Verbund-Koordinator: Dr. Sven Kerzenmacher

Universität Freiburg Institut für Mikrosystemtechnik - IMTEK

Methanol Bio

Methanol BioHintergrund: Energieeffizienz

Elektrizitätsbedarf für die aerobe Abwasserreinigung ~16 kWh pro Einwohnergleichwert (EWG) & Jahr Anlage (100.000 EWG): ~ 45 kW Strombedarf allein für die Belüftung!*

Belebtbecken

Faulturm

Michael Meding

After: G. Fuchs, Allgemeine Mikrobiologie (2006)

* Sievers et al. 2010: Report AZ 26580-31, CUTEC; Leibniz Universität Hannover

2

Methanol BioMikrobielle Brennstoffzelle als

Alternative

Erhöhte Energieeffizienz in der Abwasserbehandlung ~ 2W Elektrizität pro EWG* Kein Elektrizitätsbedarf für die Belüftung der aeroben Stufe Keine bzw. geringe Entfernung von P & N zusätzliche Verfahren

Faulturm

Michael Meding

MBZ

After: G. Fuchs, Allgemeine Mikrobiologie (2006)

* Sievers et al. 2010: Report AZ 26580-31, CUTEC; Leibniz Universität Hannover

3

Methanol BioFunktionsprinzip der mikrobiellen

Brennstoffzelle

Strom aus Abwasser

- +

Methanol BioErweiterung zur mikrobiellen

Elektrolysezelle

Wasserstoff und CO2aus Abwasser

Methanol BioProjektidee: Methanol aus Abwasser

6

Methanol BioVorteile des Ansatzes

Erhöhte Energieeffizienz der Abwasserreinigung Stoffliche/energetische Nutzung der organischen Abwasserbestandteile Verzicht auf energieintensive aerobe Reinigungsstufe

Methanolgewinnung Lager- und transportfähiger Energieträger Plattform-Molekül

Besonderes Potential bei der Behandlung hochbelasteter Spezialabwässer aus der Industrie (C-Entfernung im Vordergrund!) Celluloseacetat-Herstellung Brauerei & Brennerei Molkerei & Papierfabrik …

7

Methanol BioAbschätzung der Methanolproduktion*

Optimistische Annahme: 25% des CSBswerden in der mikrobiellen Brennstoffzelle abgebaut**

Abwasserzweckverband „Breisgauer Bucht“ (EW = 600.000) Pro Tag: 25000 Nm³ H2 / 14.000 L Methanol Leistungsbedarf Elektrolyse ~ 3000 kW Energieeinsparung Belüftung ~ 300 kW**

Industrieabwasser Solvay (EW = ~ 20.000 ) Pro Tag: 1000 Nm³ H2 / 500 L Methanol Leistungsbedarf Elektrolyse ~ 100 kW

* 100% Coulomb‘sche Effizienz, Elektrolysespannung von 1,2 Volt** Sievers et al. 2010: Report AZ 26580-31, CUTEC; Leibniz Universität Hannover

8

Methanol BioAnwendungsszenarien

BioMethanol –nachhaltigeSynthese des EnergieträgersMethanol ausAbwasser

Abwässer aus• Celluloseacetat‐Herstellung• Haushalten• Klärschlammentwässerung• Klärschlammpyrolyse (HTC)• Brauerei & Brennerei • Papier‐Herstellung• Zellstoff‐Herstellung• Molkerei• …

Methanol als• Basischemikalie• Treibstoff• H2‐Speicher

Gereinigtes Abwasser• Vorfluter• Nährstofflösung 

für Algenfarmen

Zusätzlicher Elektrolysestrom• Photovoltaik• Blockheizkraftwerke• Netzüberkapazitäten

Zusätzliche CO2‐Quellen• Blockheizkraftwerke• Rauchgase aus 

Industrieprozessen

9

Methanol BioFragestellungen

Wie gut eignen sich verschiedene Abwässer für die mikrobielle Elektrolyse? Stromdichten und Gasproduktionsraten Gaszusammensetzung und Reinheit Welche Mikroorganismen sind im Abwasser vorhanden? Lässt sich die Leistung der mikrobiellen Anode durch gezielte

Besiedelung verbessern?

Wie lassen sich die Methanolsynthesekatalysatoren auf die Elektrolysegase optimieren? Langlebigkeit Aktivität & Effizienz

Welche Verfahrensvarianten sind ökonomisch & ökolog. sinnvoll? Einkopplung von BHKW, PV, Windstrom Anwendungsgebiete & Szenarien

10

Methanol BioArbeitsschwerpunkte & Partner (I)

Entwicklung einer mikrobiellen Elektrolysezelle für den Betrieb mit realen Abwässern Uni Freiburg/IMTEK - AG Bioelektrochemische Systeme

(Dr. S. Kerzenmacher)

Erhöhung der Leistungsfähigkeit durch optimale Besiedelung der mikrobiellen Anode KIT - Institut für angewandte Biowissenschaften

(Prof. J. Gescher)

Optimierung der Methanol-Synthesestufe auf den Betrieb mit dem Gasgemisch aus der mikrobiellen Elektrolysezelle Uni Freiburg - Lehrstuhl für Molekül- und Koordinationschemie

(Prof. I. Krossing)

11

Methanol BioArbeitsschwerpunkte & Partner (II)

Systemdesign und Integration in Demonstrationsanlage Solvay Acetow GmbH (Dr. Hölter) & Uni Freiburg/IMTEK (Dr. Kerzenmacher)

Technische sowie ökologische und ökonomische Bewertung des Gesamtkonzepts „Methanol aus Abwasser Fraunhofer ISE (Dr. Schaadt) & Solvay Acetow GmbH (Dr. D. Hölter)

Eingebundene Stakeholder Abwasserzweckverband „Staufener Bucht“ (Dipl.-Ing. M. Hacker) Badenova AG (Dipl.-Ing. R. Tuth)

12

Methanol Bio

������������� �����������

13

Methanol BioMikrobielle Brennstoffzellen im Labor

14