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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrphasige Kathode zur hydrogenotrophen Elektrosynthese, im Folgenden auch Biokathode genannt. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mehrphasige Kathode, bei der die Nutzung von elektrochemisch generiertem Wasserstoff verbessert ist.
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Methan ist das einflussreichste Standbein der Bioenergiegewinnung in Deutschland. Im Jahr 2010 wurden mehr als 6000 Anlagen betrieben. Die installierte elektrische Leistung liegt bei mehr als 2500 MWel. Somit stellt Biogas die Energiequelle für mehr als 50% der aus Biomasse erzeugten elektrischen Energie in der Bundesrepublik Deutschland bereit. Erstaunlich an dieser Zahl ist, dass das produzierte Biogas zum Großteil in direkt angeschlossenen Blockheizkraftwerken verbrannt und in Strom umgewandelt wird. Weniger als 200 Anlagen speisen Biogas in Erdgasqualität in das Erdgasnetz ein. Dies erscheint wenig sinnvoll, da der Energieträger Methan, der speicherbar ist und für den es eine hervorragende Vertriebsinfrastruktur gibt, dabei direkt verbrannt und in einen nichtspeicherbaren Energieträger umgewandelt wird, der bis dato nur unzureichend weiter zu verteilen ist. Der Grund für diese Sachlage liegt vermutlich in den Vorgaben begründet, die Gasreinheit und den Druck für eine Einspeisung zu regeln. Bekannt ist, dass optimale Anwendungen, wie die Verwendung als Fahrzeugkraftstoff und Erdgasersatz, eine Abreinigung von Schwefelwasserstoff, Wasser und Kohlendioxid notwendig machen. Dagegen sind solche Vorbehandlungen für einen Einsatz in Gasbrennern und Wärme-Kraft-Kopplern unnötig. Für eine Nutzung von Biogas als Erdgasersatz müssen Methankonzentrationen von über 90%, absolute Schwefelkonzentrationen von weniger als 30 mg/m3 und Wassersättigungen von weniger als 200 mg/m3 erreicht werden. Dies steht im starken Gegensatz zu der Zusammensetzung von konventionellem Biogas, das eine Mischung aus 50–70% Methan und 30–50% CO2 ist, weiterhin Schwefelwasserstoff (100–5000 ppmv), Ammonium (2–10 mg/m3), höhere Kohlenwasserstoffe (bis zu 1250 mg/m3) und Wasser in Sättigung enthält (100% LF.). Zur Gasreinigung wurde eine Reihe von technischen Lösungen in den vergangenen Jahren bereitgestellt, die aber wegen der notwendigen Investitionen nur für größere Anlagen ökonomisch zu sein scheinen.
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Bioelektrochemische Systeme zur Erzeugung von Wasserstoff und/oder Methan sind eine aussichtsreiche Technologie zur Lösung dieser technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen und sind bereits seit einigen Jahren Gegenstand der Forschung. Dabei lag in den anfänglichen Studien der Fokus überwiegend auf der Erzeugung von Wasserstoff (z. B. Abwasser) mittels mikrobieller Elektrolysezellen. Inzwischen geht der Trend jedoch auch zur gezielten Methanerzeugung aus Biomasse mittels mikrobieller Elektrolysezellen. Bislang werden in diesen Systemen methanogene Konsortien zusammen mit Kathoden aus Kohlenstoffmaterialien oder auch Stahl verwendet. Der Elektronentransfer zwischen Kathode und den Methanogenen kann dabei sowohl auf direktem Wege als auch indirekt über abiotisch erzeugten Wasserstoff stattfinden. Obwohl neuere Ergebnisse darauf hindeuten; dass der abiotische Pfad deutlich dominiert, ist aus der Literatur bislang keine gezielte Optimierung der Kathode unter diesen Gesichtspunkten bekannt.
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US2011039164 beschreibt eine Biokathode, nämlich eine Elektrode, an der Elektronen und Protonen von der Anode von einem Katalysator genutzt werden, um Peroxide oder Sauerstoff zu Wasser zu reduzieren. Weiterhin beschreibt
CN102290590 die Nutzung einer Biokathode für die Denitrifizierung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein bislang ungenutztes Optimierungspotenzial zu erschließen, um die Effizienz des Gesamtprozesses zu steigern. Insbesondere besteht die Aufgabe in der Bereitstellung einer Biokathode zur verbesserten Nutzung von elektrochemisch generiertem Wasserstoff bei der mikrobiellen Erzeugung von Produkten durch Ausführen einer hydrogenotrophen Elektrosynthese. Außerdem besteht eine weitere Aufgabe in der Bereitstellung eines zugehörigen Verfahrens.
