Energiequelle Methan
Wasserstoff umweltfreundlich in Methan umwandeln
Forschende haben ein bioelektrochemisches System entwickelt, um Wasserstoff mit Hilfe von Mikroorgansimen im Abwasser in Methan umzuwandeln.
Methan stellt eine wertvolle Energiequelle dar. Es kann durch Bakterien sehr effizient hergestellt werden und fällt zum Beispiel in Kläranlagen als Bestandteil von Biogas an. Dieses Biogas enthält ca. 60 Prozent Methan und verschiedene andere Stoffe. „Manche Kläranlagen gewinnen dadurch ihren eigenen Energiebedarf und sind somit energetisch autark“, so Dr. Tito Gehring vom Lehrstuhl Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik. Methan könnte auch in Erdgasheizungen und -fahrzeugen eingesetzt werden. Für diesen Energiebedarf wird im Sinne erneuerbarer Energien stark auf Wasserstoff gesetzt. Doch Methan wäre leichter zu handhaben und besser zu speichern als Wasserstoff, auch weil es weniger flüchtig ist. Und seine Energiedichte ist viermal höher als die von Wasserstoff. Die beiden Arbeitsgruppen der Ruhr-Universität Bochum von Dr. Tito Gehring bei Prof. Dr. Marc Wichern und Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel haben gemeinsam hybrides bioelektrochemisches System entwickelt, um elektrolytisch erzeugten Wasserstoff umweltfreundlich in Methan umzuwandeln und so einen für die Energieerzeugung einen besser handzuhabenden Rohstoff zu erhalten. „Erdgasfahrzeuge oder -heizungen können ohne Schwierigkeiten mit Methan betrieben werden“, verdeutlicht Gehring.
Für die Erzeugung des Wasserstoffs hat die Gruppe um Professor Ulf-Peter Apfel von der Arbeitsgruppe Technische Elektrochemie und der Abteilung Elektrosynthese des Fraunhofer Umsicht eigens einen Elektrolysator mit einem edelmetallfreien Katalysator entwickelt. Mit diesem Wasserstoff versorgt produzieren die Bakterien aus Kohlendioxid dann hochkonzentriertes Methan. „Viele Kläranlagen sind ans Erdgasnetz angeschlossen und könnten das so erzeugte Methan einfach in die Versorgung einspeisen“, so Tito Gehring. Er sieht in dem Methan aus Kläranlagen einen von mehreren Bausteinen der Energiewende: „Erste Abschätzungen haben ergeben, dass allein durch die CO2-Bindung aus den Abgasen der Schlammbehandlung in Kläranlagen etwa 20 Liter Methan pro Tag und pro Einwohner gewonnen werden könnten.“ Würde man das tun, würde man auch dafür sorgen, dass weniger Methan als Klima-schädliches Gas in die Atmosphäre gelangt.
Zur Zeit wird am Scale-up des Systems gearbeitet, um das System vom Labor in die Anwendung in Kläranlagen zu bringen.
Förderung
Die Arbeiten wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Projektkennziffer: 445401355 – Etablierung einer nachhaltigen methanogenen Kohlendioxidreduktion in bioelektrochemischen Systemen und Identifizierung kinetischer und thermodynamischer Restriktionen).
Publikation
Ramineh Rad, Tito Gehring, Kevinjeorjios Pellumbi, Daniel Siegmund, Edith Nettmann, Marc Wichern, Ulf-Peter Apfel: A hybrid bioelectrochemical system coupling a zero-gap cell and a methanogenic reactor for carbon dioxide reduction using a wastewater-derived catholyte, in: Cell Reports Physical Science, 2023, DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101526
Quelle: Ruhr-Universität Bochum
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