Institutsbericht 2008-2009 - Institut für Siedlungswasserbau ...

Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wasserrecycling
2-stufiges Konzept zur fermentativen Produktion
von Wasserstoff und Bioerdgas durch innovative
Gasaufbereitung
Der weltweite Energiebedarf wird heute noch überwiegend
aus fossilen Energieträgern gedeckt. Der
steigende Energieverbrauch und limitierte Rohstoffressourcen
erfordern jedoch die Entwicklung von
Methoden zur alternativen Energieerzeugung. Die
Entwicklung von Brennstoffzellen mit Wasserstoff als
Brennstoff ist eine viel versprechende Möglichkeit zur
Nutzung alternativer Energien. Derzeit wird die am
Häufigsten eingesetzte Reformierung wasserstoffreicher
Energieträger wie Erdgas als technisch und
wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit zur Wasserstoffgewinnung
erachtet. Eine nachhaltige Energieversorgung
ist aber nur möglich, wenn der Umstieg von fossilen
auf regenerative Energien gelingt.
Ziel des Vorhabens ist die Produktion von Biowasserstoff
und Bioerdgas durch die Verwendung einer innovativen
Gastrenntechnik (IFK). Das Verfahren soll
in einem 2-stufigen, anaeroben Fermentationsprozess
realisiert werden und die Option bieten, aus den biologischen
Reststoffen Biopolymere durch eine Verfahrensvariation
zu produzieren. In der ersten Stufe des
Fermentationsprozesses wird das aus der Abwasserreinigung
stammende Substrat fermentativ zu Wasserstoff
umgesetzt, wobei auf Grund der Reaktionsbedingungen
keine vollständige Umsetzung erfolgen
kann. Daher wird der ersten (Wasserstoff-)Stufe eine
zweite fermentative Stufe nachgeschaltet. Hier wird
das Restsubstrat, wobei die Zugabe von neuem Sub-
Projektträger:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
(BMBF)
Projektlaufzeit:
03/2009 - 02/2012
Projektpartner:
Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK),
Universität Stuttgart
EnBW AG
Purolite Deutschland GmbH
RBS wave GmbH
Projektleiterin:
Prof. Dr.-Ing. H. Steinmetz
Projektkoordinator:
Dipl.-Ing. RBM C. Meyer
Sachbearbeiter:
Iosif Mariakakis, M.Sc.
Internet:
http://www.iswa.uni-stuttgart.de/awt/forschung/
forschung_wasserstoff2.html
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strat ebenfalls möglich ist, fermentativ zu Biogas vollständig
umgesetzt. Das in den beiden Stufen erzeugte
Gas wird durch ein innovatives Verfahren mit Hilfe von
speziellen Ionenaustauschern, wobei das CO2 von dem
entsprechenden Gasgemisch getrennt wird, bei atmosphärischem
Druck aufbereitet. So ist die Produktion
von hochreinem Wasserstoff zur Verwendung als
Treibstoff im Personenverkehr und die Produktion von
Bioerdgas zur Einspeisung in das Erdgasnetz möglich.
Gleichzeitig wird auf Grund der Tatsache, dass bei der
CO2-Abtrennung durch diese Ionenaustauscher Wärme
frei wird, eine autarke Versorgung bzw. Beheizung
der Fermenter ermöglicht. Durch die Regeneration
der Ionenaustauscher ist die Gewinnung von nahezu
reinem CO2 möglich, was wiederum für die fermentative
Produktion von Wasserstoff von Vorteil ist. Durch
die Rückführung von CO2 könnte die erforderliche Erniedrigung
des H2-Partialdrucks auf Gleichgewichtkonzentrationen
(10-3 bar – 10-4 bar) zur Verbesserung
der H2-Ausbeute erreicht werden.
Im Rahmen von labortechnischen Versuchen sollen
verschiedene Substrate der Abwasserreinigung auf
ihre Eignung als Substrat zur biologischen Wasserstoffproduktion
und die dabei entstehende Reststoffe zur
Bioerdgas und Biopolymere untersucht werden. Der
Schwerpunkt liegt dabei auf der Ermittlung der optimalen
Randbedingungen dieser biologischen Prozesse
(z.B. pH-Wert, Wasserstoffpartialdruck, erforderliche
CO2-Mengen als Stripgas, Nährstoffsituation, Aufenthaltszeit
im Reaktor, Raumbelastung des Reaktors,
Zusammensetzung des Substrates). Das wesentliche
Ziel hierbei ist, die Ausbeuten der einzeln Prozesse zu
maximieren.
Abbildung: Verfahrensbild des Prozesses