Einsatz (extrem) thermophiler Mikroorganismen zur biologischen Wasserstofferzeugung aus biogenen Roh- und Reststoffen

(Teil-)Projektleitung/Mitarbeit: Dr.-Ing. Dorothea Rechtenbach  

Dipl.-Ing. (FH) Mareike Meyer

Auftraggeber/Fördergeber: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Projektpartner: TUHH - Inst. f. Techn. Mikrobiologie
Projektumfang: 42 Wissenschaftlermonate
Laufzeit: 10/2004 - 03/2008

 

Die fermentative Erzeugung von Biowasser­stoff stellt eine vielversprechende Methode zur umweltfreundlichen und nach­haltigen Energieer­zeugung aus Bio­masse bzw. Bioabfällen dar. Hauptziel des Forschungsprojektes war die verfahrens­tech­nische Entwicklung und Optimierung der biologischen H2-Erzeugung durch Ver­gärung, so dass aus ver­schiedenen bio­genen Roh- und Reststoffen möglichst hohe Mengen an Wasser­stoff produziert werden.
Die Laboruntersuchungen zeigen, dass eine Vielzahl an biogenen Roh- und Rest­stoffen für die fermentative H2-Erzeugung geeignet ist. Die höchste H2-Produktion wurde erwartungs­gemäß mit Glucose erreicht (280 Nl H2/kg oTS). Die untersuchten Agrarprodukte zeigten auch hohe Produktionswerte bis 188 Nl H2/kg oTS. Als Substrate mit dem höchsten H2-Bildungs­potential werden Futterrübe, Zucker­rübe, Mais und Kartoffel sowie in erster Linie deren Reststoffe empfohlen.
Die Ergebnisse der semikontinuierlichen Versuche belegen eindeutig die Eignung der fermenta­tiven H2-Erzeugung für den konti­nuier­lichen Betrieb (durchschnittliche H2-Produktion von 224 Nl H2/kg oTS bzw. H2-Umsatz von 72 %). Ein Problem der kontinuier­lichen H2-Bildung ist prozessbedingt die Versäuerung des Systems. Daher sollte das System über eine pH-Regelung oder Pufferung verfügen (Optimum pH 5) und mit einer optimalen hydraulischen Verweilzeit (HRT-Optimum 2-3 d) betrieben werden.
Der Ablauf der Wasserstoffstufe konnte erfolgreich als Substrat in einer nachgeschalteten Anaerobstufe weiter zu Methan umgesetzt werden. So wird bei der kombinierten Biowasserstoff- und Biomethan­erzeugung das gesamte Energiepotential der einge­setzten Substrate genutzt. Der erwartete Energiegewinn liegt dabei ca. 20 % höher als bei der reinen Methan­produktion.
Die Forschungsergebnisse zeigen somit, dass die biologische H2-Erzeugung im Rahmen der Vergärung eine vielver­sprechende Alternative zur Nutzung fossiler Energie­träger bietet. Natürlich könnte der hohe Weltenergie­bedarf nicht annähernd durch Bio­-H2 gedeckt werden, doch er kann einen Beitrag zur nachhaltigen Rohstoff- und Energiebereitstellung leisten sowie die Umwelt durch Ressourcenschutz und CO2-Emissions­verminderung entlasten. Insbesondere für dezentrale Lösungen bietet sich das kombinierte Verfahren der fermen­tativen H2- und CH4-Erzeugung an. Nicht zu vernachlässigen ist auch die Möglichkeit der effizienteren und emissionsarmen Nutzung des Bio-H2 in Brennstoffzellen.