Kraftstoff aus Abfällen und Elektrizität?

Wie Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umwelt­forschung, der Univer­sität Tübingen, der amerika­nischen Cornell University und des Deutschen Biomasse­forschungs­zentrums zeigen konnten, lässt sich durch die Kombination von mikrobieller und elektro­chemischer Stoff­umwandlung aus Biomasse hoch­wertige Produkte erzeugen. In ihrem Experiment nutzten die Forscher ein Abfall­produkt der Bioethanol­herstellung und Maissilage, um Alkane mit hoher Energie­dichte und diesel­ähnlichen Eigenschaften herzustellen.

Vereinfachte Darstellung des kombinierten mikrobiellen elektro­chemischen Verfahrens. (Bild: UFZ, C. Urban & F. Harnisch)

Ob Klimawandel, wachsende Nachfrage nach Ressourcen oder umwelt­belastende Stoffströme – wir brauchen nicht nur eine Energie­wende, sondern eine Kehrt­wende hin zu einem produkt­orientierten und integrativen Umwelt­schutz. Kreis­läufe müssen geschlossen werden, umwelt­schädliche Einsatz­stoffe müssen durch ökologisch verträg­liche ersetzt werden, der Verbrauch fossiler und anorganischer Rohstoffe muss reduziert werden. Eine Schlüssel­rolle bei der Suche nach Lösungen spielen neue Verfahren der Biotech­nologie.

Dazu zählt auch die bioelektro­chemische Synthese, die von Chemiker Falk Harnisch und seiner Arbeits­gruppe am UFZ in Leipzig erforscht wird. Deren Ziel ist es, durch die Kombination von Mikro­biologie und Elektro­chemie aus nachwach­senden Ressourcen und Abfall­produkten Energie­träger und Chemikalien zu gewinnen. Harnisch ist überzeugt: „Durch die Kombination von mikro­bieller und elektro­chemischer Stoff­umwandlung könnten zukünftig Bioelektro­raffinerien entstehen, die Kraftstoffe, Energie und Chemi­kalien durch integrierte Biomasse­nutzung produzieren.“

Drop-in-Kraftstoff aus Biomasse und elektri­scher Energie. (Bild: UFZ, A. Künzelmann)

Wie sie in einer aktuellen Studie beschreiben, die unter seiner Leitung und in Zusammen­arbeit mit Forschern der Universität Tübingen, der Cornell University und des Deutschen Biomasse­forschungs­zentrums entstanden ist, können die Forscher Biomasse in Alkane mit hoher Energiedichte und diesel­ähnlichen Eigen­schaften überführen. So erreichten sie auf der Basis von Corn Beer, einem Abprodukt der Bioethanol­herstellung aus Mais, im Laufe des kombi­nierten mikrobiologisch-elektro­chemischen Prozesses bereits eine Biomasse/Kraftstoff-Ausbeute von fünfzig Prozent.

Lars Angenent von der Universität Tübingen, ein Mitautor der Studie, hebt hervor: „Mit dem Corn Beer haben wir in diesem Experiment einen relativ hochwertigen Ausgangs­stoff genutzt. Weiterführende Versuche zeigen uns jedoch deutlich, welch großes Potenzial in dem Verfahren steckt – sowohl im Hinblick auf die mögliche Vielfalt der Ausgangs­stoffe und der erhaltenen Produkte als auch den gekoppelten Ablauf von Mikrobiologie und Elektro­chemie.“ Denn während die mikrobielle Synthese kontinu­ierlich abläuft, kann die schnellere elektro­chemische Stoff­umwandlung Überschuss­strom verarbeiten. Damit kann Kraftstoff als effektiver Speicher von elektrischer Energie dienen.

Falk Harnisch betrachtet diese Studie als ersten Schritt in der Verfahrens­entwicklung. „Wir haben im Labor­maßstab gezeigt, dass ein solcher Prozess durch­führbar ist. Die Heraus­forderung ist nun, jeden Teil­schritt zu optimieren und eine Skalierung entlang des gesamten Prozesses bis in den Pilotmaßstab durchzu­führen.“ Dabei wird sich auch zeigen, inwiefern das Verfahren ökonomisch wett­bewerbs­fähig ist. Dies sei, so Harnisch, allerdings auch eine Frage der politischen Rahmen­bedingungen zur Förderung von Mobilität. (Quelle: UFZ)

Referenz: C. Urban et al.: Production of drop-in fuel from biomass at high selectivity by by combined microbial and electrochemical conversion, Energy & Environm. Sci. 2017; DOI: 10.1039/C7EE01303E

Link: AG Mikrobielle Bioelektrokatalyse und Bioelektrotechnologie (F. Harnisch), Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ), Leipzig

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