PTLiquid Entwicklung eines Verfahrens zur mikrobiologischen Nutzung von CO2 und H2 zur Gewinnung von Ethanol

Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines mehrstufigen Prozesses zur Gewinnung von flüssigen Sekundärenergieträgern aus CO2 und H2. Somit sollen verschiedene CO2 Ströme zur Bereitstellung von flüssigen Energieträgern genutzt werden und somit u.a. zum Ziel der Reduzierung der Emissionen im Verkehrssektor beitragen. Der Prozess setzt sich aus einer Homoacetogenese, der mikrobiologischen Umwandlung von CO2 und H2 zu Acetat. Zur Erweiterung des Spektrums an CO2 Quellen wird eine Carboanhydrase genutzt, um eine enzymatische CO2 Abtrennung durchzuführen. Das Acetat wird in einem zweiten Schritt, einer Solventogenese, zu Ethanol verstoffwechselt. Unterstützt werden soll die Solventogenese mit einem elektrochemischen Prozess. Nach Erfassung der Reaktionskinetiken der einzelnen Prozessschritte wird eine detaillierte Modellierung als Basis für die Entwicklung eines zweistufigen Reaktorsystems durchgeführt. Hierbei soll neben einem optimierten Reaktorsystem auch ein zielgerichtetes Upscaling des Reaktors anhand einer Modellierung durchgeführt werden.
Abgeschlossen wird das Projekt mit einer LCA und einer wirtschaftlichen Evaluierung des Prozesses.

Ausgangssituation

Gemäß der Roadmap der Europäischen Kommission für eine „low-carbon-economy“ sollen bis 2050 80 bis 95 % der derzeitigen Treibhausgasemissionen eingespart werden. Zur Zielerreichung wird eine umfassende Transformation des Energiesystems erforderlich werden, die u.a. mit dem Einsatz effizienter Umwandlungstechnologien einhergehen muss. Gleichzeitig sind alle Potenziale erneuerbarer Energien zu erschließen, ohne die Versorgungssicherheit zu gefährden. Auf Grund der Verfügbarkeit von Strom aus Wind und Sonne sowie vorhandener Nutzungsprofile ist eine Flexibilisierung und Umwandlung in bspw. Sekundärenergieträger unumgänglich. Eine Flexibilisierung der Energienetzte sowie die wichtigsten Konversions- bzw. Koppelungspfade die im Zusammenhang mit Hybridnetzen stehen, können durch die Technologien wie Power to Gas (P2G) beschrieben werden. Ein neuerer Ansatz ist Power to Liquid (P2L), d.h. die Umwandlung von (Überschuss-)Strom in flüssige Kraftstoffe. Neben dem Ziel der“low-carbon-economy“ hat sich die EU vorgenommen, bei den Biokraftstoffen eine Beimischungsmenge von 10% im Verkehrssektor bis 2020 zu erreichen (Erneuerbare-Energien-Richtlinie (2009/28/EC)). Biokraftstoffe der 1. Generation (Bioethanol, Biodiesel) konnten einen ersten Anstoß zur Substitution fossiler Energieträger erwirken, jedoch ist das CO2-Einsparpotenzial gering . Die 2. Generation, die Nutzung von Reststoffen, steht in den Startlöchern. Die 3. Generation, auf Basis von Algen, wird intensiv beforscht. Nun steht die 4. Generation, die mikrobiologische Nutzung von CO2 als Kohlenstoffquelle, zur Diskussion. Bisherige Verfahren zur Nutzung von CO2 und H2 gehen in Richtung Methanbildung zur gasförmigen Nutzung neben direkter H2 Einspeisung ins Erdgasnetz.