EP3010997A1 - Verfahren zur speicherung von überschussenergie - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the utilization of gases comprising CO and / or CO 2, comprising the process steps:
- Power-producing power plants produce excess electricity when there is a lack of power. This must be stored accordingly in another form.
- Pumped storage built to store excess electricity.
- pumped storage units have a large storage capacity but also a large space and space requirement and represent not inconsiderable interference in ecosystems and landscape.
- Another approach is to use electrical energy in large batteries, in particular
- Fuel is continuously and can not be throttled, such as power plants that draw their energy from the exhaust streams of industrial plant such as steel mills.
- This method has the disadvantage that heat as an energy source undergoes high losses due to lack of insulation and correspondingly requires a timely decrease. Likewise, heat is poorly transportable, so that the heat consumer must be located in the immediate vicinity of the power plant.
- the object of the present invention is to provide a possibility for fuel-based power plants to store excess energy.
- the subject matter of the present invention is therefore a process for the utilization of gases containing CO and / or CO 2, comprising the process steps:
- An advantage of the present invention is that the energy storage of the
- Another advantage of the present invention is that the energy storage of the excess energy can be suspended if necessary and thus can be carried out discontinuously in time.
- Another advantage of the present invention is that the energy storage of the excess energy has low space and area requirements.
- a further advantage of the present invention is that the energy storage can be carried out with relatively little investment, since no sterile technology is necessary for the fermentation
- Another advantage of the present invention is that the energy storage devices are freely scalable in their dimensions.
- Yet another advantage of the present invention is that the energy storage device can handle highly fluctuating energy flow and thus represents an ideal buffer.
- Process step B) is carried out while process step C) is carried out.
- the size of the respective gas streams can be continuously varied and adjusted, preferably to the extent that it requires the amount of excess energy.
- the entire gas stream can temporarily be used to produce organic substance, which corresponds to a preferred process according to the invention, which is characterized in that process step B) is not carried out while process step C) is carried out.
- the entire gas flow can be used for conversion into electrical energy, which is a preferred
- Process step C) is not carried out while process step B) is carried out.
- process steps B) and C) can be repeated in the process according to the invention, preferably repeated several times, which corresponds to a preferred process according to the invention, characterized in that process step D) is carried out.
- the gas containing CO and / or CO 2 contains a reducing agent, preferably hydrogen.
- the gas containing CO and / or CO 2 is preferably selected from the group comprising synthesis gas, metallurgical gas, top gas blast furnace gas, flue gas from the combustion of solid fuels or wastes, off-gas of a petroleum cracker and gasification of cellulosic materials or coal , volatile substances.
- blast furnace gas from a blast furnace in steelmaking is particularly suitable for the biotechnological reaction and thus preferably used according to the invention.
- process step C) can be operated with high yield, since this gas stream has an ideal ratio of CO, CO 2 and hydrogen.
- method step A) is characterized in that it comprises the use of incompletely combusted fuel from a coal or gas-fired power plant.
- Process step B) by means of a gas turbine and / or steam turbine process.
- An inventively preferred method is characterized in that in step C) the organic substance is selected from organic substances comprising at least three, in particular at least four carbon atoms, preferably 3 to 26, in particular 4 to 20 carbon atoms, which in particular at 25 ° C and 1 bar pressure are liquid.
- the organic substance in process step C) is selected from the group 1 butanol, isobutanol, butanediol, propan-2-ol, acetone, 1-propene, butene,
- alkanoic acids derivatives of the alkanoic acids
- alkanoic acid esters the omega-hydroxylated alkanoic acids
- omega-aminated alkanoic acids the alkanoic acid amides
- diacids and diamines characterized in that
- Process step C) acetogenic bacteria are used.
- acetogenic bacteria has the technical effect that the gas stream for process step C) can be temporarily reduced to a minimum, and even completely interrupted. This type of bacteria, which are used to survive in the most adverse conditions, can survive for a long time in the fermenter without any special
- acteogenic bacteria has the technical effect that resulting surplus energy can be used immediately, as the bacteria immediately resume their metabolism when reacting the gas flow and convert the gas to organic matter.
- acetogenic bacterium is understood to mean a bacterium capable of carrying out the Wood-Ljungdahl metabolic pathway and thus being able to convert CO and C0 2 and hydrogen to acetate.
- acetogenic bacterium also includes those bacteria that originally do not have a Wood-Ljungdahl metabolic pathway as a wild-type, but only because of this
- Such bacteria may be, for example, E. coli cells.
- acetogenic bacteria used in method step C) have an increased enzyme activity of a Wood-Ljungdahl metabolic pathway enzyme due to genetic modification compared to their wild type.
- Preferred Wood-Ljungdahl metabolic pathway enzymes in this context are selected from CO dehydrogenases and acetyl CoA
- acetogenic bacteria are used selected from the group comprising Clostridium autothenogenum DSMZ 19630, Clostridium ragsdahlei ATCC no. BAA-622, Clostridium autoethanogenum, Moorella sp HUC22-1, Moorella thermoaceticum, Moorella thermoautotrophica, Rumicoccus productus, Acetoanaerobum, Oxobacter pennigii, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina acetivorans, Carboxydothermus, Desulfotomaculum kutznetsovii, Pyrococcus, Peptostreptococcus, Butyribacterium
- Lactobacillus delbrukii Propionibacterium acidoprprionici, Proprionispera arboris,
- Anaerobic spirillum succiniproducens Bacterioides amylophilus, Becterioides ruminicola, Thermoanaerobacter kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium notera, Clostridium aceticum, Butyribacterium methylotrophicum, Moorella thermoacetica, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ATCC 29797 and
- Clostridium carboxidivorans in particular ATCC BAA-624.
