Die mikrobiologische Methanisierung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Methan mit Hilfe von hochspezialisierten Mikroorganismen. Die dafür notwendigen Archaeen1 können z. B. aus Fermenten von Biogasanlagen gewonnen werden. In Kombination mit einer Elektrolyseanlage kann die biologische Methanisierung als Ergänzung zu Biogasanlagen zum Einsatz kommen. Zu Zeiten von Stromüberschüssen wird in Power-to-Gas-Systemen (P2G) durch Elektrolyse Wasserstoff (H2) produziert. Anschließend kann in einem mikrobiologischen Prozess mittels methanogener Archaeen CO2 mit H2 zu Biomethan umgewandelt werden.
Für die Herstellung und Verwertung des erneuerbaren Gases ist es wichtig, dass das eingesetzte Kohlendioxid frei von Verunreinigungen (O2 und N2) ist. Sauerstoff ist schädlich für die anaeroben Mikroorganismen und verhindert den Prozess der Methanisierung. Eine zu hohe Menge an Stickstoff reduziert den Brennwert des Biomethans. Aufreinigungstechnologien zur Gewinnung von reinem CO2 sind allerdings teuer und energieintensiv und machen das Konzept unwirtschaftlich. Im ERA-Net Projekt carbonATE entwickeln Forschungs- und Unternehmenspartner aus Österreich und der Schweiz unter Leitung der Universität für Bodenkultur3 ein neues, enzymatisches CO2 Abtrennungsverfahren und untersuchen die Auswirkungen dieses Verfahrens auf die mikrobiologische Methanisierung.
Kostengünstig und energieeffizient
Der Einsatz von Enzymen bei der Abscheidung von CO2 ist eine Möglichkeit günstig und energiearm Kohlendioxid aus Verbrennungsgasen zu gewinnen und in Flüssigkeiten zu binden. Die ersten Enzyme wurden im Rahmen des Projekts bereits identifiziert, durch Fermentation entsprechender Organismen gewonnen, aufgereinigt und zur Kohlendioxid-Bindung eingesetzt. Im nächsten Projektschritt soll das gebundene Kohlendioxid mikrobiologisch in Methan umgewandelt werden. Dazu untersuchen die ForscherInnen verschiedene methanogene Archaeen und ermitteln, wie diese das gebundene Kohlendioxid nutzen können. Unterschiedliche Reaktortypen werden im Labor- und Technikumsmaßstab getestet und die verschiedenen Systeme für den Prozess optimiert.
Das Projektteam verfolgt bei den Forschungsarbeiten zwei Ansätze. Einerseits werden Reinkulturen für die Methanisierung verwendet. Andererseits kommen Mischkulturen aus anaeroben Biozönosen2 zum Einsatz, die eine große Vielfalt an verschiedenen Bakterien und Archaeen beinhalten. Die Mischkulturen könnten bezüglich Stabilität und Umsetzraten Vorteile gegenüber Reinkulturen besitzen. Beide Ansätze werden analysiert und gegenübergestellt. Basierend auf diesen Daten soll eine Wirtschaftlichkeitsanalyse sowie eine Lebenszyklusanalyse durchgeführt und die ökonomisch beste Variante weiterverfolgt werden.
1 Archaeen sind einzellige Organismen und bilden, neben Bakterien und Eukaryoten,
eine der drei Domänen, in die alle zellulären Lebewesen eingeteilt werden.
2 Biozönose ist eine Gemeinschaft von Organismen verschiedener Arten.
3 Projektpartner: Universität für Bodenkultur, IFA-Tulln, Institut für Umweltbiotechnologie, BEST – Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH (AT), EVM Energieversorgung Margarethen (AT), AAT Abwasser- und Abfalltechnik GmbH (AT), Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, Institut für Chemie und Biotechnologie und Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen (CH), Paul Scherer Institut (CH)
