GAMES – Gasdiffusionselektroden für gekoppelte
mikrobielle Elektrosynthesen aus CO2

Elektrochemie und Biotechnologie

Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporär oder lokal überschüssiger elektrischer Energie. Neben der Batterietechnologie bietet sich auch die elektro-chemische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektrochemischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie die Verwendung für die Synthese von Chemikalien.

Bei der Nutzung von Kohlendioxid als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen wie etwa Methanol produziert werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle wie etwa Wasserstoff angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, untersucht das Team von „GAMES“ die Entwicklung beispielgebender Verfahren für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese. Dabei wird jeweils in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgewandelt.

Erweiterung des Prozessfensters

In dem Projekt „GAMES“ arbeiteten fünf Partnerinnen und Partner gemeinsam an der industriellen Umsetzung von CO2. Über das Intermediat Formiat sollen Wertstoffe wie Methan, das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (PHB), Iso-Propanol und Ectoin entstehen. Auf Basis vorhandener Vorarbeiten werden dabei elektrochemische, mikrobiologische, biotechnologische und verfahrenstechnische Aspekte kombiniert, um so neue Syntheserouten für technisch-relevante Chemikalien zu entwickeln. Dabei zielen die Forschungsarbeiten auf die Erweiterung des Prozessfensters der mikrobiellen Elektrosynthesen und die Entwicklung von biokompatiblen drop-in Elektrolysen. Ebenso sollen der Bau und die Evaluierung eines breit anwendbaren Elektrolysereaktors sowie der Praxiseinsatz der Systeme erprobt werden.

Durch die Erweiterung der Prozessfenster in Richtung höherer Temperaturen und/oder höherer Salzgehalte können beispielsweise im Idealfall sowohl elektro- chemische Zielgrößen als auch bioverfahrenstechnische Aspekte adressiert werden. Aus den höheren Salz- gehalten resultieren höhere Leitfähigkeiten, die sich positiv auf die Energieeffizienz der Prozesse auswirken werden. Aus höheren Temperaturen resultieren im Allgemeinen höhere elektrochemische Umsatzraten. Aus bioverfahrenstechnischer Sicht ist zu erwarten, dass dadurch geringere Herausforderungen hinsichtlich der Kontaminationsfreiheit resultieren.

Vielfältige Verfahren und Produkte

Durch Zusammenarbeit der KMU Gaskatel GmbH und der ifn Forschungs- und Technologiezentrum GmbH mit den drei anwendungsorientierten Forschungsstellen DECHEMA-Forschungsinstitut, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ) und der Technischen Hochschule Mittelhessen werden im Laufe des Projektes „GAMES“ innovative Lösungen für die Umwandlung von CO2 in biobasierte Produkte der chemischen Industrie entwickelt. Zu den angestrebten Projektergebnissen zählen dabei insbesondere:


• die Entwicklung eines universellen Teststandes,
• neue Gasdiffusionselektroden zur Umsetzung von CO2 zu Formiat in biologischen Medien,
• neue Verfahren und Reaktoren zur Produktion von biobasierten Chemikalien,
• Verwendung von CO2 und elektrischer Energie als günstige Substrate für Fermentationen,
• neue Wertschöpfungen für Biogasanlagenbetreiber sowie
• die kontinuierliche Erweiterung des Prozessfensters der mikrobiellen Elektrosynthese für die Produktion von    Biopolymeren und Basischemikalien.

 

Interview mit Dirk Holtmann

GAMES-Projektblatt zum Download

Kontakt

Prof.-Dr.-Ing. Dirk Holtmann


Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik

Elektrobiotechnologie

Fritz-Haber-Weg 4

76131 Karlsruhe

Telefon: 0721/608 - 421 31

E-Mail: dirk.holtmann@lse.kit.edu

 

 

X

Wir verwenden Cookies

Wir nutzen Cookies auf unserer Website. Einige sind notwendig, während andere uns helfen, diese Website und Ihre Erfahrung zu verbessern.

Diese Seite nutzt Website Tracking-Technologien von Dritten, um ihre Dienste anzubieten. Ich bin damit einverstanden und kann meine Einwilligung jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen oder ändern.

Ablehnen Akzeptieren EinstellungenImpressumDatenschutz