Zusammenfassung

Vor dem Hintergrund des weltweit stetig steigenden Bedarfs an elektrischer Energie und der Endlichkeit von fossilen Brennstoffen ist es zwingend erforderlich, neue und innovative Konzepte für eine CO2-neutrale Produktion, Speicherung und Nutzung von erneuerbaren Energien zu entwickeln. Biogasanlagen können witterungsunabhängig betrieben werden und sind daher grundsätzlich geeignet, flexibel Strom zu produzieren und damit die Stromproduktion kurzfristig an den jeweiligen Bedarf anzupassen. Um die Flexibilisierung von Biogasanlagen weiter zu steigern, könnten bestehende Biogasanlagen mit einem ergänzenden, steuerbaren Modul in Form eines bioelektrischen Systems (BES) für eine gerichtete stoffliche und energetische Konversion verbunden werden.
Im Rahmen des Vorhabens soll ein solches BES entwickelt werden, welches eine bedarfsorientierte Biogasproduktion gewährleisten kann. Die flexible Bereitstellung des Biogases soll durch den Betrieb einer mikrobiellen Elektrolysezelle (MEZ) gelingen, die im Falle von Biogasüberschuss den daraus gewonnenen Strom zur Gewinnung von biogenem Acetat nutzt, welches mittels Elektrosynthese von chemolithoautotrophen Bakterien aus CO2 (Abfallprodukt der Stromerzeugung im BHKW) und exogenen Elektronen gebildet wird. Das so synthetisierte Acetat wird gespeichert und bei einem hohen Strombedarf im Netz dem Biogasreaktor zugeführt. Das zugeführte Acetat kann auf diese Weise schnell und bedarfsgerecht in Biogas umgewandelt werden und nachfolgend so die Energieproduktion erhöhen.
Schwerpunkt der Arbeiten soll die technische Etablierung dieses BES-Konzeptes sein. Hierzu zählen die Entwicklung und Optimierung eines geeigneten MEZ-Moduls für die Implementierung in bestehende Biogasanlagen. Darüber hinaus soll eine ökonomische Bewertung des geplanten Systems auf Grundlage einer Kosten-Nutzen-Kalkulation durchgeführt werden.