DE19511734A1 - Biotechnische Erzeugung nutzbarer elektrischer Energie mit gekoppelter Biogasproduktion, energetischer Verwertung von Biomasse und fossilen Energieträgern und gleichzeitiger Entgiftung und Entsorgung von Abfallstoffen - Google Patents

Description

Organische Abfallstoffe und Rückstände biologischer Herkunft (Biomüll, Biomasse aller Art) können kompostiert und die mineralischen Bestandteile als Kompost in Naturkreisläufe etwa zu Düngezwecken zurückgeführt werden. Hierbei geht jedoch die potentiell verfügbare Energie ungenutzt verloren. Das ist angesichts der Notwendigkeit, mehr und mehr von der energetischen Nutzung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl) wegzukommen und zu regenerierbaren Energieträgern überzugehen bzw. diese schrittweise zu substituieren, ein Nachteil. Eine solche Umstellung ist lang- und mittelfristig sowohl aus Gründen des Klimaschutzes (CO₂-Einsparung) als auch angesichts der im Prinzip begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern unabwendbar.

Neben der Kompostierung gibt es die Möglichkeit der Verbrennung etwa in Müllverbrennungsanlagen (MVA). Die Technische Anleitung TA-Siedlungsabfall von 1993 enthält die Auflage, daß vom Jahr 2000 ab nur noch reaktionsträge (inerte) Stoffe deponiert werden dürfen. Dies können zum Beispiel glasartig verhärtete Schlacken sein, die bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen. Obwohl eine thermische Behandlung aus verschiedenen Gründen derzeit als unverzichtbar er­ scheint, steht die Müllverbrennung noch immer in der öffentlichen Kritik, und eine dem Abfallproblem entsprechende Akzeptanz fehlt nicht selten.

Mit dem "Besseren Müllkonzept" ist die sogenannte kalte Müllbehandlung gemeint. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist jedoch zu bemängeln, daß rein biologi­ sche, d. h. kalte Verfahren, den Ansprüchen einer modernen Abfallwirtschaft wie die Gewinnung verwertbarer Stoffe oder die Herstellung eines naturverträglichen stoffli­ chen Endzustandes nur sehr unvollständig genügen (RWE Energie, 15. Hochschul­ tage Energie 28./29. Sept. 1994, Tagungsbericht Essen, S. 75-88). Allerdings kann nicht bestritten werden, daß die kalte mechanisch-biologische anaerobe Behandlung von Müll und Biomasse aufgrund der Vergärung Biogas als Energieträger liefert.

Biogas kann verbrannt oder im Prinzip in Brennstoffzellen umgesetzt und energetisch genutzt werden. Letzteres ist zwar noch nicht allgemein in der Praxis Stand der Technik, jedoch ist es neuerdings gelungen, Brennstoffzellen mit Naturgas zu betrei­ ben. Den Wirkungsgrad eines Großkraftwerks auf Brennstoffzellen-Basis schätzen norwegische Fachleute auf 70 Prozent. Die hier darzulegende Idee hat nun den Zweck, als neuen Vorschlag, aerobe und anaerobe biologische und/oder chemische Redoxprozesse so zu verknüpfen, daß zugleich eine energetische Nutzung auf der Basis einer bioelektrischen Brennstoffzelle (galvanisches Element), einer anschließenden Nutzung des Biogases in einer rein chemisch arbeitenden Brennstoffzelle und letztlich gegebenenfalls einer Verbrennung des am Ende nicht in Brennstoffzellen nutzbaren Gases erreicht wird.

Werden die Reaktionsräume 1 (Seite A) und 2 (Seite B) miteinander durch Elektroden und Elektrolytbrücke verbunden, kann das Potential zwischen reduzierendem (Seite A) und oxidierendem System (Seite B) genutzt werden. Seite A entspricht Reaktor 1 und Seite B Reaktor 2 in Fig. 1. Die Spannung kann mehrere Hundert Millivolt bis über ein Volt betragen. Durch Hintereinanderschaltung (Kaskaden) kann die Spannung wesentlich erhöht werden. Dieses Prinzip nutzen z. B. elektrische Fische, um hohe Spannungen zu erzeugen. Durch Parallelschaltung der einzelnen Elemente lassen sich auch die Stromstärken erhöhen.

