Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)

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 Synthesegas-fermentation: 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 sowie elektrolytisch 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 im Jahr 2016 neu aufgebauten Laboranlage wird der Einfluss des Drucks auf die Synthesegasfermentation untersucht. In dem Rührkesselreaktor mit einem Arbeitsvolumen von 2,5 L wurden zunächst H2/CO2- und H2/CO/CO2-Fermentationen im semi-batch-Betrieb (kontinuierliche Gasversorgung) mit Drücken bis 7 bar durchgeführt.
Im Hinblick auf eine technische Umsetzung ist ein kontinuierlicher Betriebsmodus von Vorteil, daher konzentrierte sich die weitere Arbeit auf einen Umbau der Anlage und eine Optimierung der Prozessteuerung. Diese ermöglicht inzwischen stabile Druckfermentationen mit Laufzeiten > 1400 h.

Bachelor-/Masterarbeiten zum Thema Gasfermentation bei erhöhtem Druck sind möglich.
Kontakt bei Interesse: ina.stoll∂kit.edu oder nikolaos.boukis∂kit.edu

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 Mikroorganismen 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.

Im Herbst 2019 startete das Projekt in die zweite Förderphase.

 

Projektkooperation: