Wasserwirtschaft mit Köpfchen

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Mikrobielle Brennstoffzellen als Alternative

Als alternative Technologie werden derzeit mikrobielle Brennstoffzellen diskutiert, in denen so genannte exoelektrogene Bakterien statt mit O₂ als terminalem Elektronenakzeptor ihrer Atmungskette mit der Anode einer Brennstoffzelle „atmen“. So kann aus Abwasser direkt elektrische Energie erzeugt und gleichzeitig auf die energieintensive Belüftung des Belebtschlammbeckens verzichtet werden.

Wird nun zwischen Anode und Kathode eine zusätzliche Spannung angelegt, können an der Kathode statt Sauerstoff auch Protonen reduziert werden – und Wasserstoff entsteht (mikrobielle Elektrolysezelle). Die hierzu notwendige elektrische Energie ist deutlich geringer als bei der klassischen Elektrolyse, da ein Teil der Elektrizität von den Bakterien geliefert wird.

Es ist das Ziel dieses interdisziplinären Verbundprojektes, mittels biochemischer Konversion aus Abwässern den lager- und transportfähigen regenerativen Energieträger Methanol zu produzieren. Im Gegensatz zur etablierten Methanol-Produktion aus fossilem Synthesegas ist der vorgestellte Prozess nachhaltig und energieeffizient: Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂) sollen in einer mikrobiellen Elektrolysezelle durch Aufarbeitung von kommunalem oder industriellem Abwasser gewonnen und in einem nachgeschalteten heterogenen Katalyseprozess zu Methanol umgesetzt werden.

Dazu wird zunächst eine optimierte mikrobielle Elektrolysezelle zur Produktion von H₂ und CO₂ entwickelt. Parallel dazu werden neue Katalysatoren zur Methanol-Synthese entwickelt. Diese werden auf den Betrieb mit den Produktgasen aus der mikrobiellen Elektrolysezelle und den darin eventuell auftretenden Störstoffen und Katalysatorgiften (u.a. H₂S, NH₃) hin optimiert.

Im dritten Projektjahr werden dann beide Teilprozesse zu einer vollständigen Demonstrationsanlage zur Methanol-Produktion aus Abwasser im Labormaßstab zusammengeführt. Diese Anlage wird unter anwendungsrelevanten Bedingungen mit realen Abwässern betrieben und charakterisiert. Auf Basis der so gewonnenen Daten und Kennzahlen wird eine fundierte technische sowie ökologische und ökonomische Bewertung des Gesamtkonzepts „Nachhaltiges Methanol aus Abwasser“ erfolgen, die als Grundlage für die spätere Pilotierung des Konzepts dienen soll.

* Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS.

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