AsH 2 Gas: Mikrobiologische Methanisierung von Gasen aus der thermochemischen Vergasung von biogenen Roh- und Reststoffen. FKZ-Nr.

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1 Das Vorhaben wird bearbeitet von Gefördert durch: Projektträger: AsH 2 Gas: Mikrobiologische Methanisierung von Gasen aus der thermochemischen Vergasung von biogenen Roh- und Reststoffen FKZ-Nr.: 03KB097A Laufzeit: Programmbegleitung: 6. Statuskonferenz, Leipzig, Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH

2 AsH 2 Gas: Forschungsschwerpunkte CO H 2 CH H 2 O 4 CO + 2 H 2 O CH CO 2 CO + H 2 O H 2 + CO 2 CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O 2 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig, Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme methanogener Mikroorganismen [MicroPyros]

3 AsH 2 Gas: Forschungsschwerpunkte CO H 2 CH H 2 O 4 CO + 2 H 2 O CH CO 2 CO + H 2 O H 2 + CO 2 CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O (z.b. Heatpipe Reformer) 3 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig, Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme methanogener Mikroorganismen [MicroPyros]

4 AsH 2 Gas: Forschungsschwerpunkte CO H 2 CH H 2 O 4 CO + 2 H 2 O CH CO 2 CO + H 2 O H 2 + CO 2 CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O (z.b. Heatpipe Reformer) 4 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig, Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme methanogener Mikroorganismen [MicroPyros]

5 Biologische Methanisierung: AsH 2 Gas Sabatier-Reaktion: CO H 2 CH H 2 O Abkürzungen: MF - Methanofuran, THM - Tetrahydromethanopterin, CoM - Coenzym M, CoB - Coenzym B, B12 - B12-Cofaktor, Ni - Hydrogenase mit Nickel-Cofaktor, Mo - Dehydrogenase mit Molybdän- Cofaktor, F 420 und F Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig, Quelle: r_weg.png#/media/file:methanogenese_aus_co2_biochemischer_weg.png

6 Biologische Methanisierung: AsH 2 Gas Vergleich chemischer und biologische Methanisierung Methanisierung Sabatier-Prozess Methanogene Archaeen Katalysator Metalle / -dotierte Träger Biologische Katalyse (Ni, Fe, Co, Ru, Rh, Re) Prozessbedingungen C, > 10 bar (abs) C, > 1 bar (Normaldruck) Konversion CO % Bis 100 % Vergleich der Prozesse Vergiftung des Katalysators durch Schwefelverbindungen, Siloxane Hochpreisige Katalysatoren Geringe Lebenszeit Erhebliche Störung durch Sauerstoff 6 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig, Keine Störung durch Schadgase wie H 2 S, NH 3 Kostengünstige Biokatalysatoren Auch hier Störungen durch Sauerstoff, aber bereits anaerobe Prozessbedingungen vorhanden (Biogasanlage/Kläranlage) Einsatz von Biogassubstrat als kostenloses Nährmedium Biologische Prozesse laufen in der Regel mal schneller ab als rein chemische Prozesse Quellen: Patent DE A1; F. Graf, A. Krajete, U. Schmack; Abschlussbericht Techno-ökonomische Studie zur biologischen Methanisierung bei Power-to-Gas-Konzepten, Oktober 2014

7 Herausforderungen: AsH 2 Gas Umsatz realer Vergasergase durch die biologische Methanisierung zu Methan! Variierende Gaszusammensetzung Möglicherweise schädliche Komponenten (CO, leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Teere) 100 %-ige Umsetzung von CO zu CH 4! Stoffwechselweg bei Mikroorganismen selten Nutzung anfallender Aschen im Nährmedium der Mikroorganismen! Anreicherung von Schwermetallen Schwer lösliche metallische Verbindungen Bioverfügbarkeit?! Variierende Zusammensetzung 7 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

8 Umsetzung: AsH 2 Gas Screening mit unterschiedlichen methanogenen Rein- und Mischkulturen Temperaturbereiche: thermophil bis hyperthermophil Strikt und fakultativ anaerob Versuche im Reagenzglas und im Laborfermenter Verifizierung der Ergebnisse durch Wiederholung der Versuche und zahlreiche Transferstufen Mikrobiologisches Arbeiten in der Anaerobenkammer [MicroPyros GmbH] 8 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

9 Schwerpunkte: AsH 2 Gas Screening auf geeignete (CO-umsetzende, ascheverwertende) Mikroorganismen (MicroPyros) Dauertests mit synthetischen und realen Synthesegasen im Labormaßstab (EVT, MicroPyros) Proof of Concept an der 80 kw gestuften Vergaser-Reformeinheit (Thermo-katalytischer Reformer (TCR) von Fraunhofer-UMSICHT (UMSICHT, EVT, MicroPyros) Ökologische und wirtschaftliche Evaluierung des Anlagenkonzeptes (MicroPyros, UMSICHT, EVT) 9 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

10 Status des Projektes: AsH 2 Gas Zeitplan: 12/2014 M1 12/2017 M1: synthetisch hergestelltes Vergasergas (H 2, CO 2, CH 4 und CO) wird zu Methan umgesetzt Derzeitige Versuche/Analysen: Test verschiedener Gas- und Aschekomponenten mit synthetischem Gas Test realer, partikelfreier Vergasergase mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen Langzeitversuch am Lehrstuhl EVT in Nürnberg mit einem Laborfermenter Analysen der Aschebestandteile im Bezug auf ihre Zusammensetzung sowie Bioverfügbarkeit Optimierung und Ergänzung des Nährmediums durch Aschesubstrate Screening nach den optimalen Mikroorganismen 10 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

11 Ziel des Projektes: AsH 2 Gas Eine klare Aussage über die Verträglichkeit der verschiedenen Gas- und Aschekomponenten und die Methanproduktionsrate. Ergänzung der bisherigen Power-to-Gas Technologie durch die Verwertung H 2 -reicher Vergasergase. 11 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

12 Weitere FuE: AsH 2 Gas Es besteht weiterhin Forschungsbedarf um die biologischen Methanisierung an die technologischen Anforderungen der künftigen Jahre anpassen zu können: Senkung der Investitions- und Produktionskosten für biologische Methanisierungsanlagen Effizienzsteigerung der Anlagen durch höhere Wirkungsgrade THG-Minderung/Neutralität durch die Erzeugung von EE-Methan 12 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,

13 AsH 2 Gas Ansprechpartner: EVT: Martin Wolff Martin.Wolff@evt.cbi.uni-erlangen.de MicroPyros: Yvonne Gmach y.gmach@micropyros.de UMSICHT: Andreas Apfelbacher andreas.apfelbacher@umsicht.fraunhofer.de 13 Yvonne Gmach, MicroPyros GmbH, 6. Statuskonferenz, Leipzig,