Mit der anaeroben Fermentation durch Mikroorganismen steht neben der elektrolytischen Wasserstoffgewinnung eine weitere, bislang wenig beachtete Alternative zur biologischen Wasserstoffproduktion zur Verfügung.
Der auch als „Dunkelfermentation“ bezeichnete Prozess der Wasserstoffgärung wird vorzugsweise in bestehende Biogasanlagen (BGA) integriert, um Synergien (Substrate, Prozesswärme, Fluidströme) bestmöglich zu nutzen. Im Biogassektor existieren bereits dezentrale Strukturen, deren energetische und stoffliche Verwertungs- sowie Nutzungspfade potentiell um eine Wasserstoff-Produktionsstufe erweitert werden könnten. Die störungsfreie Einbindung des neuen Verfahrens in eine bestehende Biogasanlage stellt dabei eine der großen Herausforderungen für das Forschungsprojekt dar.
In einer ersten Projektphase von „HyPerFerment“ ist daher die Erforschung und Etablierung des Verfahrens zur mikrobiellen Wasserstoffproduktion geplant. Dazu wird der Gesamtprozess von der Substratauswahl, über die mikrobielle Vergärung zu Wasserstoff, bis zur Aufreinigung und Abgabe an den Endverbraucher untersucht.
Die Arbeiten beschränken sich hierbei auf Recherchen, erste Laborversuche, Simulationen, Anlagenplanungen und Berechnungen.
Grundlage des Verfahrens bilden wasserstoffproduzierende Bakterienstämme, deren Anreicherung, Isolation und Testung im Zentrum der Arbeiten der MicroPro stehen. Für die Fermentation werden thermophile Mikroorganismen eingesetzt, die sich durch hohe Wasserstoffbildungsraten und Prozessstabilität auszeichnen. Die Bakterienstämme werden auf unterschiedlichen Substraten getestet und die jeweiligen Fermentationsbedingungen im Labormaßstab optimiert. Neben landwirtschaftlichen Reststoffen wird auch der Einsatz von organischen Produktionsabfällen, Klärschlamm, Grasschnitt oder Gülle untersucht.
Die Firma Streicher übernimmt die Anlagenplanung für das biotechnologische Verfahren. Ziel ist die Entwicklung und Umsetzung eines innovativen Fermentationskonzeptes durch Konzipierung eines effizienten Fermenterdesigns, durch welches eine optimale Wasserstoffausbeute zu erreichen ist. Die dafür notwendigen Anlagenkomponenten sind mittels Detail-Engineering zu entwickeln, zu testen und zu optimieren. Da geplant ist, die Pilotanlage in eine bestehende Biogasanlage zu integrieren, müssen alle Schnittstellen abgestimmt und die Anlage in den Betriebsablauf eingebunden werden. Zusammen mit dem Fraunhofer IFF sollen Parameter für eine spätere Umsetzung einer Scale-up-Version der Pilotanlage erarbeitet werden.
Das Fraunhofer IFF übernimmt im Rahmen des Projektes die wissenschaftlich-technische Begleitung und unterstützt die Entwicklung einer innovativen Prozessführung sowie die Optimierung anhand physikalisch-optimaler Beziehungen. Mittels offline-Detailanalysen wird versucht, eine Vorhersage für die Gasqualität zu generieren, um in Folge dessen eine Verringerung der Investitionskosten zu erreichen. Die Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich der Auswertung und Qualitätssicherung, sowie Begleitung der Gasreinigung.
Unterstützung erfolgt zudem bei der Auswahl, Auslegung und Integration von Kompressor, Speicher und Betankung. Durch eine techno-ökonomische Bilanzierung des Gesamtprozesses wird der Prozess abschließend optimiert, Potentiale gehoben und die Skalierbarkeit bewertet.
Die Partner werden gemeinsam Betriebs- und Verwertungskonzepte entwickeln und das Nutzungspotential des Verfahrens für die Umsetzung an Biogasanlagen in Sachsen-Anhalt und Deutschland untersuchen.
