Elektrochemie

Nachhaltigkeitspreis für mikrobiologische Brennstoffzelle

Kläranlagen gehören bislang zu den größten kommunalen Energieverbrauchern. Mit einer neuen Technologie, die aus dem Stromverbraucher Kläranlage ein kleines Kraftwerk macht, will ein deutsches Forscherteam nun eine Trendwende einleiten.

Biofilm auf der Anode (Boden) der Brennstoffzelle: Mit optischer Kohärenztomographie machen Forscher des KIT die mikrobiellen Biofilme sichtbar, die elektrische Energie erzeugen (Grafik: Michael Wagner, KIT).  

Kernstück der Anlage ist eine bio-elektrochemische Brennstoffzelle, die direkt – also ohne den bisher üblichen Umweg über den Faulprozess – Strom und Wasserstoff erzeugen kann. Für das innovative Konzept, an dem Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mitarbeiten und das von der TU Clausthal koordiniert wird, hat die Gruppe nun den Deutschen Nachhaltigkeitspreis in der Kategorie Forschung erhalten.

Die Technologie setzt auf Brennstoffzellen aus Mikroorganismen, die bei der Reinigung von Abwasser auf direktem Weg elektrischen Strom und Wasserstoff erzeugen: Die bio-elektrochemische Brennstoffzelle (BioBZ) kann ohne den bisher üblichen Umweg über den Faulprozess elektrische Energie gewinnen. Statt aufwendig über die Faulung des Abwassers und die anschließende Nutzung des anfallenden Faulgases zu arbeiten, braucht die BioBZ lediglich einen Schritt und integriert die Stromerzeugung direkt in den mikrobiellen Abbauprozess der im Wasser enthaltenen Inhaltsstoffe. Anaerobe Bakterien wachsen dabei auf den Elektroden der BioBZ und können beim Umsetzen von organischen Bestandteilen aus dem kommunalen Abwasser Elektronen direkt auf die Elektroden übertragen. Der dabei erzeugte elektrische Strom kann dann genutzt werden. Dadurch reduziert sich nicht nur der Energieaufwand, sondern es erhöht sich auch der Wirkungsgrad der Stromgewinnung sowie der Reinigung erheblich. Damit leistet das Verfahren gleichzeitig ein Beitrag zur verbesserten Abwasserreinigung.

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Verbundkoordinator ist das Cutec Umwelttechnik Forschungszentrum der TU Clausthal. Zu dem erfolgreichen Verbundvorhaben haben auch Wissenschaftler des Engler-Bunte-Instituts am KIT um Professor Harald Horn entscheidend beigetragen. Sie haben insbesondere den Prozess auf der Oberfläche der Elektroden der BioBZ untersucht. Die auf den Elektroden aufwachsenden Bakterien lassen sich mit einem innovativen bildgebenden Verfahren, der optischen Kohärenztomographie (OCT) visualisieren. Die OCT wurde in den letzten drei Jahren am EBI so weit entwickelt, dass es inzwischen möglich ist, die Bilddaten direkt zur Prozesssteuerung einzusetzen. Auf diesem Gebiet gehört das KIT zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen.

Weitere Projektpartner sind die TU Clausthal, die TU Braunschweig, Eisenhuth GmbH & Co. KG sowie die Eurawasser Betriebsführungsgesellschaft mbH. Das BMBF fördert das Forschungsvorhaben mit seinen sechs Teilprojekten in der Fördermaßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft” (ERWAS) mit insgesamt rund 3 Mio. Euro.

Deutscher Nachhaltigkeitspreis

Dieser zeichnet seit 2008 einmal im Jahr Spitzenleistungen der Nachhaltigkeit in Wirtschaft, Kommunen und Forschung aus. Den Deutschen Nachhaltigkeitspreis Forschung stiftet das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Die Auszeichnung verlieh Staatssekretär Dr. Georg Schütte am Freitag, 8. Dezember 2017, beim Deutschen Nachhaltigkeitstag in Düsseldorf. Ermittelt wurde der Preisträger in Zusammenarbeit mit dem Fernsehsender ZDF/3sat im Wissenschaftsmagazin nano in einem Public Voting.

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