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Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Biokathode zur hydrogenotrophen Elektrosynthese von Stoffen, umfassend eine Kathode, wobei die Kathode zwei oder mehr Phasen aufweist und hydrogenotrophe Mikroorganismen sich in der Umgebung der Kathode befinden oder dort angesiedelt sind, wobei an einer Anode über die Oxidation eines zu oxidierenden Substrats entstandene Elektronen zur Kathode geleitet werden und dort Protonen zu Wasserstoff reduziert werden, wobei der kathodenseitig entstehende Wasserstoff von den hydrogenotrophen Mikroorganismen zur Reduktion von einem oder mehreren Substraten zu einem oder mehreren Produkten genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Funktion Wasserstoff erzeugende, elektrisch leitfähige Material der Kathode, d. h. die erste Phase der Kathode, mit einer bei Funktion keinen Wasserstoff erzeugenden Schicht, d. h. die weitere Phase der Kathode, derart versehen ist, dass die keinen Wasserstoff erzeugende Schicht zur funktionsfähigen Wasserstofferzeugung ausreichend Kathodenmaterial für den Elektrolyten frei zugänglich lässt und hydrogenotrophe Mikroorganismen an der Oberfläche der keinen Wasserstoff erzeugenden Schicht haften oder sich in deren Nähe befinden.
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Weiterhin wird gemäß Anspruch 9 ein Verfahren zur Erzeugung eines Reduktionsprodukts von Stoffen bereitgestellt, umfassend
- – Bereitstellen einer funktionsfähig befüllten, wie vorstehend definierten Biokathode,
- – Verbinden von oder Anlegen einer ausreichenden Hilfsspannung zwischen einer Anode und der Biokathode.
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Das Verfahren kann kontinuierlich und/oder diskontinuierlich ausgeführt werden.
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Weitere besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 veranschaulicht das Prinzip einer bioelektrochemischen Methanogenese-Zelle.
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2a veranschaulicht den Aufbau einer bislang verwendeten elektrisch leitfähigen Kathode zur Erzeugung von Methan.
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2b veranschaulicht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kathode zur Erzeugung von Methan, wobei im Vergleich zu 2a H2 in höherem Maß mikrobiell umgesetzt wird.
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Wie eingangs erwähnt, entstanden Vorschläge, Biogas elektrochemisch zu behandeln. Diese sollen es unter anderem ermöglichen, ein Biogas zu produzieren, das die Vorgaben zur Einspeisung in Erdgasqualität in Bezug auf die Methankonzentration und den Schwefelgehalt erfüllen soll, ohne dass weitere Technologien zur Aufbereitung notwendig wären. Das Prinzip einer Biogasproduktionsplattform ist in 1 dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. An der Anode einer mikrobiellen Elektrolysezelle werden z. B. organische Säuren von exoelektrogenen Mikroorganismen zu CO2 oxidiert. Die dabei frei werdenden Elektronen werden auf eine Kohlenstoffanode übertragen. Durch Anlegen einer vergleichsweise geringen Elektrolysespannung werden die Elektronen zur Kathode geleitet und an ihr Protonen zu H2 reduziert. In einem nachgelagerten Schritt wird der gebildete Wasserstoff von methanogenen Organismen mit dem CO2 von der Anode zu CH4 umgesetzt (hydrogenotrophe Methanogenese).
