Das Projekt

Seit lan­gem ist bekannt, dass Was­ser­stoff unter bestimm­ten Pro­zess­be­din­gun­gen durch bak­te­ri­el­le Ver­gä­rung orga­ni­scher Sub­stra­te gebil­det wer­den kann. Die­ser, auch als „Dun­kel­fer­men­ta­ti­on“ bezeich­ne­te Pro­zess, ist die Grund­la­ge des For­schungs­pro­jek­tes „HyPer­Fer­ment“.

Die Idee

Quel­le: Fraun­ho­fer IFF

Im Jahr 2006 ent­stand die Idee, rege­ne­ra­ti­ven Was­ser­stoff aus Abfall- und Rest­stof­fen zu pro­du­zie­ren, als wäh­rend der For­schungs­ar­bei­ten zur Alko­hol­pro­duk­ti­on aus Holz­ab­fäl­len was­ser­stoff­bil­den­de Stäm­me gefun­den wur­den. Zu die­sem Zeit­punkt war die Zeit aller­dings noch nicht reif für eine Was­ser­stoff­wirt­schaft und die Pro­jekt­idee konn­te kei­nen Inves­tor über­zeu­gen. Daher muss­ten die For­schun­gen an die­sem span­nen­den The­ma auf ein Mini­mum redu­ziert wer­den. Mit Ein­lei­tung der Ener­gie­wen­de wur­den ent­spre­chen­de För­der­pro­gram­me auf­ge­legt, die eine geziel­te Unter­su­chung und Wei­ter­ent­wick­lung die­ses Ver­fah­rens ermög­lich­ten. Auf der Suche nach Part­nern zur Umset­zung der Idee konn­ten mit dem Fraun­ho­fer Insti­tut für Fabrik­be­trieb und ‑auto­ma­ti­sie­rung und der STREICHER Anla­gen­bau GmbH & Co. KG kom­pe­ten­te Part­ner gewon­nen werden. 

Das Pro­jekt erhielt den Titel: „HyPer­Fer­ment
Hy (-dro­gen) = Wasserstoff
Per = durch
Fer­ment (-ati­on) = Gärung 

Die Dunkelfermentation

Als Dun­kel­fer­men­ta­ti­on wird der anae­ro­be Gärungs- (Fer­men­ta­ti­ons-) pro­zess bezeich­net, bei dem orga­ni­sche Sub­stan­zen (z.B. Koh­len­hy­dra­te, Pro­te­ine, Lipi­de) durch Bak­te­ri­en zu Was­ser­stoff (H2) und Koh­len­di­oxid (CO2) umge­setzt werden.

Dies erfolgt, im Unter­schied zur Pho­to­fer­men­ta­ti­on durch Algen, ohne Licht und bei Tem­pe­ra­tu­ren von 30 °C – 80 °C. Wer­den die Pro­zess­be­din­gun­gen opti­mal gewählt, ent­steht ein rela­tiv sau­be­res Gas­ge­misch aus ~50 % H2 und ~50 % CO2, das kein Methan oder Stör­kom­po­nen­ten wie z.B. Schwe­fel­was­ser­stoff enthält.

Eine Viel­zahl von Bak­te­ri­en ist in der Lage, Was­ser­stoff zu pro­du­zie­ren, dar­un­ter obli­ga­te Anae­ro­bier (Clos­tri­di­en), fakul­ta­ti­ve Anae­ro­bier (Esche­ri­chia coli und Ente­ro­bac­ter) und aero­be Mikro­or­ga­nis­men (Alca­li­ge­nes und Bac­il­lus)

Da der bio­lo­gi­sche Abbau kom­ple­xer orga­ni­scher Sub­stan­zen bei der Dun­kel­fer­men­ta­ti­on unvoll­stän­dig ist und sich ver­wert­ba­re Zwi­schen­pro­duk­te wie z.B. orga­ni­sche Säu­ren anrei­chern, ist es sinn­voll, den Pro­zess mit ande­ren Ver­fah­ren zu kop­peln. Hier bie­tet sich die kon­ven­tio­nel­le Bio­gas­pro­duk­ti­on an, bei der die­se gebil­de­ten Zwi­schen­pro­duk­te sowie wei­te­re orga­ni­sche Sub­stan­zen zu CH4 und CO2 ver­go­ren wer­den. Durch eine Kom­bi­na­ti­on bei­der Pro­zes­se kön­nen zahl­rei­che Syn­er­gien (Sub­strat, Logis­tik, Wär­me, Was­ser) genutzt und die Gesamt­bi­lanz deut­lich ver­bes­sert werden.

 

Das Konzept

Eine normale Biogasanlage... ...wird um die Pilotanlage erweitert... ...und mit dem Substrat der BGA betrieben. Überführung der Gärreste erlaubt Methanbildung. Keine Verwertung des H2 möglich? Überführung vom H2 in die BGA erlaubt höhere Ausbeuten. CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 Gärrest H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 H2 Substrat Gärrest CH4 CO2 H2 H2 H2CO2 H2 + CO2 CH4 Substrat