Innovativer Bioreaktor könnte Erstaunliches für die Energiewende leisten
Sind Mikroorganismen die Lösung für die Energiewende? Dänische Forschende sind davon überzeugt. Sie haben einen Bioreaktor entwickelt, in dem eine spannende Umwandlung erfolgt: Aus Synthesegas oder CO2 entstehen Methan, Ethanol oder organische Säuren.
An den Kunststoffelementen lagern sich die Mikroben an.
Foto: Bax Lindhardt/DTU
Der Kampf gegen den Klimawandel ist ein ordentliches Stück Arbeit. Viele Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben dabei im Wesentlichen die Energiewende im Blick, aber die Herausforderungen sind weitaus umfangreicher. Schließlich sind die Mengen an CO2, die sich aktuell in der Atmosphäre befinden, mit Abstand zu hoch – selbst wenn klimaschädliche Emissionen augenblicklich beendet würden, was natürlich nicht realistisch ist.
Ein Team der Technical University of Denmark hat nun einen Bioreaktor vorgestellt, der gleich zwei Probleme auf einmal löst: Die Mikroorganismen, die sich darin befinden, nutzen CO2 oder Synthesegas, um daraus Methan, Ethanol oder organische Säuren herzustellen, also Bausteine, die wiederum als Grundlage dazu dienen können, nachhaltigere Kraftstoffe, Chemikalien oder Kunststoffe zu entwickeln.
Mikroben im Bioreaktor nehmen CO2 auf
„Der Prozess unterscheidet sich auf mikroskopischer Ebene nicht wesentlich vom Bierbrauen, aber das Potenzial für den grünen Wandel ist enorm“, sagt Hari Gavala, die als außerordentliche Professorin im Fachbereich DTU Chemical Engineering tätig ist.
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Das Prinzip sieht folgendermaßen aus: Das Innere des Bioreaktors ist mit Kunststoffstücken beschichtet, die eine große Oberfläche bieten, auf der die Mikroben wachsen können. Wenn die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen Syngas oder CO2 in gasförmiger Form hinzufügen, nehmen die Mikroorganismen das Gas auf und wandeln es durch Fermentation in Methan um.
Im Bioreaktor entstehen Methan, Ethanol oder organische Säuren
Synthesegas besteht aus CO2, Wasserstoff und Kohlenmonoxid und wird durch die Vergasung von Biomasse wie Holz, Stroh oder organischen Feststoffabfällen wie Abwässern oder Lebensmittelabfällen erzeugt. Syngas kann jedoch weder direkt als Kraftstoff im Verkehrssektor noch im Gasnetz verwendet werden, da der Energiegehalt zu gering ist. Entsprechend sinnvoll ist es, aus dem Gas auf eine effiziente Weise Methan herzustellen. Nach Angaben des dänischen Forschungsteams funktioniert dieser Prozess in ihrem neuen Bioreaktor nahezu vollständig. Die Mikroben wandeln also fast das gesamte CO2 oder Synthesegases in Methan um. Gleichzeitig seit die Produktionsrate zehnmal höher als in einer herkömmlichen Biogasanlage.
Das Spannende dabei: Die Forschenden können die Zusammensetzung der Mikroben verändern und erhalten prompt ein anderes Ergebnis. Beispielsweise sei es möglich, CO2 alternativ in Ethanol oder organische Säuren umwandeln zu lassen.
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Bioreaktor ist vielseitig einsetzbar und skalierbar
Jetzt stellt sich natürlich noch die Frage der Effizienz. Also: Welche Bedingungen benötigt der Bioreaktor für seine Arbeit? Auch in dieser Hinsicht haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen gute Nachrichten: Während herkömmliche Bioreaktoren einen höheren Druck benötigen, um sicherzustellen, dass die Gasmoleküle in die Flüssigkeit wandern, in der sich die Mikroorganismen befinden, ist der Bioreaktor der DTU Chemical Engineering so konzipiert, dass er unter normalem atmosphärischem Druck betrieben werden kann, was ihn billiger und sicherer macht.
Dadurch eröffnen sich viele Einsatzmöglichkeiten für den innovativen Bioreaktor. Beispielsweise könnte der Methanausstoß in einer Gasturbine in Strom und Wärme umgewandelt werden und so die Verwendung von fossilem Erdgas ersetzen. „Wir haben Methan in einer Qualität produziert, die direkt in das Gasnetz eingespeist werden kann“, sagt Gavala.
Das setzt natürlich voraus, dass der Bioreaktor skalierbar ist: Das Team hat ihn bereits in einem Maßstab getestet, der 35-mal größer war als die Anwendung im Labor. Er funktioniert also vermutlich auch in industriellen Größenordnungen.
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