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Im Kern betrifft die vorliegende Erfindung daher die Kathode des Systems, die als Biokathode betrieben wird (1). Durch Anlegen eines äußeren Potenzials werden die Elektronen des Anodenbereichs auf ein Potenzial gebracht, mit dem es möglich ist, in der Kathodenkammer Wasserstoff zu erzeugen. Der notwendige Energieeintrag hierfür kann wesentlich geringer sein, als bei einer konventionellen Elektrolyse, wenn man z. B. einen Teil der Energie aus der Anoden-Reaktion gewinnt, z. B. aus einer weiteren mikrobiellen Umsetzung. In der Kathodengegend werden z. B. methanogene Organismen kultiviert, die die Konversion des Wasserstoffs mit zudosiertem CO2 zu Methan katalysieren. Es können aber auch beliebige andere hydrogenotrophe Mikroorganismen angesiedelt werden, die zugehörige Substrate mit dem an der Kathode erzeugten Wasserstoff zu Produkten reduzieren. Die unabhängige Anzucht von z. B. methanogenen Organismen und die vollständige Fokussierung auf die hydrogenotrophe Methanogenese (bei der acetoklastischen Methanogenese entsteht immer 1CO2 pro CH4) ermöglichen die Produktion eines hochreinen und konzentrierten Biogases. In diesem Zusammenhang ist die Gestaltung der Biokathode von großer Wichtigkeit. Sie muss so ausgeführt werden, dass die hydrogenotrophen Mikroorganismen, im vorliegenden Fall die methanogenen Mikroorganismen, in unmittelbarer Nähe des Ortes der Wasserstoffbildung angesiedelt sind. So kann sichergestellt werden, dass der gebildete Wasserstoff möglichst vollständig zum Produkt, hier Methan, umgesetzt wird.
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Betrachtet man z. B. die einzelnen Zwischenschritte der Methanerzeugung an der Kathode (siehe 1), so wird zunächst die elektrokatalytische Aktivität des Kathodenmaterials die Effizienz der H2-Erzeugung bestimmen. Eine Reihe von Materialien wurde als Alternative für teure Edelmetallkatalysatoren vorgeschlagen, insbesondere Stahl- und Nickellegierungen aber auch MoS2 werden als geeignet angesehen. Es wurde beobachtet, dass sich die starke Reduktionskraft des an der Kathode gebildeten Wasserstoffs in statu nascendi durchaus schädlich auf die Ansiedlung methanogener Mikroorganismen auswirken könnte. Darüber hinaus wurde überraschenderweise gefunden, dass die erfindungsgemäß modifizierte Mikrostruktur der Kathode einen deutlich positiven Einfluss auf die Effizienz der hydrogenotrophen Methanogenese hat. Bei Bildung großer Gasblasen an der Kathode kann es ohne eine solche Modifizierung z. B. leicht zu deren Ablösung kommen – der gebildete Wasserstoff stünde den Mikroorganismen nicht mehr zur Methanbildung zur Verfügung.
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Erfindungsgemäß wird nun die Kathode in mindestens zwei funktionale Phasen (im Folgenden auch weitere Phasen genannt) unterteilt und so die Effizienz der hydrogenotrophen mikrobiellen Umsetzung, z. B. der Methanerzeugung aus CO2 verbessert (2). Die elektrisch leitfähige, katalytisch aktive Phase übernimmt hierbei wie bei einer klassischen Kathode die Funktion der Wasserstofferzeugung. An der zweiten, nicht notwendigerweise elektrisch angekoppelten Phase (z. B. aus Polymeren) findet keine Wasserstoffentwicklung statt. Hier ist hingegen der hydrogenotrophe bzw. im vorliegenden Fall der methanogene Biofilm in unmittelbarer Nähe zum Ort der Wasserstoffbildung angesiedelt. Diese Ansiedlung kann z. B. durch Modifizieren der Polymer-Oberfläche mit positiven Ladungen unterstützt werden. Der genaue Mechanismus hierzu ist jedoch bislang noch unerforscht, die Ergebnisse zeigen allerdings, dass eine positive Ladung der Kathode nicht in allen Fällen ausreichend ist.
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Der hierin verwendete Begriff ”Biofilm” bezieht sich nicht allein auf Mikroorganismen, die sich zu einem durchgehenden Film anordnen. Es sollen vielmehr auch Cluster solcher Mikroorganismen mit dem Begriff erfasst werden. Diese müssen nicht unbedingt an dem keinen Wasserstoff erzeugenden Material anhaften, sondern können sich auch in deren Nähe aufhalten, wobei sie vorzugsweise durch die Geometrie der keinen Wasserstoff erzeugenden Phase an einem direkten Kontakt mit der elektrisch leitenden und Wasserstoff erzeugenden Phase und damit am schädigenden Einfluss von Wasserstoff in statu nascendi gehindert werden.
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In 2 wird ein Vergleich verschiedener Biokathoden zur hydrogenotrophen Methanogenese dargestellt.
