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Bioreaktor als Zukunftslösung für Klima & Energie?

Neuartiger Bioreaktor nutzt „Urbakterien“ und extremen Druck zur effizienten Umwandlung von CO2 in Erdgas.

Krajete_Bioreactor_Frontal_C-Krajete-GmbH
Krajete_Bioreactor_Frontal_C-Krajete-GmbH

Ein neu konzeptionierter Bioreaktor für die biologische Herstellung von Methan ermöglicht erstmals den Einsatz extrem hoher Druckverhältnisse – und setzt so mit bisher unerreichter Effizienz CO2 und H2 zu Methan um. Verantwortlich für diese signifikante Steigerung im Vergleich zu herkömmlichen Bioreaktoren sind Milliarden von Mikroorganismen, die bei extremen Druck erst richtig munter werden.

Die Krajete GmbH aus Österreich produziert Methan aus CO2 durch Gasfermentation. Der Firma gelang es, einen Bioreaktor zu entwickeln, der mit extrem hohen Druck enorme Steigerungen der Umsatzraten erlaubt. Entscheidend für diesen Erfolg ist der Einsatz sogenannter Archäa, also von Mikroorganismen, die bereits im Erdurzeitalter lebten und an extreme Druckverhältnisse gewöhnt sind – und praktischerweise auch CO2 zu „grünem Erdgas“ umsetzen können.

Effizient & sauber

„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.“

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.“

Gezähmte Ur-Mikroben

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.“

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 nun, dank langjähriger Erfahrung mit diesen Mikroben und dem Anlagenbau, diese Herausforderungen zu meistern. Das neue Anlagenkonzept ist dabei nicht nur für Kleinanlagen geeignet, sondern kann auch für Großanlagen angewendet werden.

Über Krajete GmbH
Das in Pasching angesiedelte Unternehmen nutzt die Fähigkeit methanogener Mikroorganismen, auf biologischem Wege Methan aus CO2 und H2 zu erzeugen. So gelingt es, COüber das Zwischenprodukt Methan als Rohstoff für eine breite Palette an Anwendungen nutzbar zu machen. Stets im Fokus steht dabei die Idee eines geschlossenen Kohlenstoffkreislaufes.

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