- the bacterium is Clostridium carboxidivorans, especially those strains such as "P7" and "P1 1". Such cells are described, for example, in US 2007/0275447 and US 2008/0057554.
- Another particularly suitable bacterium is Clostridium ljungdahlii, in particular strains selected from the group comprising Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii C0I and Clostridium ljungdahlii 0-52, these are described in WO
- ethanol is formed in process step C) and, as microorganism, alkali baculum bacchi ATCC BAA-1772, Moorella sp. HUC22-1, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdahlei, or
- Corresponding instructions for carrying out process step A) are obtained, for example, from Saxena et al. Clostridium ragsdalei. By the ethanologenic acetogen. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology Volume 38, Number 4 (201 1), 513-521, Younesi et al. Ethanol and acetate production from synthesis gas via fermentation processes using anaerobic bacterium clostridium Ijungdahlii. Biochemical Engineering Journal Volume 27, Issue 2, 15 December 2005, Pages 1 10-1 19,
- ethyl acetate is formed in process step C) and an acetogenic bacterium is used.
- butanol is formed in process step C) and an acetogenic bacterium is used.
- hexanol is formed in process step C and an acetogenic bacterium is used.
- 2,3-butanediol is formed in process step C) and an acetogenic bacterium is used.
- isopropanol is formed in process step C) and an acetogenic bacterium is used.
- a guide for carrying out method step C) of this alternative preferred embodiment is described in US20120252083.
- 2-hydroxyisobutyric acid is formed in process step C) and an acetogenic bacterium is used.
- Process step C) is carried out using acetogenic bacteria, preferably under anaerobic conditions.
- step C) is carried out under aerobic conditions.
- process step C) a detonating gas bacterium is used.
- oxyhydrogen bacteria also has the technical effect that the gas stream for process step C) can be temporarily reduced to a minimum, and even completely interrupted. These types of bacteria, which are used to surviving in the most adverse conditions in nature, can stay in the fermenter for a long time without any special care or food.
- oxyhydrogen bacteria has the technical effect that arising surplus energy can be used immediately, because the bacteria immediately resume their metabolism when reacting the gas flow and convert the gas to organic matter.
- explosive gas bacterium is meant a bacterium capable of growing chemolithoautotrophically and of H 2 and C0 2 in the presence of oxygen
- the oxyhydrogen bacteria used in the process according to the invention are preferably those which already represent oxyhydrogen bacteria as wild-type.
- Oxy-gas bacteria preferably used according to the invention are selected from the genera Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga, Hydrogenophilus,
- Methanobrevibacter Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas,
- Rhodopseudomonas Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, cupriavidus being particularly preferred
- Cupriavidus necator also known as Ralstonia eutropha, Wautersia eutropha, Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas eutropha
- Achromobacter ruhlandii Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidovorax facilis
- Alcaligenes hydrogenophilus Alcaligenes latus
- Anabena cylindrica Anabena oscillaroides, Anabena sp., Anabena spiroides, Aquifex aeolicus, Aquifex pyrophilus
- Arthrobacter strain 11X Bacillus schlegelii, Bradyrhizobium japonicum, Cupriavidus necator, Derxia gummosa, Escherichia coli, Heliobacter pylori, Herbaspirillum autotrophicum, Hydrogenobacter hydrogenophilus, Hydrogenobacter thermophilus, Hydro
- Treponema monia, Variovorax paradoxus, Xanthobacter autrophicus, Xanthobacter flavus in particular from the strains Cupriavidus necator H 16, Cupriavidus necator H1 or Cupriavidus necator Z-1.
- process step C) 2-hydroxyisobutyric acid is formed and a gas-bubble bacterium is used.
- a guide for carrying out method step C) of this alternative preferred embodiment is described in EP12173010.
- 1-butanol is formed in process step C) and an oxyhydrogen bacterium is used.
- propan-2-ol is formed in process step C) and a gas-blast bacterium is used.
- acetone is formed in process step C) and an oxyhydrogen bacterium is used.
- 1-propene is formed in process step C) and a gas-blast bacterium is used.
- butene is formed in process step C and a gas-blast bacterium is used.
- a guide for carrying out method step C) of this alternative preferred embodiment is described in EP13172030.2.
- Another object of the present invention is an apparatus for carrying out the method according to the invention comprising:
- a gas source for continuously providing a CO and / or C0 2 containing gas stream
- the device according to the invention is preferably characterized in that the gas source is a blast furnace used in steelmaking, which continuously supplies blast furnace gas as the gas stream.
- the power generation device preferably comprises a generator driven by at least one turbine.
- the turbine is preferably a gas turbine which can be operated completely or with the addition of further fuels with the gas stream.
- the power generation device preferably comprises a boiler for steam generation fired with the gas flow alone or with the admixture of further fuels, and the turbine is a steam turbine operable with the steam from the boiler.
- the device according to the invention is characterized in that the fermenter harbors acetogenic bacteria and / or oxyhydrogen bacteria.
- the device according to the invention is preferably characterized in that the means for selectively charging the fermenter and / or the Stromstromseinrichtug with gas flow comprising these apparatuses connecting lines and actuators.
- the actuators and the lines are adapted to apply the gas stream to the fermenter and the power conversion device in parallel and / or serially and / or individually.
- the device according to the invention is characterized in that all components of the device are incorporated into a Verbundortort.
- Another object of the present invention is the use of the
- the use according to the invention is preferably used for the production of electrical energy and / or for the production of at least one organic substance.
- FIG. 1 shows a device according to the invention for carrying out the method (schematically).
- Figure 1 shows the schematic structure of a device according to the invention for
- a gas source 1 in the form of a conventional blast furnace for steelmaking continuously delivers overhead gas at its top, which is withdrawn via a corresponding gas line 2.
- the blast furnace gas produced during steelmaking is a flammable dome gas, with a nitrogen content of about 45-60% and a CO content in the range of 20-30%. Furthermore, the top gas still contains about 20 - 25% C0 2 and 2 - 4% H 2 .
- the blast furnace gas is passed to an actuator 3. This is a known per se valve, which allows to direct the gas flowing from the gas source 1 selectively via a gas line 4 in the direction of a power conversion device 5 and / or via a gas line 6 in the direction of a fermenter 7.
- the actuator 3 allows it In addition, the actuator 3 occupy intermediate positions, which allow a simultaneous admission of the power conversion device 5 and the fermenter 7 with the gas flow in equal parts or to
- the gas which has reached the power conversion device 5 is converted into electrical energy by means of a conventional gas turbine and / or steam turbine process known per se, which energy is drawn off from the power conversion device 5 as electric current 8. If a steam turbine is used, it can only be operated with the gas from the gas source 1 or with the addition of external fuels. If a steam turbine process is used, the boiler for steam generation is also optionally with the gas from the gas source 1 or in addition with the help of external
- the bacteria 9 are preferably acetogenic bacteria or oxyhydrogen bacteria. Suitable bacteria and fermentative processes for the reaction of CO and / or CO 2 contained gases in organic substances are well known from the above-cited prior art and therefore need not be described in more detail.
- the C. necaior strain was first streaked on an LB-R agar plate with antibiotic to study the formation of 3-hydroxybutyric acid and incubated for 3 days at 30 ° C.
- the strain was cultured in 200 ml H 16 mineral medium (modified according to Schlegel et al., 1961) in pressure-resistant 500 ml glass bottles.
- the medium consisted of Na 2 HP0 4 x 12 H 2 0 9.0 g / l; KH 2 P0 4 1, 5g / l; NH 4 Cl 1, 0 g / l; MgS0 4 * 7H 2 0 0.2 g / l; FeCl 3 * 6H 2 0 10 mg / l; CaCl 2 * 2 H 2 0 0.02 g / l; Trace element solution SL-6 (Pfennig, 1974) 1 ml / l.
- the trace element solution was composed of ZnS0 4 x 7 H 2 0 100 mg / l, MnCl 2 x 4 H 2 0 30 mg / l, H 3 BO 3 300 mg / l, CoCI 2 x 6 H 2 0 200 mg / l, CuCl 2 ⁇ 2 H 2 O 10 mg / l, NiCl 2 ⁇ 6 H 2 O 20 mg / l, Na 2 Mo 4 ⁇ 2 H 2 O 30 mg / l together.
- the pH of the medium was adjusted to 6.8 by addition of 1 M NaOH.
- the flask was inoculated with a single colony from the incubated agar plates and cultivated chemolithoautotrophically on a N 2 / H 2 / O 2 / C0 2 mixture (80% / 10% / 4% / 6% ratio).
- the culture was incubated in an open water bath shaker at 28 ° C, 150 rpm and a fumigation of 1 l / h for 137 h to an OD> 1, 0. Gas was introduced into the medium through a gassing frit having a pore size of 10 ⁇ m, which was attached to a gassing tube in the middle of the reactor.
- the cells were then centrifuged off, washed with 10 ml of washing buffer (0.769 g / L NaOH, at least 1 h at 28 ° C. and 150 rpm with a gas containing 6% C0 2 ) and again centrifuged off.
- washing buffer 0.69 g / L NaOH, at least 1 h at 28 ° C. and 150 rpm with a gas containing 6% C0 2
- T (M) SP Sodium trimethylsilylpropionate
- the wild-type strain Clostridium ljungdahlii is cultured autotrophically. It was used a complex medium consisting of 1 g / l NH 4 Cl, 0.1 g / l KCl, 0.2 g / l MgS0 4 x 7 H 2 0, 0.8 g / l NaCl, 0.1 g / l KH 2 P0 4 , 20 mg / l CaCl 2 x 2 H 2 O, 20 g / l MES, 1 g / l yeast extract, 0.4 g / L L-cysteine HCl, 20 mg / l nitrilotriacetic acid, 10 mg / l MnSO 4 x H 2 O, 8 mg / l (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 x 6 H 2 0, 2 mg / l CoCl 2 x 6 H 2 0, 2 mg / l ZnSO 4 x 7 H 2 O
- the reactor was seeded with a starting OD of 0.1 with autotrophically grown cells.
- the preculture was carried out continuously in a 1 L bottle with 500 ml of the above-mentioned medium.
- the gassing of the culture with synthesis gas (67% H 2 , 33% C0 2 ) was carried out continuously with a volume flow of 3 L / h via a gassing frit of pore size 10 ⁇ .
