Neuartiger Bioreaktor nutzt Mikroben aus der Urzeit und
extremen Druck zu effizienter Umwandlung von CO2 in Erdgas.
Ein komplett neu konzeptionierter Bioreaktor für die biologische Herstellung
von Methan ermöglicht erstmals den Einsatz extrem hoher Druckverhältnisse – und
setzt so mit bisher unerreichter Effizienz CO2 und H2 zu
Methan um. Verantwortlich für diese signifikante Steigerung im Vergleich zu
herkömmlichen Bioreaktoren sind Milliarden von Mikroorganismen, die bei
extremen Druck erst richtig munter werden – und die österreichische Krajete
GmbH, die den Bioreaktor konzipierte und nun auch eine erste Pilotanlage errichtete.
Für die erfolgreiche Installation war dabei eine Kombination von Erfahrung mit
der Realisierung chemischer Anlagen sowie biologische Expertise notwendig.
Der Druck steigt! Politische Willenserklärungen zu Klimaschutz und Energiewende
verlangen nach immer smarteren Ideen aus der Industrie. Genau eine solche
liefert nun die Krajete GmbH aus Österreich für die Herstellung von „grünem Gas“ – also für die Produktion von Methan aus klimaschädlichem CO2 durch
Gasfermentation. Der Firma gelang es, einen Bioreaktor zu entwickeln, der
mit extrem hohen Druck enorme Steigerungen der Umsatzraten erlaubt.
Entscheidend für diesen Erfolg ist der Einsatz sogenannter Archäa, also von
Mikroorganismen, die bereits im Erdurzeitalter lebten und an extreme Druckverhältnisse
gewöhnt sind – und praktischerweise auch CO2
zu „grünem Erdgas“ umsetzen können.
Effizient & Sauber
„Unsere Anlage
arbeitet mit bisher unerreichten Umsatzraten, da hoher Druck chemische
Umsetzungsprozesse beschleunigt“, erläutert Dr. Alexander Krajete,
Geschäftsführer der Krajete GmbH. „Zusätzlich erfolgt die Gasfermentation der
Archäa unter Zugabe von Wasserstoff. Das bewirkt, dass das bei der normalen
biologischen Gärung entstehende CO2 zu weiterem Methan umgesetzt
wird und nicht wie bei Biomasse-Vergärung als Verunreinigung mitgeliefert wird.
Die Anlage schafft also mit hoher Ausbeute fast reines Methan statt
ungereinigtes Biogas. Basierend auf diesem Prinzip können fast alle CO2-haltigen
Emissionsgase direkt veredelt werden.“
Die Entwicklung der hocheffizienten Fermentationsanlage gelang dem Unternehmen
durch die innovative Kombination zweier für gewöhnlich komplett getrennt
betrachteter Bereiche: Chemie und Biologie. „Aus
dem Chemie-Anlagenbau ist es bekannt, dass höhere Drücke zu höheren Umsatzraten
führen“, erklärt Dr. Krajete die Grundidee des High Performance
Bioreaktors. „Dieses einfache Konzept auf
einen Bioreaktor anzuwenden ist hingegen nicht trivial, denn die dort
eingesetzten Mikroorganismen müssen diese Druckverhältnisse aushalten können.
Und das tun die meisten eben nicht.“
Gezähmte Ur-Mikroben
Die Krajete GmbH griff daher auf ihr langjähriges Know-how
mit sogenannten Archäa zurück – einer Gruppe von Mikroorganismen, die seit
Milliarden Jahren auf der Erde existiert und heute insbesondere dort vorkommt,
wo extreme Temperaturen oder Drücke herrschen. Bereits 2013 gelang es der
Firma, Archäa für die Erdgas-Herstellung zu „zähmen“. Ein Erfolg, den man sich
mit fünf Patenten absicherte. Mit der Entwicklung des High Performance Bioreaktors
kann nun das volle Potenzial dieses Ansatzes abgeschöpft werden. „Unsere
Pilotanlage zeigt, dass wir mit 15 bar Druck über 500 Liter Methan pro Stunde
aus nur 10 Litern Flüssigkeit erhalten. Das ist ein weltweit unerreichter
Spitzenwert für biosynthetisches Erdgas.“
Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung waren druckresistente
Sensoren, die wesentliche „Vitalparameter“ der Gasfermentation messen (pH,
Redoxpotenzial). Diese wurden von einem weltweit führenden Anbieter aus
Deutschland speziell für den High Performance Bioreaktor entwickelt. Dazu kam
die Erstellung eines speziellen Know-hows wie das Leben unter Hochdruck
erhalten und kontrolliert werden kann. Denn keineswegs darf der Druck in der Anlage rasch verändert werden – trotz
der Notwendigkeit zu Medienzugabe oder Probenentnahme. Ein rascher Druckwechsel
würde die Archäa enorm stressen und zu Leistungsminderung bzw. Absterben
führen. Der Krajete GmbH gelang es nun, dank langjähriger Erfahrung mit diesen
Mikroben und dem Anlagenbau, diese Herausforderungen zu meistern. Das neue
Anlagenkonzept ist dabei nicht nur für Kleinanlagen geeignet, sondern kann auch
für Großanlagen angewendet werden.
Quelle Krajete GmbH
| 2020
Mit freundlicher Genehmigung von Herrn Krajete.