Bio-Wasserstoff aus Abfall in zwei Schritten

Umwelt-Biotechnologien, mit denen erneuerbarer Wasserstoff (H2) aus organischen Abfallströmen (organic waste streams, OWS) hergestellt wird, verbinden eine nachhaltige Abfallwirtschaft mit Umweltschutz und der Erzeugung einer wertvollen sauberen Energieform. Durch die Kopplung von dunkler Fermentation (DF) und mikrobiellen elektrochemischen Zell-Prozessen(MEC) können organische Abfallströme optimal in H2 umgewandelt werden. Wodurch sich der Gesamtprozess für eine Hochskalierung eignet und industriell machbar wird.

Energie

Dunkle Fermentation von organischen Abfällen ist eine gut untersuchte Technologie, bei der organische Substanz zu H2 und metabolischen Endprodukten oxydiert. Mikrobielle elektrochemische Zelltechnologie (MEC-Technologie) kann diese Endprodukte verwenden, um zusätzliches H2 zu erzeugen. Wenn daher DF und MEC in einem zweistufigen Verfahren kombiniert werden, werden die organischen Abfallströme vollständig genutzt und schaffen noch einen zusätzlichen Bonus für die Energierückgewinnung und effiziente Entfernung von Schadstoffen. Das Ziel des Projekts WASTE2BIOHY (Sustainable hydrogen production from waste via two-stage bioconversion process: an eco-biotechnological approach) war die Untersuchung der mikrobiellen Gemeinschaften, die an der Umwandlung organischer Materie in Energie beteiligt sind. Die Forscher ermittelten zunächst, welche Arten von organischen Abfällen sich für die Wasserstoffproduktion eignen und anschließend, wie Mischkultur-Bioprozesse in dunkler Fermentation (DF) und mikrobiellen elektrochemischen Zellen (MEC) kontrolliert werden können. Die Ergebnisse zeigten, dass sich mehrere organische Abfallsorten für eine erfolgreiche und effiziente Produktion von H2 eignen. Die Daten wurden verwendet, um ein mathematisches Modell für die Vorhersage und Beschreibung des Wasserstofferzeugungspotentials aus beliebigen Arten von Abwässern zu schaffen. Dieses stellt ein leistungsfähiges Werkzeug dar, um das Potenzial eines Abwassers für die H2-Erzeugung schnell zu bewerten. Dadurch kann der DF-Prozess tatsächlich in einem industriellen Kontext machbar werden. Darüber hinaus wurden verschiedene natürliche mikrobielle Gemeinschaften als Inokula ausgewertet und einige wurden für ihre hohe Effizienz bei der Erzeugung von H2 in DF- und MEC-ausgewählt und charakterisiert Erweiterte statistische multivariante Analysen der Metagenom-Daten des ursprünglichen und abschließenden mikrobiellen Gemeinschaft zeigte starke Korrelationen zwischen dem Ursprung des Inokulums, der endgültige Struktur der fermentativen Gemeinschaft und deren Stoffwechselverhalten. Diese Informationen lieferten wertvolle und tiefe Einblicke in in die Frage, welche mikrobiellen Kriterien verwendet werden können, um mikrobielle Stoffwechselwege genau vorherzusagen. Innovative Verfahren wurden auch vorgeschlagen, um spezifische mikrobielle Gemeinschaften für eine hocheffiziente Produktion von H2 auszuwählen und das Wachstum von Wasserstoff verbrauchenden Mikroorganismen zu verhindern. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf halophilen Gemeinschaften, da viele organische Abfallströme hohe Mengen an Salzen enthalten, wie etwa die Abwässer aus der Tafeloliven-Sole-Verarbeitung, so dass sie mit normalen biologischen Klärmethoden schwer zu behandeln sind. Schließlich entwickelte WASTE2BIOHY neue praktische Methoden für die Kontrolle des Stoffwechsels von mikrobiellen Gemeinschaften, um DF- und MEC-Prozesse an realen organischen Abfällen weiter zu optimieren. Die Entwicklung dieser Mischkultur-Bioprozesse ermöglicht es Europa in naher Zukunft zu einem führenden Akteur auf dem Gebiet der Umwelt-Biotechnologien für die biologische Erzeugung von Wasserstoff zu werden.