- the cells were anaerobically centrifuged in the late logarithmic growth phase at an OD of 0.64 (4500 rpm, 4300 g, 20 ° C, 10 min). The supernatant was discarded and the cell pellet resuspended in 10 mL of the above medium.
- the prepared cells were then used to inoculate the actual experiments.
- T (M) SP Sodium trimethylsilylpropionate
- Pressure decrease ⁇ a continuous decrease in pH, an increase in OD and an increase in the products acetate, ethanol.
- a cultivation with the bacterium Morella thermoautotrophica was performed.
- the bacterium absorbs H 2 and C0 2 from the gas phase and uses it for cell growth and for the formation of acetate and ethanol.
- pressure-resistant glass bottles which can be hermetically sealed with a butyl rubber stopper, were used. All
- thermoautotrophica Cultivation steps involving Morella thermoautotrophica cells were performed under anaerobic conditions.
- 2 mL each of Cryocultura anaerobically in 2 x 200 mL medium (ATCC1754 medium: pH 6.0, 20 g / L MES, 1 g / L yeast extract, 0.8 g / L NaCl ; 1 g / LN H4CI; 0.1 g / L KCl; 0.1 g / L KH 2 P0 4 ; 0.2 g / L MgSO 4 ⁇ 7 H 2 O; 0.02 g / L CaCl 2 ⁇ 2 H 2 O; 20 mg / L nitrilotriacetic acid; 10 mg / L MnSO 4 ⁇ H 2 O; 8 mg / L (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 ⁇ 6 H 2 O; 2 mg / L CoCl 2 ⁇ 6 H 2 O; 2 mg / L ZnSO
- folic acid 100 glL pyridoxine HCl; 50 ⁇ l thiamine HCl x H 2 O; 50 ⁇ l of riboflavin; 50 glL nicotinic acid; 50 g / L Ca-pantothenate; 1 mg / L vitamin B 12 ; 50 mg / L p-aminobenzoate; 50 mg / L lipoic acid; about 67.5 mg / L NaOH; 100 mg / L L-cysteine hydrochloride).
- the gas phase was exchanged after 24 h by the premixed gas mixture of the composition 67% H 2 , 33% C0 2 , in another after 48 h.
- the gas phase of the third culture overlaid with 100% N 2 was not replaced by the gas phase.
- T (M) SP Sodium trimethylsilylpropionate
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung von Gasen enthaltend CO und/oder CO2 umfassend die Verfahrensschritte: A) Bereitstellen eines Gasstroms des Gases enthaltend CO und und/oder CO2, B) Umwandlung mindestens eines Teils des Gasstroms in elektrische Energie, C) Umsetzen mindestens eines Teils des Gasstroms zu mindestens einer organischen Substanz in einem biotechnologischen, fermentativen Verfahren und gegebenenfalls D) Wiederholen der Verfahrensschritte B) und C).
Description
Verfahren zur Speicherung von Überschussenergie
Gebiet der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung von Gasen enthaltend CO und/oder C02 umfassend die Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen eines Gasstroms des Gases enthaltend CO und und/oder C02,
B) Umwandlung mindestens eines Teils des Gasstroms in elektrische Energie,
C) Umsetzen mindestens eines Teils des Gasstroms zu mindestens einer organischen Substanz in einem biotechnologischen, fermentativen Verfahren und gegebenenfalls
D) Wiederholen der Verfahrensschritte B) und C).
Stand der Technik
Stromproduzierende Kraftwerke produzieren bei mangelnder Abnahme überschüssigen Strom. Dieser muss entsprechend in anderer Form gespeichert werden.
So werden z.B. Pumpspeicher gebaut, um Überschusselektrizität zu speichern. Pumpspeicher haben zwar eine große Speicherkapazität aber auch einen großen Raum und Flächenbedarf und stellen nicht unerhebliche Eingriffe in Ökosysteme und Landschaft dar.
Ein weiterer Ansatz ist es elektrische Energie in großen Batterien, insbesondere
Lithiumionenbatterien zu speichern. Diese Technologie erfordert jedoch sehr hohe Investitionen in zusätzliche Batterien, deren Abschreibung den Vorteil Nutzung des günstigen
Überschussstromes wieder zunichtemacht.
Andere Alternativen sind die Umwandlung von Strom in Wasserstoff, der dann chemisch C02 in Methan umwandelt. Das Gas dient dann als Energiespeicher. Auch hierfür sind erhebliche Investitionen in die chemische Umwandlung zu tätigen. Außerdem besitzt Methan eine geringe Energiedichte und ist nicht gut transportierbar, da es als Gas vorliegt und entweder einer Pipeline oder einer teuren Verflüssigung bedarf. Eine höhere Dichte kann durch die chemische Umwandlung in Flüssigkeiten erzielt werden. Diese Verfahren enden jedoch entweder in relativ niederwertigen Stoffmischungen oder in Methanol, das wegen seines hohen Sauerstoffanteils auch nicht gut als Energieträger geeignet ist.
Für Kraftwerke, die auf Brennstoffen basieren, besteht neben der Möglichkeit, den Strom selber zu wandeln, auch die Option, die Energie des Brennstoffs vor der Stromerzeugung umzulenken, und diese Energie zur Wärmeerzeugung und anschließendes Heizen zu nutzen.