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In 2a ist eine einphasige Ausführung (Stand der Technik) dargestellt. Die Kathodenstruktur besteht vollständig aus elektrisch leitfähigem Material an dessen Oberfläche H2 gebildet wird. Die H2-Bildung und die Ausbildung eines Biofilms beeinflussen sich gegenseitig negativ. Befinden sich (wie in 2a dargestellt) die methanogenen Bakterien nicht in ausreichender Nähe zum Ort der Wasserstoffbildung wird nur ein Teil des H2 zu CH4 umgesetzt.
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2b ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen zweiphasigen Kathode. Hier wird die Kathodenstruktur um eine zusätzliche, elektrisch nicht leitfähige Phase erweitert, an der keine Wasserstoffentwicklung stattfindet und an der sich ein Biofilm methanogener Organismen ausbilden kann. Die beiden Teilprozesse sind örtlich voneinander getrennt und können so optimal aufeinander abgestimmt werden. Ausschlaggebend für die Effizienz dieser Struktur wird die Verteilung der beiden Phasen innerhalb einer dreidimensionalen Kathodenstruktur sein.
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Der hierin verwendet Begriff ”Stoff” im Zusammenhang mit ”Elektrosynthese” bedeutet, dass als Reduktionsprodukt Stoffe aller Aggregatzustände, d. h. gasförmig (z. B. CH4), flüssig oder fest, anfallen können. Gase, Flüssigkeiten und schüttfähige Feststoffe werden hierin als Fluid bezeichnet. Für einen kontinuierlichen Betrieb der erfindungsgemäßen Kathode muss allerdings, insbesondere bei festen Reduktionsprodukten, für eine stete Abführung gesorgt werden, um den Zugang des Elektrolyten zum Wasserstoff-erzeugenden Teil (erste Phase) der Kathode zuzulassen und damit die Effizienz nicht zu beeinträchtigen.
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Der hierin verwendete Begriff ”Schicht”, z. B. in dem Ausdruck ”eine bei Funktion keinen Wasserstoff erzeugende Schicht” (zweite oder weitere Phase), bedeutet nicht unbedingt eine durchgehende Lage, z. B. auf der ”Wasserstoff erzeugenden Schicht” (erste Phase), sondern definiert einen unmittelbar die andere Phase umgebenden Bereich, der so gestaltet ist, dass die Kathode funktionsfähig bleibt, d. h. z. B. für den Elektrolyten frei zugänglich ist.
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Der hierin verwendete Begriff ”frei zugänglich” bezieht sich zum einen auf den Wasserstoff erzeugenden Teil der Kathode, der in einer funktionsfähigen Form vorliegt. Das bedeutet, dass die Oberfläche dieses Teils der Kathode (erste Phase) nicht vollständig durch die zweite oder weiteren Phasen, die keinen Wasserstoff erzeugen, bedeckt ist, damit Wasserstoff in dem die Kathode umgebenden Bereich entstehen kann. Zum anderen bezieht sich der Begriff auch auf die keinen Wasserstoff erzeugende Schicht (zweite Phase), zum Beispiel wenn hydrogenotrophe Mikroorganismen sich direkt daran befinden (z. B. immobilisiert), die für die Inhaltsstoffe der Elektrolyten frei zugänglich sein müssen.
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Der hierin im Zusammenhang mit dem Wasserstoff erzeugenden Teil der Kathode genannte Begriff ”Oberfläche” bedeutet die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und dem Wasserstoff erzeugenden Teil der Kathode (erste Phase). Im gleichen Sinne bedeutet dieser Begriff für den keinen Wasserstoff erzeugenden Teil die Grenzfläche zum Elektrolyten und den anderen Phasen der Biokathode. Das heißt, die Grenzfläche ist an keine besondere Geometrie, wie eben, gekrümmt, fraktal etc. gebunden. Die Geometrie dieser Materialien richtet sich nach ihrer Form, wie nachstehend weiter erläutert.
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Die Erfindung sorgt mithin für eine Ansiedlung von hydrogenotrophen Mikroorganismen (z. B. zur Erzeugung von Methan) in unmittelbarer Nähe einer Kathode, an der elektrolytisch Wasserstoff erzeugt wird. Ansiedlung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Mikroorganismen des Biofilms an der keinen Wasserstoff erzeugenden Phase der Biokathode abscheiden bzw. sich als Cluster innerhalb der Struktur dieser Phase aufhalten.
