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Bioreaktor: Wie Mikroorganismen CO2 zu grünem Gas veredeln

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Österreichisches Cleantech-Startup Krajete GmbH entwickelt neuartigen Bioreaktor für Methan-Erzeugung.

Technische Innovationen, die die Energiewende entscheidend voranbringen können, gelingen zumeist nicht von heute auf morgen. Es ist fast sieben Jahre her als wir das erste Mal über die Krajete GmbH und Mikroorganismen als Powerhouse berichtet haben. Jetzt hat Namensgeber Dr. Alexander Krajete einen Durchbruch erzielt: Sein neuartiger Bioreaktor nutzt Urbakterien zur effizienten Umwandlung von CO2 in Erdgas.

Der Bioreaktor dient der biologischen Herstellung von Methan – und ermöglicht extrem hohe Druckverhältnisse. Dadurch soll es möglich sein, mit „bisher unerreichter Effizienz“ Kohlendioxid und Wasserstoff in Methan umzuwandeln. Zuständig dafür sind Milliarden Mikroorganismen, sogenannter Archäa, die bei extremem Druck erst richtig munter werden. Die Krajete GmbH hat jetzt die erste Pilotanlage errichtet.

„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.“

Krajete Bioreaktor
Teil der Anlage zur Erzeugung von grünem Gas.

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.“

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.

Dr. Alexander Krajete, Erfinder des Bioreaktors

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 nach eigener Aussage nun, diese Herausforderungen zu meistern. Das neue Anlagenkonzept ist dabei nicht nur für Kleinanlagen geeignet, sondern kann auch für Großanlagen angewendet werden.

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