Solch ein Verfahren wird bisher insbesondere dort eingesetzt, wo die Anlieferung des
Brennstoffs kontinuierlich erfolgt und nicht gedrosselt werden kann, wie zum Beispiel bei Kraftwerken, die ihre Energie aus den Abgasströmen industrieller Fertigungsanlagen, wie beispielsweise Stahlwerken, beziehen.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass Wärme als Energieträger hohe Verluste durch mangelnde Isolierung erfährt und entsprechend einer zeitnahen Abnahme bedarf. Ebenso ist Wärme schlecht transportrietbar, so dass der Wärmeabnehmer in unmittelbarer Nähe des Kraftwerks angesiedelt sein muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für auf Brennstoff basierende Kraftwerke eine Möglichkeit zu schaffen, Überschussenergien zu speichern.
Beschreibung der Erfindung
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das im Folgenden beschriebene Verfahren die der Erfindung gestellte Aufgabe zu lösen vermag.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verwertung von Gasen enthaltend CO und/oder C02 umfassend die Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen eines Gasstroms des Gases enthaltend CO und und/oder C02,
B) Umwandlung mindestens eines Teils des Gasstroms in elektrische Energie,
C) Umsetzen mindestens eines Teils des Gasstroms zu mindestens einer organischen
Substanz in einem biotechnologischen, fermentativen Verfahren und gegebenenfalls
D) Wiederholen der Verfahrensschritte B) und C). Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicherung der
Überschussenergie vor der Verstromung erfolgt, somit ein Umwandlungsschritt weniger erfolgt und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicherung der Überschussenergie bei Bedarf ausgesetzt werden kann und somit zeitlich diskontinuierlich durchgeführt werden kann.
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicherung der
Überschussenergie keiner nennenswerten Anlaufzeit bedarf, sondern sofort große
Überschussenergiemengen nach deren Auftreten verwerten kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicherung der Überschussenergie geringen Raum- und Flächenbedarf aufweist.
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Energiespeicher der
Überschussenergie eine hohe Energiedichte aufweist, und somit ein Transport der Energie bedeutend erleichtert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicherung mit relativ geringen Investitionen durchgeführt werden kann, da keine Steriltechnik für die Fermentation notwendig ist
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Energiespeicher der
Überschussenergie flüssig und somit leicht zu transportieren ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Energiespeicher in ihrer Dimensionierung frei skalierbar sind.
Noch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Energiespeicher mit stark schwankendem Energiefluss umgehen kann und somit einen idealen Puffer darstellt.
Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
Verfahrensschritt B) durchgeführt wird, während Verfahrensschritt C) durchgeführt wird.
Dies bedeutet, das gleichzeitig ein Teil des Gasstroms des Gases enthaltend CO und und/oder C02 zur Stromgewinnung genutzt wird, während ein anderer Teil zur Herstellung der organischen Substanz genutzt wird.
Die Größe der jeweiligen Gasströme kann dabei laufend variiert und angeglichen werden, bevorzugt in dem Maße wie es die Menge an Überschussenergie erfordert.
Im Extremfall kann gar temporär der gesamte Gasstrom zur Herstellung von organischer Substanz genutzt werden, was einem bevorzugten erfindungsgemäßem Verfahren entspricht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Verfahrensschritt B) nicht durchgeführt wird, während Verfahrensschritt C) durchgeführt wird.
Auf der anderen Seite kann auch bei einem hohen Strombedarf der gesamte Gasstrom zur Umwandlung in elektrische Energie genutzt werden, was einem bevorzugten
erfindungsgemäßem Verfahren entspricht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
Verfahrensschritt C) nicht durchgeführt wird, während Verfahrensschritt B) durchgeführt wird.
Die Verfahrensschritte B) und C) können in dem erfindungsgemäßen Verfahren wiederholt werden, bevorzugt mehrfach wiederholt werden, was einem bevorzugten erfindungsgemäßem Verfahren entspricht, dass dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt D) durchgeführt wird.
Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft ist, wenn das Gas enthaltend CO und/oder C02 ein reduzierendes Agens, bevorzugt Wasserstoff, enthält.
Dies hat den technischen Effekt, dass in Verfahrensschritt C) die benötigten Redoxäquivalente für das biotechnologische Verfahren bereits mit eingetragen werden.
Das Gas enthaltend CO und/oder C02 ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Synthesegas, Hüttengas, Gichtgas von Hochöfen, Rauchgas aus der Verbrennung von festen Brennstoffen oder Abfällen, Abgase eines Erdöl-Crackers und bei der Vergasung von zellulosehaltige Materialien oder von Kohle freigesetzte, flüchtige Stoffe.
Insbesondere gut geeignet für die biotechnologische Umsetzung und somit erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird Gichtgas aus einem Hochofen in der Stahlerzeugung.
Dies hat den technischen Effekt, dass Verfahrensschritt C) mit hoher Ausbeute betrieben werden kann, da dieser Gasstrom ein ideales Verhältnis CO, C02 und Wasserstoff aufweist.
In einer bevorzugten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Verfahrensschritt A) dadurch gekennzeichnet, dass er den Einsatz von nicht vollständig verbranntem Brennstoff eines Kohle- oder Gaskraftwerkes umfasst.
Zu diesem Zweck müssten konventionelle Kraftwerke dahingehend umgerüstet werden, dass diese die Brennstoffe in ihrem Verbrennungsgrad kontrolliert verbrennen können, bei
Stromproduktionsüberschuss würde der Brennstoff nicht vollständig zu C02 verbrannt, sondern partiell zu Synthesegas umgesetzt werden, welcher dann für Verfahrensschritt C) genutzt wird.