Eine solche Nutzung verschiedener Redox-Potentiale ist nicht nur zwischen Gärreaktor und Photosynthesereaktor möglich, sondern immer zwischen sauerstoff­ armen oder sauerstofffreien (anaeroben) Systemen und sauerstoffreichen (aeroben Systemen) in Binnengewässern bis zu den Ozeanen. Es scheint allein eine Frage der technischen Machbarkeit, ob man nicht mit geeigneten Elektroden - unter Umständen recht lange Drähte - die naturgegebene Spannung zwischen sauerstoffarmem und sauerstoffreichem Milieu nutzen kann.

Bei gegebenen technischen Voraussetzungen wird zusätzlich vorgeschlagen, zur Detoxifizierung von möglicherweise im Müll vorhandenen organisch-chemischen Schadstoffen (aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlen­ wasserstoffe) das Potential mariner sulfatreduzierender oder transgener Mikroorga­ nismen zu nutzen (Jahrbuch MPG, 1993, S. 241-245) und gleichzeitig gelöste Schwermetallionen (Eisen, Kupfer u. a.) als Sulfide zu fällen. Damit können organi­ sche und anorganische Schadstoffe im Müll zusammen unschädlich gemacht wer­ den. Es ist vorgesehen, das hierzu erforderliche Sulfat in Form von Gips, z. B. aus Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) oder aus dem REA-Umlaufwasser zu ver­ werten und damit zugleich Rückstände aufzuarbeiten bzw. partiell zu entsalzen.

Durch Zumischung von Kohle, Braunkohlenstaub oder Ruß in den Gärreaktor oder Photosynthesereaktor kann die reagierende Oberfläche bzw. die wirksame Elektrodenoberfläche vergrößert werden. Zudem besteht auch die Möglichkeit, bei Verfügbarkeit geeigneter Mikroorganismen Kohle, Braunkohle, Torf, Holz oder Biomüll mikrobiell abzubauen und die hierbei gewonnene Energie mit höherem Wirkungsgrad zu nutzen, als dies durch die Verbrennung derzeit möglich ist.

Eine grundsätzliche Schwierigkeit des kalten Vergärungsverfahrens ist die schlechte biologische Abbaubarkeit einer Reihe von organischen Produkten und Reststoffen im wäßrigen System unter Sauerstoffabschluß. Polymere Substanzen, die in Kohle, Torf, Holz, Papier vorkommen wie Zellulose oder lignin-ähnliche komplexe Molekül- Strukturen mit aromatischen Ringen, sind enzymatisch schwer angreifbar.

Um höhere Wirkung hervorzurufen, sollte das Material möglichst fein vermahlen wer­ den. Geeignete Mikroben, die Schwefel oder Sulfat statt Sauerstoff als Oxidationsmittel verwerten, können hilfreich sein. Solche sind im Meer, das heißt, in sauerstofffreien tieferen Schichten z. B. im Watt zu finden.

Die Zugabe von Gips, z. B. REA-Gips, mittelbar als Schwefel- und Sulfidquelle, bezie­ hungsweise von Sulfat als Oxidationsmittel ermöglicht die abbauende Tätigkeit sulfatreduzierender Destruenten, welche auch mariner Herkunft sein können. Das Verfahren kann je nach Art der zu verarbeitenden Stoffe und der gegebenen Voraussetzungen, z. B. Vorhandensein eines Photosynthesen-Reaktors zur CO₂- Eliminierung, unterschiedlich ausgestaltet werden.

Durch Zumischung von stickstoffhaltiger Biomasse, Biomüll, Mist, Gülle, Kompost und Ähnlichem zu sehr stickstoffarmen organischen Stoffen wie Holz, Papier, Torf, Braunkohle kann die biologische Abbaubarkeit von Kohle, Holz, Papier, Zellulose, Stärke aufgrund der höheren N:C Verhältnisse (vgl. auch Waldböden) verbessert oder erst ermöglicht werden.

