DE102005062727A1

DE102005062727A1 - Verfahren zur CO2-Verwertung

Info

Publication number: DE102005062727A1
Application number: DE102005062727A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Dr. Trommler; Antje Dr. rer. nat. Weber
Original assignee: MIKROBIOLOGISCH ANALYTISCHES L; MIKROBIOLOGISCH-ANALYTISCHES LABOR GmbH
Current assignee: MIKROBIOLOGISCH ANALYTISCHES L; MIKROBIOLOGISCH-ANALYTISCHES LABOR GmbH
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Technisches Problem der Erfindung DOLLAR A Die meisten der beschriebenen Verfahren zur Aufzucht bzw. Kultivierung von Mikroalgen haben die Produktion von Biomasse und deren nachfolgende Verwertung zum Ziel. DOLLAR A Dabei wird auch CO¶2¶ aus Abgasen und aus Anaerobreaktoren (Biogas) als Kohlenstoffquelle für die Algenproduktion genutzt. Nachteilig ist dabei, dass nicht durch Algen gebundenes Kohlendioxid bzw. in der Dunkelphase der Photosynthese von Algen gebildetes Kohlendioxid freigesetzt wird oder gesondert aufgefangen werden muss bzw. das austretende Gas immer noch erhebliche Anteile an Kohlendioxid enthält. DOLLAR A Lösung des Problems DOLLAR A Die vorliegende Erfindung hat im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Verfahren die Aufgabe, unter Nutzung beliebiger CO¶2¶-Quellen Kohlendioxid biotechnologisch nahezu vollständig in ein Methan-Sauerstoff-Gemisch bzw. in Methan umzuwandeln. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, in welchem Kohlendioxid rein oder in einem Gasgemisch befindlich einem Photobioreaktor zugeführt wird, der durch einen geschlossenen Gaskreislauf charakterisiert ist und in dem das zugeführte Gas in der Regel mindestens einmal zirkuliert. Die weitere Anzahl der Zirkulationen ist beliebig und einzig zweckbestimmt. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Nahezu vollständige biotechnologische Umwandlung von CO¶2¶ aus beliebigen Quellen in ein Methan-Sauerstoff-Gemisch bzw. in Methan.

Description

1 Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit der Aufgabe, unter Nutzung beliebiger CO₂-Quellen Kohlendioxid biotechnologisch nahezu vollständig in ein Methan-Sauerstoff-Gemisch bzw. in Methan umzuwandeln.

2 Stand der Technik

Verfahren zur Aufzucht bzw. Kultivierung von Mikroalgen sind bekannt ( DD 291 092 , DE 43 17 006 , DE 100 49 437 , DE 101 64 458 , DE 196 11 855 , DE 197 21 280 , DE 199 16 597 , DE 296 07 285 , DE 694 08 129 , DE 10 2004 019 234 , EP 0 889 118 , EP 0 911 386 , EP 1 498 475 ).

Die meisten der beschriebenen Verfahren haben die Produktion von Biomasse und deren nachfolgende Verwertung zum Ziel.

Dabei wird auch CO₂ aus Abgasen und aus Anaerobreaktoren (Biogas) als Kohlenstoffquelle für die Algenproduktion genannt. Beschrieben wird ebenfalls ein Verfahren zur Verminderung des Anteils an Kohlendioxid in brennbaren Gasen zur Erhöhung des energetischen Wertes des Endgases ( DE 197 21 280 ).

3 Zugrundeliegendes Problem

Allen bisher beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, gleichgültig, ob offene oder geschlossene Fermenter verwendet werden ( DE 43 17 006 C2 ), dass das in den Photobiorektor eingeleitete Gas diesen nach Passage der Reaktorflüssigkeit bzw. nach Ablauf der Fermentation in die Umgebung verlassen kann bzw. einer Einrichtung zur Gasverwertung zugeführt wird. Nicht durch Algen gebundenes Kohlendioxid bzw. in der Dunkelphase der Photosynthese von Algen gebildetes Kohlendioxid wird somit freigesetzt oder muss gesondert aufgefangen werden. Nachteilig für den Prozess der Abreicherung von Kohlendioxid aus Biogas, wie er in DE 197 21 280 beschrieben ist das Erfordernis von drei Reaktorsystemen (Assimilator, Dissimilator und Photosynthesereaktor), um einer Einrichtung zur Gasverwertung Methan und Sauerstoff zuführen zu können. Nachteilig ist weiterhin, dass das aus dem Assimilator austretende Gas immer noch erhebliche Anteile an Kohlendioxid enthält.

4 Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Verfahren die Aufgabe, unter Nutzung beliebiger CO₂-Quellen Kohlendioxid biotechnologisch nahezu vollständig in ein Methan-Sauerstoff-Gemisch bzw. in Methan umzuwandeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, in welchem Kohlendioxid rein oder in einem Gasgemisch befindlich einem Photobioreaktor zugeführt wird, der durch einen geschlossenen Gaskreislauf charakterisiert ist und in dem das zugeführte Gas in der Regel mindestens einmal zirkuliert. Die weitere Anzahl der Zirkulationen ist beliebig und einzig zweckbestimmt.

Dieser Reaktor mit geschlossenem Gaskreislauf ist so konstruiert, dass eine nahezu vollständige Assimilation des bereitgestellten CO₂ erfolgen kann und bei einer Speisung mit Biogas ein eventuell Stickstoffreste enthaltendes Gemisch aus Sauerstoff und Methan den Reaktor verlässt. Dieses Gasgemisch kann unmittelbar energetisch verwertet oder einer Sauerstoffabtrennung zugeführt werden. Nach der Sauerstoffabtrennung liegt ein hochwertiges Methangas vor, dass einer vielfältigen Verwendung zugeführt werden kann. Auch der Sauerstoff kann getrennt verwertet werden. Bei einer ausschließlichen Kohlendioxid-Zuführung kann biologisch gebildeter Sauerstoff gewonnen werden. In Verwirklichung der Aufgabenstellung sind verschiedene Ausführungen möglich, die einzeln oder in Kombination angewendet werden können.