In einem erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren umfasst die Stromerzeugung in
Verfahrensschritt B) mittels eines Gasturbinen- und/oder Dampfturbinenprozesses.
Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt C) die organische Substanz ausgewählt ist aus organischen Substanzen umfassend mindestens drei, insbesondere mindestens vier Kohlenstoffatome, bevorzugt 3 bis 26, insbesondere 4 bis 20 Kohlenstoff atome, welche insbesondere bei 25 °C und 1 bar Druck flüssig sind.
Dies hat den technischen Vorteil, dass die Energiedichte in der organischen Substanz hoch ist und somit mehr Überschussenergie in einfach transportierbarer Form vorliegt.
Insbesondere bevorzugt ist die organische Substanz in Verfahrensschritt C) ausgewählt ist aus der Gruppe 1 -Butanol,lsobutanol, Butandiol, Propan-2-ol, Aceton, 1 -Propen, Buten,
Isobuttersäure, 2 Hydroxyisobuttersäure, 2 Hydroxyisobuttersäure-Methylester, geradkettige und verzweigte Alkansäuren, welche gegebenenfalls mindestens eine Doppelbindung enthalten können, und deren Derivaten wie beispielsweise Buttersäure, Hexansäure und deren Ester, sowie die entsprechenden Alkanole.
Unter dem Begriff„Derivate der Alkansäuren" werden insbesondere die reduzierten Formen der Alkansäure, Aldehyd und Alkohol, die Alkansäureester, die omega-hydroxylierten Alkansäuren, die omega-aminierten Alkansäuren, die Alkansäureamide und die Disäuren und Diamine verstanden. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in
Verfahrensschritt C) acetogene Bakterien eingesetzt werden.
Der Einsatz von acetogenen Bakterien hat den technischen Effekt, dass der Gasstrom für Verfahrensschritt C) temporär auf ein Minimum reduziert werden kann, ja sogar komplett unterbrochen werden kann. Diese Art von Bakterien, die es in der Natur gewohnt sind, unter widrigsten Verhältnissen zu überleben, können lange Zeit im Fermenter ohne besondere
Fürsorge und Nahrung verweilen. Zusätzlich bewirkt der Einsatz von acteogenen Bakterien den technischen Effekt, dass Entstehende Überschussenergie sofort verwertet werden kann, da die Bakterien bei Wiedereinsetzen des Gasstroms unverzüglich ihren Stoffwechsel wieder aufnehmen und das Gas zu organischer Substanz umsetzen.
Unter dem Begriff„acetogenes Bakterium" wird ein Bakterium verstanden, welches in der Lage ist, den Wood-Ljungdahl Stoffwechselweg durchzuführen und somit in der Lage ist, CO und C02 und Wasserstoff zu Acetat umzusetzen.
Der Begriff„acetogenes Bakterium" umfasst auch solche Bakterien, die ursprünglich als Wildtyp keinen Wood-Ljungdahl Stoffwechselweg aufweisen, sondern diesen erst aufgrund
gentechnischer Modifikation aufweisen. Solche Bakterien können beispielsweise E. coli Zellen sein.
Bevorzugt in Verfahrensschritt C) eingesetzte acetogene Bakterien weisen verglichen zu ihrem Wildtyp eine erhöhte Enzymaktivität eines Wood-Ljungdahl Stoffwechselwegenzyms aufgrund von gentechnischer Modifikation auf. Bevorzugte Wood-Ljungdahl Stoffwechselwegenzyme in diesem Zusammenahng sind ausgewählt aus CO-Dehydrogenasen und Acetyl-CoA
Synthetasen.
Acetogene Baktereien, welche C02 und/oder CO umsetzen, sowie geeignete Verfahren und Verfahrensbedingungen, die in Verfahrensschritt C) zum Einsatz kommen sind seit Langem bekannt. Solche Prozesse werden beispielsweise
in der WO9800558, WO2000014052, WO20101 15054
in Demier et al. Reaction engineering analysis of hydrogenotrophic production of acetic acid by Acetobacterium woodii. Biotechnol Bioeng. 201 1 Feb;108(2):470-4,
in Younesia et al. Ethanol and acetate production from synthesisgas via fermentation processes using anaerobic bacterium, Clostridium ljungdahlii. Biochemical Engineering Journal, Volume 27, Issue 2, Pages 1 10-1 19,
in Morinaga et al. The production of acetic acid from carbon dioxide and hydrogen by an anaerobic bacterium. Journal of Biotechnology, Volume 14, Issue 2, Pages 187-194, in Li Production of acetic acid from synthesis gas with mixed acetogenic microorganisms, ISSN 0493644938,
in Schmidt et al. Production of acetic acid from hydrogen and carbon dioxide by Clostridium species ATCC 2979. Chemical Engineering Communications, 45:1 -6, 61 -73,
in Sim et al. Optimization of acetic acid production from synthesis gas by chemolithotrophic bacterium - Clostridium aceticum using a Statistical approach. Bioresour Technol. 2008 May;99(8):2724-35,
in Vega et al. Study of gaseus Substrate fermentations CO conversion to acetate 1 Batch culture bzw. 2 continous culture. Biotechnology and Bioengineering Volume 34, Issue 6, pages 774, bzw. 785, September 1989,
in Cotter et al. Ethanol and acetate production by Clostridium ljungdahlii and Clostridium autoethanogenum using resting cells. Bioprocess and Biosystems Engineering (2009), 32(3), 369-380 und
in Andreesen et al. Fermentation of glucose, fructose, and xylose by Clostridium thermoaceticum. Effect of metals on growth yield, enzymes, and the synthesis of acetate from carbon dioxide. Journal of Bacteriology (1973), 1 14(2), 743-51 beschrieben.