Mikroben, die aus gasfreisetzenden Deponien entnommen werden, können ebenfalls den Gärprozeß beschleunigen. Schließlich besteht die Möglichkeit, Gene aus Mikroorganismen, z. B. Pilzen, die Holz oder Braunkohle abbauen und verflüssigen, gentechnisch auf die abbauenden Mikroben zu übertragen, falls diese Mikroorganismen nicht direkt mitverwertet werden können.

Die hier aufgezeigten neuen Wege einer biologischen Behandlung und energeti­ schen Nutzung von organischen Abfallstoffen und Rückständen hat gegenüber den heutigen nach dem Stand der Technik möglichen Verfahren einer biologischen Abfallbehandlung den Vorteil, daß sowohl eine verbesserte energetische Nutzung als auch eine stoffliche Behandlung zum Zwecke der Detoxifizierung und Entsorgung an­ gestrebt wird (BMU 138/93).

Ein weiterer nicht unwesentlicher Vorteil besteht darin, daß sich die vorgeschlagene Technik gut in bestehende Kraftwerksanlagen integrieren läßt. Eine Kombination mit Blockheizwerken und Biogasgewinnungsanlagen ist selbstverständlich auch möglich.

Alle technischen Details sind hier weggelassen oder nicht ausgeführt, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind. Hierzu gehören zum Beispiel Vorrichtungen zum Beladen- und Entladen der Reaktoren 1 und 2 ("input und output"), sowie Rühr- und Kammerungssysteme der Reaktionsräume 1 und 2.

Der neue Gedanke, den Sauerstoff, der aus Photosynthese-Bioreaktoren gewonnen werden kann, die zum Zwecke der Reduzierung von CO₂-Emissionen an Kraftwerksanlagen angeschlossen werden (Spiegel 27/95, 3.7.95, S. 192), in den ge­ nannten Brennstoffzellen zur Erhöhung des Wirkungsgrades mitzuverwerten, könnte sich als ein Vorteil erweisen (Fig. 1). Bereits in den Reaktor 1 (Gärreaktor, Seite A) und den Reaktor 2 (Photosynthesereaktor, Seite B) können Elektroden in Serie und in gekammerten Systemen eingesetzt werden, um elektrische Spannung abzunehmen. Hierzu müssen beide Systeme, Reaktor 1 und Reaktor 2, durch Elektroden und eine oder mehrere Elektrolytbrücken technisch verbunden werden.

Weder die Elektroden, die durch Hintereinander- oder Reihenschaltung zwischen den beiden Systemen 1 und 2 verbinden, noch die Elektrolytbrücke sind der Übersichtlichkeit wegen in die Fig. 1 eingetragen worden. Das Prinzip der chemi­ schen Reaktionen im Gäransatz (Reaktor 1) ist in Fig. 2 dargestellt.

Organische Feststoffe oder Flüssigkeiten werden in Reaktor 1 zu wasserlöslichen re­ duzierenden Verbindungen wie Alkoholen, Aldehyden, organischen Säuren, Schwefelwasserstoff oder Ammoniak abgebaut oder in gasförmige brennbare Produkte wie Kohlenwasserstoffe, z. B. Methan, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff umgesetzt.

In der Gärkammer können demnach Biomüll, Biomasse, Kohle, Holzmehl, Papier, Gips, Kalk zusammen oder getrennt miteinander vergoren werden. Der Zusatz von karbonsaurem Kalk kann zur Pufferung, d. h. zum Abfangen der entstehenden Säure von Vorteil sein. Je nach Beschaffenheit des Biomülls ist aber der Zusatz von Kalk nicht erforderlich, weil der freigesetzte Ammoniak für eine entsprechende pH-Wert- Erhöhung sorgt. Schwermetallbeimengungen können in diesem System als Eisen-, Kupfer-, Blei- und weitere Metall-Sulfide gefällt werden.

