Nachhaltige Rohstoffe für eine grüne chemische Industrie

Wie lassen sich aus Abgasen und Abwässern E-Treibstoffe und Biotenside für die Industrie herstellen? Mit dieser Frage befasst sich im neu gestarteten Projekt BEFuel ein interdisziplinäres Konsortium koordiniert von Fraunhofer UMSICHT. Im Fokus steht die gekoppelte bioelektrochemische Produktion – also die Kombination von elektrochemischer Synthese und biotechnologischer Synthese durch Mikroorganismen.

Kick-off für das Projekt BEFuel (v.l.): Ramineh Rad (Ruhr-Universität Bochum), Dr. Daniel Siegmund (Fraunhofer UMSICHT), Prof. Dr. Karl-Georg Schmelz (Emschergenossenschaft Lippeverband), Prof. Dr. Dirk Tischler (Ruhr-Universität Bochum), Rebecca Schwantes (SolarSpring GmbH), Dr. Jens Alex (Institut für Automation und Kommunikation e.V.), Dr. Tito Gehring (Ruhr-Universität Bochum), Beyzanur Celebi (Ruhr-Universität Bochum), Emeline Melchiors (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel (Fraunhofer UMSICHT | Ruhr-Universität Bochum). © Fraunhofer UMSICHT

Für die mit erneuerbarer Energie betriebene Elektrolyse werden zwei unterschiedliche Abfallströme genutzt: An der Anode kommt Rohglyzerin zum Einsatz, ein Abfallstoff aus der Biodieselproduktion. Die Oxidationsprodukte können von Mikroorganismen als Nährstoffe genutzt werden, um Biotenside zu bilden. An der Kathode setzen die Forschenden auf Abwässer einer Kläranlage. Hier entsteht zunächst grüner Wasserstoff, den die Mikroorganismen als Energieträger nutzen, um in einem ersten Schritt Kohlenstoffdioxid zu fixieren und in einem zweiten Schritt organische C6- und C8-Säuren zu produzieren. Sie können als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Biodiesel und Biogas dienen und werden über eine spezielle Membrantechnik getrennt und angereichert.

Einzigartige Kopplung elektrochemischer Prozesse

»Diese Kopplung bioelektrischer Systeme für die gleichzeitige Biokonversion mehrerer Abfallströme ist einzigartig«, sagt Projektkoordinator Dr. Daniel Siegmund von Fraunhofer UMSICHT. »Sie ermöglicht die parallele Produktion mehrerer hochwertiger Güter, senkt die Betriebskosten und erhöht gleichzeitig die Energieumwandlungseffizienz.«

Weitere Vorteile: Das neue System ist sowohl unabhängig von Importen als auch dezentralisiert möglich. Zudem werden durch die Einbindung an bestehende Klärwerke, die CO₂ aus Rauchgasen oder Biogasen sowie Nährstoffe für das Wachstum der Biomasse bereitstellen können, Nährstoffe aus heimischen Abwässern und organischen Abfällen wiederverwertet.

Für die Umsetzung zeichnet ein Team aus unterschiedlichen Partnern verantwortlich und ermöglicht das Zusammenspiel zwischen Elektrolyse, biotechnologischer Verarbeitung bzw. Produktisolierung sowie ökonomischer und ökologischer Bewertung. Neben dem Fraunhofer UMSICHT sind das die Ruhr-Universität Bochum mit verschiedenen Lehrstühlen, die SolarSpring GmbH, die Emschergenossenschaft und das Institut für Automation und Kommunikation. Ihr Erfolg wird durch eine umfassende Bewertung des Prozesses gemessen. Neben Treibhausgasemissionsbilanzen und Kostenberechnungen umfasst sie auch soziale und vor allem ökologische Aspekte, um das Potenzial für eine kurzfristige industrielle Anwendung nach Projektabschluss zu ermitteln.

Förderhinweis

Das Projekt »BEFuel – Gekoppelte bioelektrochemische Produktion von E-Treibstoffen und hochwertigen Chemikalien aus Abgasen und Abwässern« wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Maßnahme »Klimaneutrale Produkte durch Biotechnologie – CO₂ und C1-Verbindungen als nachhaltige Rohstoffe für die industrielle Bioökonomie (CO2BioTech)« gefördert.

Projektpartner

Ruhr-Universität Bochum | Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik
SolarSpring GmbH
Emschergenossenschaft Lippeverband (EGLV)
Institut für Automation und Kommunikation e.V. (ifak)
Ruhr-Universität Bochum | Anorganische Chemie
Ruhr-Universität Bochum | Mikrobielle Biotechnologie