Kurzbeschreibung
Gemäß der Roadmap der Europäischen Kommission für eine „low-carbon-economy“ sollen bis 2050 80 bis 95 % der derzeitigen Treibhausgasemissionen eingespart werden. Zur Zielerreichung wird eine umfassende Transformation des Energiesystems erforderlich werden, die u.a. mit dem Einsatz effizienter Umwandlungstechnologien einhergehen muss. Gleichzeitig sind alle Potenziale erneuerbarer Energien zu erschließen, ohne die Versorgungssicherheit zu gefährden. Auf Grund der Verfügbarkeit von Strom aus Wind und Sonne sowie vorhandener Nutzungsprofile ist eine Flexibilisierung und Umwandlung in bspw. Sekundärenergieträger unumgänglich. Eine Flexibilisierung der Energienetzte sowie die wichtigsten Konversions- bzw. Koppelungspfade die im Zusammenhang mit Hybridnetzen stehen, können durch die Technologien wie Power to Gas (P2G) beschrieben werden. Ein neuerer Ansatz ist Power to Liquid (P2L), d.h. die Umwandlung von (Überschuss-)Strom in flüssige Kraftstoffe. Neben dem Ziel der„low-carbon-economy“ hat sich die EU vorgenommen, bei den Biokraftstoffen eine Beimischungsmenge von 10% im Verkehrssektor bis 2020 zu erreichen (Erneuerbare-Energien-Richtlinie (2009/28/EC)). Biokraftstoffe der 1. Generation (Bioethanol, Biodiesel) konnten einen ersten Anstoß zur Substitution fossiler Energieträger erwirken, jedoch ist das CO2-Einsparpotenzial gering, weshalb hierbei eine neue Regelung in Kraft getreten ist. Die 2. Generation, die Nutzung von Reststoffen, steht in den Startlöchern. Die 3. Generation, auf Basis von Algen, wird intensiv beforscht. Nun steht die 4. Generation, die mikrobiologische Nutzung von CO2 als Kohlenstoffquelle, zur Diskussion. Bisherige Verfahren zur Nutzung von CO2 und H2 gehen in Richtung Methanbildung zur gasförmigen Nutzung neben direkter H2 Einspeisung ins Erdgasnetz. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines mehrstufigen Prozesses zur Gewinnung von flüssigen Sekundärenergieträgern aus CO2 und H2. Hierbei sollen verschiedene CO2 Quellen zur Bereitstellung von flüssigen Energieträgern genutzt werden und somit u.a. zum Ziel der Reduzierung der Emissionen im Verkehrssektor beitragen. Im ersten Schritt wird über das Enzym, Carboanhydrase, CO2 aus der Luft als Carbonat gebunden. Somit können für den anschließenden obligat anaeroben 2-stufigen Prozess, bestehend aus einer Homoacetogenese, H2 und CO2 zu Acetat, sowie einer Solventogenese, Acetat zu Ethanol, nicht nur anoxische CO2-Quellen sondern auch O2-hältige Quellen genutzt werden. Der Prozess der Solventogenese wird auf Grund fehlender Elektronen aus der Homoacetogenese mit einem elektrochemischen 2-Kammern-System unterstützt. Nach Erfassung der einzelnen Reaktionskinetiken der einzelnen Prozessschritte wird eine detaillierte Modellierung als Basis für die Entwicklung eines mehrstufigen Reaktorsystems durchgeführt. "Hierbei soll neben einem optimierten Reaktorsystem auch ein zielgerichtetes Upscaling des Reaktors anhand einer Modellierung durchgeführt werden. Abgeschlossen wird das Projekt mit einer LCA und einer wirtschaftlichen Evaluierung des Prozesses. "