Das entstehende Biogas kann im folgenden in Brennstoffzellen energieliefernd, wie in Fig. 3 gezeigt, genutzt werden. Die Elektroden können aus Kohle (Graphit) oder Metall (z. B. Eisen) bestehen. Zur besseren Zurückhaltung und Nutzung der Gase kann feinverteilter Braunkohlenstaub verwendet werden. Mit Kohle assoziierte Metalle können als Katalysatoren wirken. Zur Verbesserung der Katalysatorwirkung kann der Kohle auch metallionenreiche Kohlenasche zugegeben werden. Aus Gründen der Gleichgewichtslage kann dem Le Chatelier-Prinzip entsprechend Lauge im reduzierenden Raum (Fig. 3, links) und Säure (Fig. 3, rechts) eingebracht werden. Hierzu eignen sich auch Abfall- und Rückstandslaugen oder Säuren, etwa Asche- Eluate oder Dünnsäure.

Von großem Vorteil wäre aus Gründen der Raumersparnis und der Vergrößerung der wirksamen Oberflächen eine Ausführung von Elektrodensystemen und Brennstoffzellen im Halbmikro- oder Mikromaßstab. So könnten vor allem zahlreiche Einzelelemente zur Spannungserhöhung neben und hintereinandergeschaltet wer­ den (vgl. Zitteraal!). Das gilt im Prinzip auch für die bioelektrischen Brennstoffzellen, welche die Reaktoren 1 und 2 verbinden (nicht eingezeichnet).

Die Wirkungsgrade der Einzelelemente der Brennstoffzellen (Fig. 3) lassen sich auch prinzipiell durch Zufuhr energiereicher Strahlung, d. h. photochemische Aktivierung, oder durch Verwendung bestimmter Katalysatoren, d. h. durch chemische Aktivierung, erhöhen. Schließlich kann das Biogas und der Sauerstoff auch wiederholt durch die Brennstoffzellenserie geschickt werden (Fig. 1). Der aus Biomüll, Biomasse und an­ deren Zusätzen im Reaktor 1 entstehende Restschlamm kann getrocknet und im Kraftwerk verbrannt werden. Durch geeignete Trennverfahren können zuvor bedarfs­ weise auch Metallsulfide aus dem organischen Rückstand gelöst und die Metalle zurückgewonnen werden.

Die energetische Nutzung kann im Prinzip also vierstufig erfolgen:

• 1. Bioelektrische Brennstoffzellen durch Verknüpfung anaerober und aerober (bzw. reduzierender und oxidierender) Reaktionsräume (bioelektrische Nutzung).
• 2. Durch Umsetzung des entstandenen Biogases in chemischen Brennstoffzellen (galvanisches Element).
• 3. Biogasverbrennung.
• 4. Schlammverbrennung.

Je nach den Umständen kann auf die eine oder andere Nutzungsmöglichkeit verzich­ tet werden. Als wesentliches Kennzeichen sei aber ausdrücklich auf die Möglichkeit verwiesen, zur Gewinnung von Energie (z. B. Strom) mit hohem Wirkungsgrad eine Kombination bioelektrischer und chemischer Brennstoffzellen mit thermischen Verfahren zu nutzen, wobei gleichzeitig Abfälle, Rückstände und Reststoffe organi­ scher Art und gegebenenfalls anorganischer Art genutzt und unschädlich gemacht werden können. Die Produktion von elektrischer Energie aus Metallen, Eisen, Aluminium, Kupfer u. a. würde einen Teil der Energie, die zur Metallherstellung aufge­ bracht werden mußte (z. B. Elektrolyseverfahren), wieder zurückgewinnbar werden lassen (galvanische Elemente).

Mediatoren, das sind Substanzen, die als Redox-Systeme Elektronen oder Wasserstoff von den Zellen zu den Elektroden transportieren können oder Stoffe, die den Austritt von Reduktionsmitteln aus den Zellen (Exsudation) erleichtern oder er­ möglichen, können sowohl in den Reaktor 1 und Reaktor 2 (Seite A und Seite B) be­ darfsweise zugesetzt werden (Fig. 1). Je nach den Gegebenheiten (Art des Biomülls) ist dies nicht unbedingt erforderlich. Solche Mediatoren können organische Redox- Systeme wie Methylenblau oder anorganische wie Kaliumhexacyanoferrat (Blutlaugensalz) sein (PdN-B 8/41, Jg. 1992, 5-7).

