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Synthesegasfermentation

Die Sorge über die Verknappung leicht verfügbarer fossiler Rohstoffe und deren Auswirkungen auf die Umwelt haben dazu geführt, dass das Interesse an alternativen Quellen für flüssige Energieträger (Biokraftstoffe) gestiegen ist.

Eine vielversprechende Möglichkeit ist die Synthesegasfermentation: ein Verfahren zur biotechnologischen Herstellung von Kraftstoffen und Chemikalien durch Umwandlung eines Gasgemischs aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) mit Hilfe von anaeroben, acetogenen Mikroorganismen. Das Substratgas kann durch Biomasse- oder Müllvergasung erzeugt werden, auch Industrieabgase sind als Substratquelle möglich. Dieser biologische Gas-to-Liquids (GTL) - Prozess stellt somit eine nachhaltige Plattform dar, um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu verringern.

Eine wesentliche Limitierung bei der Synthesegasfermentation ist die geringe Gaslöslichkeit. Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind in Wasser nur schwer löslich, was die Verfügbarkeit des Substrats für die Mikroorganismen einschränkt.

Ziel hier am IKFT ist es daher, die Gaslöslichkeit durch Erhöhung des Prozessdrucks zu verbessern und damit die Substratverfügbarkeit zu erhöhen. In einer neu aufgebauten Laboranlage wird der Einfluss des Drucks auf die Synthesegasfermentation untersucht. Die Anlage wurde im Frühjahr 2017 fertiggestellt und ist das Ergebnis einer Kooperation mit der Technischen Biologie (Tebi), KIT Campus Süd. Der Rührkesselreaktor mit einem Arbeitsvolumen von 3 L wird derzeit im semi-batch-Betrieb mit kontinuierlicher Gasversorgung und Drücken bis 7 bar betrieben.

Zukünftig geplant sind eine kontinuierliche Fahrweise sowie die Variation des Reaktortyps.

 

Aus Strom wird X

Eine Alternative zur Gasbereitstellung ist die Elektrolyse. Bei der klassischen H2O-Elektrolyse wird durch Zufuhr von Strom eine chemische Reaktion erzwungen und aus Wasser entsteht H2. Ähnliches gilt für die CO2 -Elektrolyse, hier wird aus CO2 Kohlenstoffmonoxid gebildet. Denkbar ist diese Art der Gaserzeugung, sofern überschüssige Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen vorhanden ist, wie z.B. von einer Solar- oder Windkraftanlage. Das Gasgemisch kann mit Hilfe geeigneter Mikro-organismen zu wertvollen Plattformchemikalien wie Butanol und Hexanol umgesetzt werden.

Diese Prozesskette wird im Rahmen des vom BMBF geförderten Kopernikusprojekts P2X (https://www.kopernikus-projekte.de/projekte/power-to-x) betrachtet.

 

Projektkooperation: