Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Lokale Umweltbelastungen, der CO2-Eintrag in die Atmosph\u00e4re und die endlichen Ressourcen bei gleichzeitiger Zunahme der Weltbev\u00f6lkerung erzwingen den \u00dcbergang zu einer umweltvertr\u00e4glicheren Energieversorgung. Auch in Zukunft wird ein speicher- und transportierbarer Energiespeicher ben\u00f6tigt. Hierf\u00fcr ist Wasserstoff optimal. Seit langem ist bekannt, dass Purpurbakterien im Licht aus reduzierten C-Quellen Wasserstoff freisetzen. Allerdings existierte bisher kein Verfahren, durch welches dieser lichtabh\u00e4ngige Prozess technisch umzusetzen w\u00e4re. Au\u00dferdem gibt es keine Aussagen \u00fcber eine kosteng\u00fcnstige C-Versorgung des Prozesses. Ziel des Projekts ist daher, einen technisch machbaren Prozess zu finden und dabei Glukose als Zelluloseabbauprodukt als Substrat einzusetzen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenPurpurbakterien aus der Deutschen Stammsammlung f\u00fcr Mikroorganismen sollten in einem plattenf\u00f6rmigen Reaktor im Freiland eingesetzt werden. Dazu wurde ein neuer Reaktor konzipiert, der im Gegensatz zu bekannten Modellen keine zus\u00e4tzliche Energie f\u00fcr den Betrieb eines R\u00fchrers oder einer Umw\u00e4lzpumpe ben\u00f6tigte. Der Reaktor wurde plattenf\u00f6rmig gebaut und hatte in der Mitte eine Trennscheibe. Im schr\u00e4g gegen S\u00fcden aufgestellten Reaktor sollten die aufsteigenden Gasbl\u00e4schen und die in der Sonne ansteigende Temperatur f\u00fcr eine ausreichende Str\u00f6mung sorgen. Es standen 4 St\u00e4mme zur Verf\u00fcgung, die bez\u00fcglich Produktivit\u00e4t und Stabilit\u00e4t mit Glukose als Substrat noch wenig untersucht wurden. Diese St\u00e4mme sollten auf ihre Wasserstoffproduktivit\u00e4t im Labor und im Freiland mit Glukose als Substrat hin untersucht werden. Glukose sollte aus dem Grund als Substrat getestet werden, da aus Vorarbeiten be-kannt war, dass nachwachsende Rohstoffe, wie St\u00e4rke oder Zellulose, durch immobilisierte Glycosid-hydrolasen simultan im gleichen Fermenter zu Glukose abgebaut werden k\u00f6nnen. Dadurch, dass die Glukose von den Bakterien sofort verbraucht wird, entf\u00e4llt die sonst bei diesem Prozess hinderliche Endprodukthemmung.
\nEs sollte untersucht werden, ob die Purpurbakterien im Reaktor angereichert werden k\u00f6nnen und ob dies einen Vorteil f\u00fcr die Wasserstoffproduktion ergibt. Dazu sollten Einflussfaktoren, wie Lichtst\u00e4rke, Lichtzusammensetzung und Temperatur mit ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Es gelang, einen Plattenreaktor zu konzipieren und zu bauen, in welchem mit Purpurbakterien im Sonnenlicht Wasserstoff produziert werden konnte, ohne dass zus\u00e4tzliche Energie f\u00fcr Pumpen ben\u00f6tigt wurde.
\nAufgrund der problemlosen Flockung und der relativ guten Produktivit\u00e4ten wurde Rhodobacter capsula-tus DSM 155 ausgew\u00e4hlt. Allerdings f\u00fchrte die Verwendung von Glukose besonders im Freiland zum Ausbleichen der Kulturen. Es konnte gezeigt werden, dass Rhodobacter Glukose unter verschiedenen Bedingungen (lange Dunkelperioden, hohe Lichtintensit\u00e4ten) sehr schnell zu S\u00e4uren verg\u00e4rt. Die pH-Absenkung f\u00fchrt ihrerseits wieder zu einem irreversiblen Ausbleichen der Kulturen. Auff\u00e4llig war, dass der Ausbleichprozess unter Laborbedingungen im Gl\u00fchlampenlicht wesentlich langsamer erfolgte. Es wurden daher im Freiland verschiedene Farbfilter eingesetzt. Besonders erfolgreich war die Verwendung gr\u00fcner Folienfilter, die zu deutlichen Verbesserungen der Produktivit\u00e4t und der Standzeiten im Freiland f\u00fchrten. Es konnten 800 ml Wasserstoff pro Stunde und m\u00b2 im Freiland produziert werden.
\nWesentlich g\u00fcnstiger stellte sich die Verwertung von Lactat als C-Quelle dar: Der Ausbeute-Koeffizient wurde gr\u00f6\u00dfer, die Produktivit\u00e4t stieg auf 1,6 Liter pro m\u00b2 und Stunde, der pH-Wert blieb \u00fcber lange Zeit stabil, auch in Dunkelphasen und bei Sonneneinstrahlung von 1000 W\/m\u00b2.
\nUm das Verfahren wirtschaftlich einsetzen zu k\u00f6nnen, ist es erforderlich, eine praktikable L\u00f6sung f\u00fcr die Ern\u00e4hrung der Bakterien zu finden. M\u00f6glicherweise k\u00f6nnen die durch Glukose verursachten Probleme durch Einf\u00fchrung eines Zulaufverfahrens behoben werden. Da sich angedeutet hat, dass Gr\u00fcnfilter posi-tive Auswirkungen haben, liegt es nahe, in Zukunft mit einem Algen-Bakterien-Verbund zu arbeiten. Dabei sollen gr\u00fcne Algen, die in einem separaten Plattenreaktor immobilisiert sind, das Substrat (z.B. organische S\u00e4uren) f\u00fcr die Purpurbakterien ausscheiden. Durch den Austausch der L\u00f6sungen zwischen Purpurbakterien- und Algenreaktor k\u00f6nnten die Bakterien mit Substrat und die Algen mit dem von den Bakterien ausgeschiedenen Kohlendioxid versorgt werden.
\nMit Milchs\u00e4ure als Substrat wurden wesentlich bessere Ergebnisse erzielt: Der pH-Wert bleibt auch \u00fcber l\u00e4ngere Zeit stabil, und somit werden Langzeit-Versuche m\u00f6glich. Bei kontinuierlichen Langzeit-Versuchen stellte sich heraus, dass die Kulturen \u00fcber einen l\u00e4ngeren Zeitraum hinweg wachsen und ca. 10 Tage lang Wasserstoff produzieren.
\nIn der vorgesehenen Zeit konnten noch keine Aussagen zu dem Effekt gemacht werden, den eine m\u00f6gliche Anreicherung haben w\u00fcrde. Es konnte lediglich gezeigt werden, dass es m\u00f6glich ist, die flockenden Zellen mit einfachen baulichen Ma\u00dfnahmen im Reaktor zur\u00fcckzuhalten und die Biomasse so um den Faktor 3 anzureichern.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Um die grunds\u00e4tzliche Umsetzbarkeit der biosolaren Wasserstoffproduktion in ein Verfahren abschlie\u00dfend beurteilen zu k\u00f6nnen, fehlen noch wichtige Informationen. Hierzu sei auf das Vorhaben Wasserstoffproduktion in hochzelldichten Rhodobacterkulturen (AZ 05620) verwiesen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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