Die Erzeugung von Wasserstoff durch Dunkelfermentation wird oft mit der anaeroben Vergärung von organischen Verbindungen zu Biogas (Methan) verglichen.
Die anaerobe Vergärung ist durch vielfältige mikrobielle Prozesse zahlreicher Mikroorganismen gekennzeichnet, wobei die mikrobiellen Umwandlungen (Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese) nebeneinander ablaufen und eng miteinander verbunden sind. Im Verlauf des Abbaus komplexer Verbindungen zu Methan und Kohlendioxid werden Zwischenprodukte wie z.B. Wasserstoff, Zucker, flüchtige Fettsäuren (VFA) und organische Säuren gebildet, die aber teilweise sofort wieder von anderen Mikroorganismen verwertet werden und daher nicht als Produkte auftreten. Methan und Kohlendioxid stellen stabile Endprodukte des anaeroben Abbaus organischer Substanzen durch komplexe Mikroorganismengemeinschaften dar.
Wasserstoff tritt als internes Nebenprodukt der anaeroben Vergärung auf, d.h. einige Mikroorganismen der komplexen Gemeinschaft sind in der Lage Wasserstoff zu bilden, welches sofort wieder von anderen z.B. für die Bildung von Methan genutzt wird und daher nicht als freies Gas auftritt. Bei der Dunkelfermentation werden diese speziellen wasserstoffbildenden Mikroorganismen durch geschickte Prozessführung (durch z.B. erhöhte Temperatur) selektiv bevorteilt und gleichzeitig die Methanbildung unterdrückt.
Dadurch kann der entstehende Wasserstoff nicht verbraucht werden und bildet zusammen mit Kohlendioxid ein nutzbares Gas.
Die bislang vorliegenden Daten zeigen, dass eine biologische Wasserstoffproduktion die Bilanz der nachfolgenden Methanbildung nicht negativ beeinflusst, sondern — in Abhängigkeit vom Substrat — zu einem zusätzlichen Aufschluss von ansonsten nicht genutzten organischen Komponenten führt. Damit erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad von Biogasanlagen. Es besteht kein Widerspruch zwischen Methan- und Wasserstoffproduktion.
Grundsätzlich führt die Wasserstoffgärung in Kombination mit einer Abtrennung von Kohlendioxid zu einem kohlenstofffreien Energieträger und trägt damit zur Dekarbonisierung der Energieversorgung bei.
Wenn das abgeschiedene CO2 dem Kohlenstoffkreislauf z.B. durch Speicherung (CO2-Sequestrierung) dauerhaft entzogen bleibt, wird der Gesamtprozess zur CO2-Senke.
Der zusätzliche Aufwand einer separaten Gärungsstufe ist nur bei einer stofflichen Nutzung, idealerweise im mobilen Sektor sinnvoll.
Ansonsten überwiegen die Vorteile der Biogasproduktion (Methan) gegenüber einer rein energetischen Nutzung von Wasserstoff im BHKW oder in stationären Brennstoffzellen.
Als Substrate können etablierte nachwachsende Rohstoffe, wie Maissilage oder Ganzpflanzen eingesetzt werden, die auch für die Biogasproduktion genutzt werden. Daneben sind insbesondere auch Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion (z.B. Kaffee- oder Kakaoreste, Trester, Mühlenstäube, Zucker- oder Molkereste) und kommunale Abfallstoffe (z.B. Grünschnitt, Klärschlamm) interessant.
In kontinuierlichen Laborversuchen wurden bereits zahlreiche Substrate mit unterschiedlichster Zusammensetzung untersucht, um das Spektrum stetig zu erweitern. Als sehr vielversprechend werden z.B. Nebenprodukte und Reststoffe aus der Zuckerproduktion oder Milchverarbeitung angesehen. Wir sind ständig auf der Suche nach weiteren kohlenstoffhaltigen Stoffströmen.
Sprechen Sie uns gern an!
Nach derzeitigem Forschungsstand wird die Methanogenese (Biogasbildung) durch eine vorherige Wasserstoffgärung der Substrate nicht negativ beeinflusst. Dieser Umstand wird durch den säurebedingten Aufschluss von vorher nicht verfügbaren Substratbestandteilen begründet. Der produzierte Wasserstoff steht damit zusätzlich zur konventionellen, einstufig produzierten Biogasmenge zur Verfügung.
Bei komplexen Substraten (NawaRos, Abfall- und Reststoffe) sind für eine Wasserstoffgärung keine Zusatzstoffe erforderlich. Bei stark abgereicherten Reststoffen aus der Lebensmittelproduktion fehlen u.U. lebensnotwendige Nährstoffe, wie z.B. Stickstoff- oder Phosphatverbindungen. Durch Ausgleich dieses Defizites können diese Abprodukte dem Gärprozess wieder zugänglich gemacht werden. Die Notwendigkeit von Zusatzstoffen ist im Einzelfall in entsprechenden Laborversuchen zu testen.
Als Faustformel kann von einem Fermentationsvolumen von 1:10 bis 1:5 zum Volumen des Hauptgärers der BGA ausgegangen werden. Der genaue Platzbedarf wird für den konkreten Anwendungsfall und in Relation zur Bestandsanlage ermittelt.