Hydrofinery Nutzung von CO2 und H2 zur fermentativen Gewinnung flüssiger und gasförmiger Energieträger

Ziel des Projektes Hydrofinery ist die mikrobiologische Verwertung von H2 und CO2 zu gasförmigen und flüssigen Energieträgern. Darüber hinaus soll auch eine alternative Speichermöglichkeit von H2 bzw. CO2 über das Intermediat Acetat in Aussicht gestellt werden. Aufbauend auf einer Literaturrecherche (TLR1) wird ein detailliertes Versuchssetup erstellt (TLR2), dass in einem umfangreichen Screening (TLR3) mündet, wo gezielt homoacetogene Mikroorganismen, Clostridien und methanogene Archaeen selektiert und
ihre Stoffwechselvarianten nach verschiedenen Gesichtspunkten wie bspw. Biomassekinetik, Umsatzraten und Produkthemmung ausgelotet werden. Die Prozesskaskade besteht im Wesentlichen aus 2 Stufen. In der ersten Stufe werden mittels homoacetogenen Mikrooganismen H2 und CO2 zu Acetat, einem speicherbaren Intermediat, umgesetzt. In der zweiten Stufe werden 2 fermentative Folgeprozesse in Betracht gezogen. Einerseits kann ein gasförmiger Energieträger, Biomethan, durch die Umsetzung von Acetat durch
acetoklastische Archaeen gebildet werden. Andererseits können flüssige Energieträger, in erster Linie Biobutanol, Bioethanol und Bioaceton, durch den ABE-Prozeß (Clostridien) hergestellt werden.
Alternativ wird auch eine direkte Verwertung von H2 und CO2 zu Biomethan durch hydrogenotrophe Mikroorganismen eingehend beleuchtet. Das Projekt ist durchzogen mit vielen innovativen Elementen, wobei die größten Herausforderungen im Bereich der Mikroorganismen-Immobilisierung zur technischen Lösung der Produkthemmung sowie der Auslotung einzelner Stoffwechselvarianten der untersuchten Mikroorganismengruppen gesehen werden.

Ausgangssituation

Die 20-20-20 Ziele der EU sehen eine verstärke Nutzung der Regenerativen Energien in Europa vor. Die größten Potentiale werden im Bereich der Wind- und Solarenergie gesehen, jedoch können diese keine konstante Energiebereitstellung leisten. Kurzfristige Stromspitzen entgegen dem Strombedarf reduzieren die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung sowie die Stabilität der Stromnetze. Entsprechende Kapazitäten an Überschussstrom können über den Weg der Elektrolyse in Wasserstoff konvertiert und somit auf diese Weise speicherbar gemacht werden. Derartige Möglichkeiten sowie auch die H2-Nutzungspfade sind zwar technisch machbar, jedoch nach ökonomischen und energetischen Gesichtspunkten nicht realistisch.