Die Brennstoffzelltypen, die in Frage kommen, sollten solche sein, die mit Naturgas arbeiten (Spiegel 27/95 vom 3.7.95, S. 193). Ansonsten kann die Verwendung von Biogas mit Hilfe der MCFC ("Molten Carbonate Fuel Cell") mit Internem Reforming ermöglicht werden (RWE Energie, 14. Hochschultage Energie 29./30. Sept. 1993, Tagungsbericht Essen, S. 97-111).

Das Ziel, biologische und thermische Verfahren bei der Bioabfallverwertung so zu kombinieren, daß ein hoher Nutzungsgrad angestrebt wird (RWE Verbund 170, Juni 95, S. 175), kann durch Kombination von bioelektrischen und chemischen Brennstoffzellen erreicht werden.

Der Reaktor 2 kann ein Sauerstoff-enthaltendes oder Sauerstoff-produzierendes System sein, also etwa eine Photosynthese-betreibende Algen- oder Wasserpflanzenkultur. In Abwesenheit von Sauerstoff können auch bestimmte Mikroorganismen Halobakterien, Purpurbakterien, phototrophe Schwefelbakterien oder grüne Bakterien, die ohne Sauerstoff auskommen, jedoch Elektronen zur Herstellung von reduzierten Stoffwechselprodukten verbrauchen, verwendet werden (Hausmann/Kremer, Extremophile, VCH, Weinheim, 1994).

Im Prinzip ist es auch möglich, die Anlage (Reaktor 2) statt mit Sauerstoff mit Schwefel oder Sulfat zu betreiben, wobei elementarer Schwefel und Sulfat Oxidationsmittel sind. Damit ist eine Annäherung an natürliche Verhältnisse auf der Erde, die Leben ohne Sauerstoff ermöglichten, denkbar. Hierzu ist es erforderlich, Mikroorganismen einzusetzen, die Schwefelverbindungen umsetzen. Dies tun bereits schon Hefen, aber auch eine Vielzahl mariner und nicht-mariner Mirkoorganismen (Anaerobier).

Schließlich können als elektronenverbrauchende Systeme auch sonstige chemische Oxidationsmittel wie Sulfat, Nitrat, Carbonat, dreiwertiges Eisen - etwa als Hexacyanoferrat - oder Protonen eingesetzt werden.

Bei Verwendung von Protonen bzw. starken Säuren am Plus-Pol kann auf Seite B sogar elementarer Wasserstoff entstehen, der verbrannt werden (thermische Verwertung) oder Brennstoffzellen zugeführt werden kann (elektrische Verwertung).

Es besteht auch die Möglichkeit, das Kohlendioxid, das als Restgas im Gärreaktor (Seite A) gebildet wird und nach Nutzung der reduzierenden Gase übrig bleibt, dem Photosynthesereaktor (Seite B) zuzuführen.

Ebenso können Nährsalze aus Reaktor 1 kontrolliert dem aeroben System zur Förderung des Algen- oder Wasserpflanzenwachstums in Reaktor 2 zugeführt wer­ den, so daß ein den natürlichen Verhältnissen entsprechender Stoff- und Energiekreislauf entsteht.

Claims (14)

1. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß organische Stoffe (organische Reduktionsmittel), Biomüll oder Biomasse aller Art (regenerative Energieträger), aber auch fossile Energieträger, Kohle (z. B. Braunkohle aber auch Steinkohle) Erdölprodukte, Kunststoffabfall unter dem Einsatz gärender und dissimilierender reduzierender Mikroorganismen in Gegenwart von Gips (REA-Gips), bedarfswei­ se von Nitraten oder anderer Stickstoffverbindungen, gegebenenfalls von Kohle, z. B. (nasser) Braunkohle (fein vermahlen oder als Staub), Steinkohle, von Ruß, und Metallschrott (anorganische Reduktionsmittel), z. B. zerkleinertes Alteisen oder Aluminium, anaerob abgebaut werden und die entstehenden gasförmigen und gelösten Reduktionsmittel als Elektronendonatoren zur Erzeugung einer elektrischen Spannung - Minuspol (Anode) einer "Brennstoffzelle" oder eines galvanischen Elements (Seite A) - und zur Gewinnung von Biogas (Methan, Wasserstoff und andere) verwendet werden (anaerobes Verfahren).

2. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß wie bei der Atmung ("kalte" Verbrennung im wäßrigen System) Sauerstoff zugeführt oder von photosynthetisch aktiven Organismen (Wasserpflanzen, Algen, Cyanophyceen, Cyanobakterien) erzeugt wird (aerobes Verfahren) und außer dem Sauerstoff auch andere Oxidationsmittel (Sulfat, Nitrat, Carbonat, Protonen, dreiwertiges Eisen, Mediatoren) als Elektronenakzeptoren etwa in Abwesenheit von Sauerstoff und in Gegenwart geeigneter Mikroorganismen, etwa von Halobakterien , Purpurbakterien, von phototrophen Schwefelbakterien oder grünen Bakterien zur Erzeugung einer elektrischen Spannung - Pluspol einer "Brennstoffzelle" (Seite B) - verwendet werden (anaerobes Verfahren).

3. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß nach Anspruch 1 zumindest zur Erzeugung eines negativen Pols (Anode, Reduktion, Seite A) biologische Systeme (Mikroorganismen, Bakterien, Archaebakterien, Pilze, Hefen), insbeson­ dere sulfatreduzierende oder thermophile oder halophile Mikroorganismen (Extremophile) mariner Herkunft (Tiefsee) oder transgene Mikroorganismen, denen gentechnisch z. B. Gene für den Abbau ansonsten schwer abbaubarer Stoffe (Kohle, Kunststoffe, Erdölprodukte, Halogenkohlenwasserstoffe) übertra­ gen wurden, verwendet werden und nach Anspruch 2 zur Erzeugung eines posi­ tiven Pols (Kathode, Oxidation) (Seite B) sauerstoffproduzierende grüne Pflanzen oder Algen, Süßwasseralgen oder Salzwasseralgen (etwa z. B. Mikroalgen wie Haematococcus oder halophile oder halotolerante Algen wie Dunaliella) auch in Kombination mit aeroben chemotrophen Bakterien oder wahlweise (anaerob) Halobakterien eingesetzt und deren Photosynthese energetisch genutzt (voll biologisches Verfahren), nur Luftsauerstoff zugeführt wird oder überhaupt nur nichtbiologische chemische Prozesse auf Seite B (Kathode) beteiligt sein können (halbbiologisches Verfahren).

4. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in einem Elektrodenraum (Minuspol, Seite A) wahl- oder bedarfsweise basische Stoffe wie Kalke, Asche, Ammoniak und im anderen Elektrodenraum (Pluspol, Seite B) Säuren wie Kohlendioxid CO₂ und Abfallsäuren wie Schwefelsäure (dosiert) oder Puffersubstanzen in beiden Elektrodenräumen bedarfsweise zugesetzt werden, um das Gleichgewicht der chemischen Reaktionen günstig zu beeinflussen.

5. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß durch Parallel-, Reihen- und Hintereinanderschaltung von Einzelelementen in verschiedenen in Frage kom­ menden Ausführungen, z. B. gekammerte, unterteilte Becken (auch in Großanlagen), höhere Spannungen und Stromstärken, z. B. für Kraftwerks­ anlagen, erzeugt und auch verschiedenartige Spannungselemente miteinander kombiniert werden können.

6. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden Kohle (Graphit) oder Metallelektroden (z. B. Eisen) in Frage kommen, die gegebenenfalls zur Oberflächenvergrößerung, zur Bindung von Schadstoffen, von lipophilen und hydrophilen Substanzen, insbesondere von Gasen (Reduktionsmitteln, Seite A) und damit zur Erhöhung der Spannung oder der Stromstärke unter Nutzung der in der Kohle enthaltenen Katalysatorwirkung Braunkohlenstaub, Steinkohlen­ staub, Ruß, Graphit - auch nach Zumischung feinverteilten Metalls - eingesetzt wird.

7. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Metallen als Elektroden die Energie galvanischer Elemente (Lösungstension nichtedler Metalle, Abscheidungstendenz von edleren Schwermetallionen) oder die Energie, die sich bei Verwendung verschiedener Elektroden z. B. Metall und Graphit ergibt und bedarfsweise die Energie von Gradienten (Konzentration, pH-Wert, Wärme) mitgenutzt wird.

8. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Polarisation der entstandene Wasserstoff unter anaeroben Bedingungen in Gegenwart von Sulfat oder Nitrat mit Hilfe von Katalysatoren oder reduzierenden Mikroorganismen (z. B. Desulfovibrio als Sulfatatmer) zu löslichem Ammoniak und Schwefelwasserstoff umgesetzt wird und die entstandenen Stoffe zum Teil eng weder durch die entstandene Säure neutralisiert, als Metallsulfide gefällt oder am Minuspol (Seite A) sofort unter Elektronenabgabe reoxidiert werden, und der Wasserstoff aufgefangen oder anderweitig genutzt wird.

9. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise die unter anaeroben, redu­ zierenden Bedingungen (Seite A) anfallenden Stoffe, Kohlendioxid CO₂, organi­ sche Säuren, Salze, kontrolliert dem (aeroben) oxidierenden System (Seite B) zugeführt werden, so daß ein Stoffkreislauf (Recycling) entsteht, der im Prinzip natürlichen Verhältnissen (Zelle, Ökosysteme) entspricht, emissions- und abfallarm und deshalb umwelt- und klimaschonend funktioniert und die von Pflanzen und Mikroorganismen gebildeten Stoffe als Roh- und Brennstoffe photo­ synthetisch oder chemosynthetisch (z. B. CO₂-Assimilation) biotechnisch wieder­ verwertet werden können, indem sie erneut dem System zugeführt werden, wobei letztlich die in organischen Verbindungen gespeicherte Sonnenenergie (Solarenergie) oder die elektrische Energie, die zur Metallgewinnung (z. B. von Aluminium und Eisen) eingesetzt wurde, wieder genutzt wird.

10. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß wahl- oder bedarfsweise schadstoff­ belastetes Material (Müll, Abfälle, Rückstände, kontaminierte Bodensubstrate) mit Hilfe von Mikroben (z. B. sulfatreduzierende Bakterien oder Cyanobakterien mariner Herkunft oder genetisch veränderte Organismen) etwa unter Zusatz von Gips, Biomüll, Braunkohle, Klärschlamm oder Schlamm aus dem Meer oder son­ stigen Gewässern dekontaminiert wird, wobei aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe, Nitroverbindungen (z. B. TNT) und andere abgebaut werden und gleichzeitig Schwermetalle durch Elektronenabgabe (etwa aus Schrott) oxidiert und als Sulfide gefällt werden.

11. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise Mediatoren wie Braunkohle, Eisenionen, Phenazinmethosulfat, Methylenblau oder andere Redox- Systeme zur Verstärkung der Wasserstoff- oder der Elektronenübertragung und zur Erhöhung der Stromstärke verwendet werden.

12. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß bedarfsweise zur Verstärkung der Sauerstoffzufuhr am positiven Pol (Seite B) Luft oder Sauerstoff zugeführt wird, falls photosynthetisch gebildeter Sauerstoff nicht verfügbar ist oder ausreicht oder Sauerstoff über feuchte Oberflächen (Kohle, Metall, organische Stoffe, Cytochrome oder Cytochromanaloga) zugeführt wird.

13. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zur Kombination von reduzierendem (Seite A) und oxydierendem System (Seite B) verschiedene Elektrolytbrücken (z. B. Gips), poröse Materialien oder sonstige Verbindungen verwendet werden, die biologisch unproblematisch sind, das heißt, das Wachstum und den Stoffwechsel der eingesetzten Organismen nicht nachhaltig beeinträchtigen.

14. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage bedarfsweise in Kombination mit Akkumulatoren oder Kondensatoren zur Vergrößerung von Ladung und Stromstärke sowie zur Speicherung elektrischer Energie, mit einer Biogas- oder Biomasse- und Schlammverbrennungsanlage zur thermischen Verwertung der im Überschuß produzierten Mikroorganismen oder mit Pumpsystemen zur schnelle­ ren Umsetzung der biochemischen Vorgänge etwa in Kombination mit einem Kraftwerk oder einer Windkraftanlage betrieben wird.