5 Gewerbliche Anwendung der Erfindung

Ergibt sich aus der Beschreibung und der Art der Erfindung.

6 Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, CO₂ aus beliebigen Quellen biotechnologisch nahezu vollständig in ein Methan-Sauerstoff-Gemisch bzw. in Methan umzuwandeln.

7 Ausführungsbeispiele
Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen erläutert werden. Eine Illustration des Ausführungsbeispiels 2 erfolgt in der Anlage 2.
Ausführungsbeispiel 1
Als Quelle wird Biogas oder Klärgas verwendet, das unmittelbar einem Anaerobreaktor entnommen werden kann. Das Gas wird in den gasdichten Photobioreaktor eingeleitet, wobei das Gas so lange im Kreislauf geführt wird bis das CO₂ verstoffwechselt, d. h. in Biomasse und Sauerstoff umgewandelt ist (Photosynthese). Aufgrund der Reaktorkonstruktion verlässt ein Gasgemisch, dass fast ausschließlich aus Sauerstoff und Methan besteht, den Reaktor und wird über einen Sauerstoffabsorber geleitet, der im Ausführungsbeispiel mit Fugatabfall des Anaerobreaktors gefüllt ist. Das abgeführte Gas besteht fast ausschließlich aus Methan.
Eventuelle Schwefelspuren werden in einem nachgeschalteten Absorber entfernt.
Ausführungsbeispiel 2
Als Ausgangsmaterial für die Methanproduktion dient Umgebungsluft. Dieselbe wird einem offenen Photobioreaktor zugeführt in dem mit Hilfe von Licht aus dem Kohlendioxid der Luft Algenbiomasse produziert wird. Das überschüssige Gas, bestehend aus dem nicht umgesetzten Kohlendioxid, Stickstoff und Sauerstoff entweicht in die Umgebung. Die entstandene Biomasse wird einem Anaerobreaktor zugeführt und in demselben in Methan und Kohlendioxid umgewandelt. Das entstandene Biogas wird vorzugsweise nach Passage einer Filtermasse zur Schwefelbeseitigung einem geschlossenen Photobioreaktor zugeführt und gemäß Ausführungsbeispiel 1 in Sauerstoff und Methan umgesetzt.
Ausführungsbeispiel 3
Vorgereinigtes Rauchgas, z. B. aus Heizkraftwerken wird in einen offenen Photobioreaktor eingeleitet in welchem eine Abreicherung bzw. Verwertung des Kohlendioxids mittels Umwandlung in Biomasse erfolgt. Während das überschüssige Gas in die Umgebung abgegeben wird, wird die Biomasse in einen Faulgasreaktor überführt und dort in Methan und Kohlendioxid verstoffwechselt. Das dabei entstehende Biogas wird wiederum in einen geschlossenen Photobioreaktor überführt, in welchem ein Gemisch aus Methan und Sauerstoff produziert wird. Dieses Gasgemisch wird in ein katalytisches Verbrennungssystem eingeleitet und somit zur Erzeugung von Wärmeenergie genutzt.
Ausführungsbeispiel 4
Einer Kohlendioxidquelle entstammendes reines Kohlendioxid wird in einen geschlossenen Bioreaktor mit geschlossenem Gaskreislauf eingespeist, dort so lange im Kreislauf geführt bis es nahezu vollständig in Biomasse und Sauerstoff umgewandelt ist. Biomasse und Sauerstoff werden kontinuierlich aus dem System entfernt und einer Verwertung zugeführt.

Claims

Verfahren zur Verwertung gasförmiger Kohlenstoffquellen, vorzugsweise zur nahezu vollständigen biotechnologischen Umwandlung von Kohlendioxid in Methan, gekennzeichnet dadurch, dass Kohlendioxid rein oder in einem Gasgemisch enthalten einem offenen Photobioreaktor zugeführt, dort mittels Photosynthese in Biomasse umgewandelt, überschüssiges Gas in die Umgebung abgegeben und die gebildete Biomasse einem Biogasreaktor zugeführt wird, wobei das in diesem entstehende Biogas unmittelbar in einen Photobioreaktor mit geschlossenem Gaskreislauf übergeleitet und dort eine nahezu vollständige Assimilation des bereitgestellten CO₂ erfolgt und ein eventuell Stickstoffreste enthaltendes Gemisch aus Sauerstoff und Methan den Gaskreislauf des Reaktors verlässt.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass das im Gaskreislauf des geschlossenen Bioreaktors geführte Gas seine verwertbaren Kohlenstoffanteile nahezu vollständig an die flüssige Reaktorphase abgibt und die durch die Zellen der Flüssigphase produzierten Gaskomponenten nahezu vollständig über den geschlossenen Gaskreislauf abgeführt werden sowie die gebildete Biomasse wiederum dem Biogasreaktor zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass das gebildete Gasgemisch direkt energetisch verwertet oder einer Sauerstoffabtrennung zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass nach der Sauerstoffabtrennung ein hochwertiges Methangas aus dem System ausgeführt und einer vielfältigen Verwendung zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass die gebildete Biomasse einer gesonderten Verwertung zugeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass dem Biogasreaktor zusätzliche Biomasse zugeführt wird.