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Der Nachteil von Kathoden bisheriger Systeme besteht darin, dass sie vollständig elektrisch leitfähig und katalytisch aktiv ausgeführt wurden, so dass überall Wasserstoff entstehen kann. Wie bereits weiter oben angeführt, kann sich die starke Reduktionskraft des an der Kathode gebildeten Wasserstoffs in statu nascendi schädlich auf die Ansiedlung der Mikroorganismen auswirken und so die Biofilmbildung und die hydrogenotrophe Elektrosynthese nachteilig beeinflussen.
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Das Material für die weitere(n) zusätzliche(n) Phase(n) ist in erster Linie ein beliebiges anorganisches oder organisches Material, sofern es bei der Funktion keinen Wasserstoff erzeugt und in Wasser unlöslich ist. In einer Ausführungsform ist das vorgenannte Material vorzugsweise elektrisch nichtleitend. Wichtige weitere Eigenschaften sind gute Haftung am leitfähigen Teil der Kathode, sofern nicht ineinander greifende und sich damit selbst stützende Materialien eingesetzt werden, gute Haftungsgrundlage und/oder Aufenthaltsbereiche für die anzusiedelnden Bakterien, ausreichende Oberflächengeometrie, z. B. ausreichende Porosität in einer Weise, dass H2 innerhalb eines Mikroraums für einen ausreichenden Zeitraum verbleibt und von den an den Wänden dieses Mikroraums haftenden hydrogenotrophen Mikroorganismen verarbeitet werden kann, Stabilität gegenüber dem eingesetzten Stoff und dem in der Kathodenumgebung auftretenden Druck.
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Beispiele für anorganische Materialien sind Keramik, aushärtende anorganische Stoffe und Massen, wie Mörtel, Betone oder Kitte, sowie Glas. Beispiele für organische Stoffe sind natürliche oder synthetische Polymere. Natürliche organische Polymere sind vor allem Polysaccharide, wie Zellulose, Alginate, Gummen, Kautschuke u. a. Synthetische organische Polymere sind z. B. nichtpolare Polymere, wie Polyolefine, bspw. Polyethylen, Polypropylen, Polyisopren, Polybutadiene, Polystyrol etc. oder schwach polare Polymere, wie PVC, Polyacrylnitril, Polyacrylsäureester oder stärker polare Polymere, wie Polyvinylakohol, Polycarbonate, EVA, Polyester, Polyurethane, Polyharnstoffe, funktionell modifizierte Kunststoffe, etc. Die Aufzählung ist nicht abschließend.
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Die Gestalt des Materials sowie dessen Abmessungen sollen dergestalt sein, dass einerseits der die methanogenen Bakterien ausmachende Biofilm gut und im Wesentlichen ohne Kontakt mit dem elektrisch leitenden, Wasserstoff erzeugenden Teil der Kathode daran haftet und andererseits eine gute Konvektion und Diffusion von H2 zu dem Biofilm gewährleistet ist. Ähnliches gilt für die Produktabführung.
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Hierfür kann bei einem durchgehenden porösen Film die Porenform rund oder eckig sein. Die Poren müssen aber sogenannte offene Poren sein, damit ein ausreichender Stoffaustausch mit dem Elektrodenraum stattfinden kann, aber die Diffusion des H2-Gases so gesteuert wird, dass es optimal von den hydrogenotrophen Mikroorganismen im Biofilm aufgenommen und zur Reduktion des Substrats, z. B. CO2, genutzt werden kann. Die poröse Schicht kann aber auch als nichtdurchgehende Bedeckung der elektrisch leitenden, Wasserstoff erzeugenden Kathode z. B. aus Fasern aufgebaut sein, beispielsweise aus einem Gewebe, Maschennetz oder einem Vlies. Insbesondere können die Gewebe, Maschennetze oder Vliese aus ineinandergreifenden bzw. ineinander gewundenen Fasern bzw. Filamenten von zwei Phasen (Wasserstoff erzeugend und keinen Wasserstoff erzeugend) bestehen. Durch einen solchen Verbund wird einerseits eine gewisse Stabilität gewährleistet, andererseits bilden sich Räume und Oberflächen, auch porenähnlicher Gestalt, in denen bzw. an denen die Mikroorganismen, wie die methanogenen Mikroorganismen, sich befinden und optimal den generierten Wasserstoff der elektrisch leitfähigen Phase aufnehmen können. Die Gestalt solcher aus mehreren Phasen bestehender Kombinationen kann textilartig (d. h. im Wesentlichen biegsam miteinander) sein, indem die Fasern, Filamente, etc., zu textilen Gebilden (eben, gekrümmt, stabförmig, rohrförmig, strangartig, vliesartig etc.) ausgebildet sind. Solche textilen Gebilde können z. B. gewirkte, geknüpfte, gewebte, verfilzte oder anderweitig hergestellte Flächengebilde sein. Die mehreren Phasen können aber auch starr ineinander aufgebaut sein, z. B. durch Flechten oder 3-D-Drucktechnik gitterartig ausgebildet.
