Mikrobielle Brennstoffzellen zur Behandlung industrieller und landwirtschaftlicher Abfälle auf Mikroebene
Die Entsorgung organischer Abfallströme stellt ein erhebliches Hindernis für die Produktivität und Rentabilität der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie der EU dar. Gegenwärtig gibt es noch keine realisierbaren Mikroskala-Technologien zur sicheren Entsorgung organischer Abfälle oder zur Rückgewinnung eines Teils der 288 Terawattstunden an Energiepotenzial, das in diesem Sektor in Form von wasserstoff-/methanreichem Biogas besteht. Die EU-finanzierte Initiative H2AD-aFDPI hat sich dieser Herausforderung gestellt und eine neuartige Mikroskala-Technologie zur schnellen und sicheren Entsorgung organischer Abwasserströme entwickelt – die sogenannte H2AD-Technologie. Sie basiert auf einem hocheffizienten Prozess aus der industriellen Biotechnologie, der den chemischen Sauerstoffbedarf (CBS) des organischen Anteils reduziert. Die aus dem Abfall gewonnene Energie wird anschließend in wasserstoff- und methanreiches Biogas umgewandelt. „Die Kerntechnologie ist eine integrierte mikrobielle Brennstoffzelle (MBZ) mit geschlossenem Regelkreis und beruht auf einer neuartigen Kombination aus herkömmlichem anaeroben Abbau und konventioneller BMZ-Technologie“, so der technische Projektleiter Darren Bacon. Im Gegensatz zur konventionellen BMZ-Technologie wird eine mikrobielle Reaktion mit Potenzial zur elektrischen Stimulation hier jedoch auf vollkommen anaerobe Weise herbeigeführt. Das Ergebnis ist eine energetische Abfallverwertung, durch die der CSB und der Gesamtgehalt der gelösten Feststoffe in organischen Abfallströmen auf unbedenkliche Werte gesenkt werden. Abfallbehandlung und Energieerzeugung zugleich Die Forscher bauten H2AD-Einheiten für die Vor- und Nachbehandlung von organischem Abfall an fünf Standorten in Europa. An jedem der gewählten Standorte fielen eine Reihe unterschiedlicher organischer Abfallarten an, welche die Gelegenheit boten, ein innovatives Abfallbehandlungsverfahren einzusetzen und zugleich energiereiches Biogas zu gewinnen. „Alle fünf Testanlagen wurden erfolgreich eingerichtet und in Betrieb genommen. Standortspezifische Herausforderungen stellten dabei kein Hindernis dar, sodass erfolgreiche Testläufe und solide Ergebnisse möglich waren, die die Effektivität, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit der Technologien unter Beweis stellten“, so Bacon. Die Feldversuche dienten dem Ziel, die prognostizierte rasche Amortisation der H2AD-Technologie zur Behandlung organischer Abfallströme aus unterschiedlichen Betriebsumgebungen im Nahrungsmittel- und Getränkesektor zu bestätigen. Die Forscher maßen die H2AD-Leistung und modellierten prognostizierte Amortisierungszeiträume für den H2AD-Einsatz mit Güllezufuhr zur Behandlung von Abfallströmen aus der Fruchtsaft- und Milchverarbeitung, aus Mikrobrauereien und aus der gemischten Landwirtschaft. Solider Nutzen für einen großen Markt Die Ergebnisse belegten eine besser als erwartet ausgefallene Verringerung der organischen Schadstoffe sowie eine ausgezeichnete Zusammensetzung des Biogases. Bacon dazu: „Im spanischen Valencia behandelten Projektpartner eingedickte Abfälle eines lokalen Speiseeisherstellers. Der CSB von hochbelasteten Abfällen ließ sich konsequent um mehr als 90 % reduzieren. Zugleich konnte Biogas mit einem Methananteil von bis zu 80 % erzeugt werden. Diese Ergebnisse übertrafen alle Erwartungen an die Technologie, insbesondere bei dieser schwierigen Form von eingedicktem Klärschlamm.“ Das Projekt demonstrierte außerdem, dass die H2AD-Technologie für einen großen und vielschichtigen Markt von Nutzen wäre, beispielsweise in der Milchwirtschaft und dort insbesondere in Bereichen wie der Käse- und Speiseeisherstellung. „H2AD wird in der Anfangsphase der Kommerzialisierung zunächst auf diese Märkte ausgerichtet werden, bevor schließlich der Eintritt in die Märkte Erfrischungsgetränke, Brauereien, Landwirtschaft und allgemeine Nahrungsmittelerzeugung in Europa und später auch auf breiterer internationaler Ebene erfolgt“, hält Bacon fest. „Im Vereinigten Königreich werden derzeit Testläufe für H2AD in der Brauerei-, Apfelwein- und Lebensmittelindustrie organisiert, um unsere kommerziellen Aktivitäten zu unterstützen“, sagt er abschließend.
Schlüsselbegriffe
H2AD-aFDPI, organischer Abfall, Biogas, mikrobielle Brennstoffzelle, anaerober Abbau
