein Erfolg, den man sich mit fünf Patenten absicherte. Mit der Entwicklung des High Performance Bioreaktors kann nun das volle Potenzial dieses Ansatzes abgeschöpft werden. Die neue Pilotanlage zeigt, dass mit 15 bar Druck über 500 Liter Methan pro Stunde aus nur 10 Litern Flüssigkeit produziert werden kann. Das ist ein weltweit unerreichter Spitzenwert für biosynthetisches Erdgas.

Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung waren druckresistente Sensoren, die wesentliche „Vitalparameter“ der Gasfermentation messen (pH, Redoxpotenzial). Diese wurden von einem führenden Anbieter aus Deutschland speziell für den High Performance Bioreaktor entwickelt. Dazu kam die Erstellung eines speziellen Know-hows wie das Leben unter Hochdruck erhalten und kontrolliert werden kann. Denn keineswegs dürfe der Druck in der Anlage rasch verändert werden – trotz der Notwendigkeit zu Medienzugabe oder Probenentnahme, erklärt das Unternehmen. Ein rascher Druckwechsel würde die Archäa enorm stressen und zu Leistungsminderung bzw. Absterben führen. Mit dem neuen Anlagenkonzept ist das nicht nur für Kleinanlagen möglich, sondern kann auch für Großanlagen angewendet werden.

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