Wasserstoff aus Biomasse durch thermophile Mikroorganismen

Inwieweit Mikroorganismen geeignet sind, aus biogenen Roh- und Reststoffen fermentativ Wasserstoff zu gewinnen, untersuchte die Technische Universität Hamburg Harburg in einem von der FNR mit Mitteln des Bundeslandwirtschaftsministeriums geförderten Projekt.

Thermophile Bakterien waren für die Forscher der Institute AbfallRessourcenWirtschaft und des Instituts für technische Mikrobiologie von besonderem Interesse. Als Substrate wurden Glucose, Glycerin als Reststoff der Biodieselproduktion, Zucker-, Futter- und Steckrüben, Maismehl und Kartoffeln getestet, zur Animpfung des Prozesses diente die Mischkultur Klärschlamm. Bei einer Hitzevorbehandlung des Klärschlamms bei 80°C nahm die H2-Bildung deutlich zu, da Wasserstoff bildende Mikroorganismen im Gegensatz zu Methanbildnern bei diesen Temperaturen Sporen bilden und somit angereichert werden.
Zusätzlich wurden sechs Reinkulturen auf ihr Potenzial zur H2-Bildung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass nur mit dem Stamm DSMZ 571 eine hohe H2-Produktion zu erreichen war. Da der Einsatz von Reinkulturen jedoch einen deutlich höheren Aufwand und mehr Kosten verursacht, wird für alle Substrate eine Inokulation des Prozesses mit Klärschlamm empfohlen.
Die höchste H2-Produktion wurde erwartungsgemäß mit Glucose (280 Nl H2/kg oTS) erreicht. Dies entspricht einem H2-Umsatz von 90%. Mit Klärschlamm als Inokulum und Maisstärke wurden 190 Nl H2/kg oTS erreicht. Auch die untersuchten Agrarprodukte zeigten hohe H2-Produktionswerte bis 188 Nl H2/kg oTS; insbesondere Futter- und Zuckerrübe erzielten bei pH-Pufferung mit Carbonat H2-Umsatzraten von rund 60%. Es empfiehlt sich, Reststoffe dieser Substrate aus der Verarbeitung z.B. zu Stärke zu verwenden. Glycerin enttäuschte hingegen, es brachte einen H2-Umsatz von unter 7%.
Fazit: Aus den erfolgreich durchgeführten semikontinuierlichen Versuchen lässt sich die Eignung der fermentativen Erzeugung von Biowasserstoff auch für den kontinuierlichen Betrieb ableiten.
Einziges Problem der kontinuierlichen H2-Bildung ist die prozessbedingte Versäuerung des Systems. Daher sollte eine pH-Regelung oder Pufferung (Optimum pH5) vorgenommen und der ganze Prozess mit einer optimalen hydraulischen Aufenthaltszeit (HRT - Hydraulic Retention Time; optimal ist eine HRT von 3 Tagen) betrieben werden.
Die Nebenprodukte der Wasserstoffstufe, überwiegend organische Säuren, konnten zudem erfolgreich als Substrat in einer nachgeschalteten Methanproduktionsstufe verwertet werden.

Der Abschlussbericht (Förderkennzeichen 22021203) steht in der Projektdatenbank der FNR auf http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/berichte/22021203.pdf unter Projekte&Förderung als Download zur Verfügung.