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Die Ausgestaltung der Geometrie der keinen Wasserstoff erzeugenden Phase der erfindungsgemäßen Biokathode ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können Linienmuster, Gittermuster, Punktmuster, Mäandermuster, Zick-Zack-Muster und andere geometrische Muster auf die elektrisch leitende, Wasserstoff erzeugende Elektrode aufgetragen werden.
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Die oben genannten Materialen und Formen der weiteren, keinen Wasserstoff erzeugenden Phase der Biokathode können beispielsweise von Materialien der Membrantechnologie stammen.
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Die keinen Wasserstoff erzeugenden Materialien können auf den leitenden Teil der Biokathode durch Aufkleben, Aufschmelzen, Aufspritzen, Aufsprühen, Auftragen durch Anstrich, Rakeln, Tauchbeschichten oder Reaktionsbeschichten oder beliebige an sich bekannte Verfahren aufgetragen werden. Die Kathode kann auch monolithisch aus einem Material gefertigt sein, das von sich aus mindestens zwei Phasen bildet, von denen nur eine, vorzugsweise die innerste, zur Wasserstofferzeugung geeignet ist. Weitere Verfahren sind aus der Halbleitertechnologie bekannte photolithographische Verfahren.
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Es wurden für den vorwiegend an dem keinen Wasserstoff erzeugenden Teil der Biokathode anhaftenden Biofilm bzw. für die sich in der Nähe der Biokathode aufhaltenden Mikroorganismen-Cluster, hydrogenotrophe Mikroorganismen identifiziert, die dergestalt an den Materialien eine möglichst vollständige Umsetzung des Wasserstoffs zu dem reduzierten Produkt, z. B. Methan, zu katalysieren vermögen. Rekombinante genetisch modifizierte Organismen, die bezüglich ihrer Eigenschaften optimiert wurden, können ebenfalls eingesetzt werden. Mit diesen könnten auch andere werthaltige Produkte neben Methan produziert werden.
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Als Mikroorganismen können alle hydrogenotrophen Mikroorganismen verwendet werden, sofern die Bedingungen dies zulassen. Bevorzugt sind hydrogenotrophe Bakterien. Beispiele sind Desulfovibrio fiuctosovorans, Desulfovibrio desulfuricaris strain, Desulfovibrio vulgaris, Methanobrevibacter arboriphilus, Methanobrevibacter smithii, Methanococcus vannielii, Methanobacterium formicicum, Methanospirillum hungatei, Sporomusa acidovorans, Sporoìnusa sphaeroides, Wolinella succinogenes oder Desulfobulbus elongatus.
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Wird die erfindungsgemäße Biokathode in einer Zelle bzw. Elektrodenanordnung eingesetzt, so können Anode und Kathode durch eine semipermeable, Ionen-durchlässige Membran, Brücke etc. getrennt sein. Dies ist allerdings kein Erfordernis, die Membran kann auch fortgelassen werden.
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Es gibt ein großes Verwertungspotenzial der Erfindung im Bereich dezentraler Biogasanlagen, in denen im Idealfall biogene Rest- und Abfallstoffe sowie Abwässer der Industrie und der Kommunen einer stofflichen und energetischen Verwertung zugeführt werden. Die Technologie bietet somit eine vielversprechende wirtschaftliche Perspektive nicht nur für Unternehmen des Anlagenbaus, sondern auch für die Anwender und Betreiber entsprechender Biogasanlagen bis hin zu Netzbetreibern und Energieversorgern. Darüber hinaus kann insbesondere die methanogene Kathode auch in herkömmlichen Power-To-Gas-Anlagen (klassische Wasser-Elektrolyse zur Gewinnung von H2) Anwendung finden. Dabei würde statt Wasserstoff nicht nur direkt in das Erdgasnetz einspeisbares Methan erzeugt, sondern es könnte gleichzeitig auf die bislang bei Power-To-Gas-Anlagen etablierten teuren Edelmetallkatalysatoren verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011039164 [0004]
- CN 102290590 [0004]