Dem Fachmann bietet sich hieraus eine große Anzahl von ausführbaren Möglichkeiten zur Auslegung des Verfahrensschrittes C), die allesamt gut funktionieren.
Besonders bevorzugt werden in Verfahrensschritt C) acetogene Bakterien eingesetzt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Clostridium autothenogenum DSMZ 19630, Clostridium ragsdahlei ATCC no. BAA-622, Clostridium autoethanogenum, Moorella sp HUC22-1, Moorella thermoaceticum, Moorella thermoautotrophica, Rumicoccus productus, Acetoanaerobum, Oxobacter pfennigii, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina acetivorans, Carboxydothermus, Desulfotomaculum kutznetsovii, Pyrococcus, Peptostreptococcus, Butyribacterium
methylotrophicum ATCC 33266, Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyricum,
Laktobacillus delbrukii, Propionibacterium acidoprprionici, Proprionispera arboris,
Anaerobierspirillum succiniproducens, Bacterioides amylophilus, Becterioides ruminicola, Thermoanaerobacter kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium notera, Clostridium aceticum, Butyribacterium methylotrophicum, Moorella thermoacetica, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Clostridium ljungdahlii, Clostridium ATCC 29797 und
Clostridium carboxidivorans, insbesondere ATCC BAA-624. Ein besonders geeignetes
Bakterium ist Clostridium carboxidivorans, insbesondere solche Stämme wie "P7" und "P1 1 ". Solche Zellen sind beispielsweise in US 2007/0275447 und US 2008/0057554 beschrieben. Ein weiteres, besonders geeignetes Bakterium ist Clostridium ljungdahlii, insbesondere Stämme ausgewählt aus der Gruppe umfassend Clostridium ljungdahlii PETC, Clostridium ljungdahlii ERI2, Clostridium ljungdahlii C0I und Clostridium ljungdahlii 0-52, diese werden in der WO
98/00558 und WO 00/68407 beschrieben, sowie ATCC 49587, ATCC 55988 und ATCC 55989.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Ethanol gebildet und als Mikroorganismus Alkalibaculum bacchi ATCC BAA-1772, Moorella sp. HUC22-1 , Clostridium ljungdahlii, Clostridium ragsdahlei, oder
Clostridium autoethanogenum eingesetzt. Entsprechende Anweiseungen zur Durchführung des Verfahrensschrittes A) erhält man aus beispielsweise Saxena et al. Effect of trace metals on ethanol production from synthesis gas by the ethanologenic acetogen Clostridium ragsdalei.
Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology Volume 38, Number 4 (201 1 ), 513-521 , Younesi et al. Ethanol and acetate production from synthesis gas via fermentation processes using anaerobic bacteriumClostridium Ijungdahlii. Biochemical Engineering Journal Volume 27, Issue 2, 15 December 2005, Pages 1 10-1 19,
Sakai et al. Ethanol production from H2 and C02 by a newly isolated thermophilic bacterium, Moorella sp. HUC22-1. Biotechnology Letters Volume 26, Number 20 (2004), 1607-1612 und Abrini et al. Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide. Archives of Microbiology Volume 161 , Number 4 (1994), 345- 351 .
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Ethyl-Acetat gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der WO2012162321 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Butanol gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der US201 10236941 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Hexanol gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der US20100151543 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) 2,3-Butanediol gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der US20120252082 und WO2012131627 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Isopropanol gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der US20120252083 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) 2-Hydroxyisobuttersäure gebildet und ein acetogenes Bakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP12173010 beschrieben. Verfahrensschritt C) wird unter Einsatz von acetogenen Bakterien bevorzugt unter anaeroben Bedingungen ausgeführt.
Es ist aber auch möglich und stellt somit eine bevorzugte alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wenn Verfahrensschritt C) unter aeroben Bedingungen durchgeführt wird.
Hierunter ist zu verstehen, dass 02 während des Verfahrensschrittes C) anwesend ist.
Im Rahmen des Verfahrensschrittes C) kann beispielsweise durch Lufteintrag in den Fermenter
Sauerstoff zugeführt werden
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass in Verfahrensschritt C) ein Knallgasbakterium eingesetzt wird.
Der Einsatz von Knallgasbakterien hat ebenfalls den technischen Effekt, dass der Gasstrom für Verfahrensschritt C) temporär auf ein Minimum reduziert werden kann, ja sogar komplett unterbrochen werden kann. Diese Art von Bakterien, die es in der Natur gewohnt sind, unter widrigsten Verhältnissen zu überleben, können lange Zeit im Fermenter ohne besondere Fürsorge und Nahrung verweilen. Zusätzlich bewirkt der Einsatz von Knallgasbakterien den technischen Effekt, dass Entstehende Überschussenergie sofort verwertet werden kann, da die Bakterien bei Wiedereinsetzen des Gasstroms unverzüglich ihren Stoffwechsel wieder aufnehmen und das Gas zu organischer Substanz umsetzen. Unter dem Begriff„Knallgasbakterium" ist ein Bakterium zu verstehen, das in der Lage ist chemolithoautotroph zu wachsen und aus H2 und C02 in Gegenwart von Sauerstoff
Kohlenstoffgerüste mit mehr als einem C-Atom aufzubauen, wobei der Wasserstoff oxidiert und der Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor benutzt wird. Es können erfindungsgemäß
sowohl solche Bakterien eingesetzt werden, die von Natur aus Knallgasbakterien darstellen, oder aber auch Bakterien, welche durch gentechnische Modifikation zu Knallgasbakterien wurden, wie beispielsweise eine E. coli Zelle, die durch rekombinantes Einfügen der
notwendigen Enzyme in die Lage versetzt wurde, aus H2 und C02 in Gegenwart von Sauerstoff Kohlenstoffgerüste mit mehr als einem C-Atom aufzubauen, wobei der Wasserstoff oxidiert und der Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor benutzt wird. Bevorzugt handelt es sich bei den im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Knallgasbakterien um solche, welche bereits als Wildtyp Knallgasbakterien darstellen.
Erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Knallgasbakterien sind ausgewählt aus den Gattungen Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, , Aquifex, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga,, Hydrogenophilus,
Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera,
Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas,
Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus,
Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, wobei Cupriavidus besonders bevorzugt ist,
besonders aus den Spezies Cupriavidus necator (alias Ralstonia eutropha, Wautersia eutropha, Alcaligenes eutrophus, Hydrogenomonas eutropha), Achromobacter ruhlandii, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidovorax facilis, Alcaligenes hydrogenophilus, Alcaligenes latus, Anabena cylindrica, Anabena oscillaroides, Anabena sp., Anabena spiroides, Aquifex aeolicus, Aquifex pyrophilus, Arthrobacter strain 11X, Bacillus schlegelii, Bradyrhizobium japonicum, Cupriavidus necator, Derxia gummosa, Escherichia coli, Heliobacter pylori, Herbaspirillum autotrophicum, Hydrogenobacter hydrogenophilus., Hydrogenobacter thermophilus, Hydrogenobaculum acidophilum, Hydrogenophaga flava, Hydrogenophaga palleronii, Hydrogenophaga
pseudoflava, Hydrogenophaga taeniospiralis, Hydrogeneophilus thermoluteolus,
Hydrogenothermus marinus, Hydrogenovibrio marinus, Ideonella sp. 0-1, Kyrpidia tusciae, Metallosphaera sedula, Methanobrevibactercuticularis, Mycobacterium gordonae, Nocardia autotrophica, Oligotropha carboxidivorans, Paracoccus denitrificans, Pelomonas saccharophila, Polaromonas hydrogenivorans, Pseudomonas hydrogenovora, Pseudomonas thermophila, Rhizobium japonicum, Rhodococcus opacus, Rhodopseudomonas palustris, Seliberia carboxydohydrogena, Streptomyces thermoautotrophicus, Thiocapsa roseopersicina,
Treponema primitia, Variovorax paradoxus, Xanthobacter autrophicus, Xanthobacter flavus,
insbesondere aus den Stämmen Cupriavidus necator H 16, Cupriavidus necator H1 oder Cupriavidus necator Z-1 .
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) 2-Hydroxyisobuttersäure gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt. Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP12173010 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) 1 -Butanol gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP13172030.2 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Propan-2-ol gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP13172030.2 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Aceton gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP13172030.2 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) 1 -Propen gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP13172030.2 beschrieben.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt C) Buten gebildet und ein Knallgasbakterium eingesetzt.
Eine Anleitung zur Durchführung des Verfahrensschrittes C) dieser alternativ bevorzugten Ausführungsform ist in der EP13172030.2 beschrieben.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend:
a) eine Gasquelle zur kontinuierlichen Bereitstellung eines CO und/oder C02 enthaltenden Gasstroms;
b) eine Verstromungseinnchtung zum Umwandeln von aus der Gasquelle stammenden Gases in elektrische Energie;
c) einen Fermenter zum Umsetzen von aus der Gasquelle stammenden Gases in
mindestens eine organische Substanz;
d) und Mittel zum wahlweisen Beaufschlagen der Verstromungsanlage und/oder des
Fermenters mit dem Gasstrom aus der Gasquelle.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Gasquelle um einen in der Stahlerzeugung eingesetzten Hochofen handelt, der als Gasstrom kontinuierlich Gichtgas liefert.
Die Verstromungseinnchtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst bevorzugt einen von mindestens einer Turbine angetriebenen Generator.
In diesem Zusammenhang handelt es sich bei der Turbine bevorzugt um eine Gasturbine, die vollständig oder unter Zumischung weiterer Brennstoffe mit dem Gasstrom betreibbar ist.
Erfindungsgemäß bevorzugt umfasst die Verstromungseinnchtung einen mit dem Gasstrom allein oder unter Zumischung weiterer Brennstoffe befeuerten Kessel zur Dampferzeugung, und es handelt sich bei der Turbine um eine mit dem Dampf vom Kessel betreibbare Dampfturbine.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter acetogene Bakterien und/oder Knallgasbakterien beherbergt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum wahlweisen Beaufschlagen des Fermenters und/oder der Verstromungseinrichtug mit Gasstrom diese Apparate verbindende Leitungen und Stellorgane umfassen.
ln diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass die Stellorgane und die Leitungen dafür eingerichtet sind, den Fermenter und die Verstromungseinrichtung parallel und/oder seriell und/oder einzeln mit dem Gasstrom zu beaufschlagen. Insbesondere bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Bestandteile der Vorrichtung in einen Verbundstandort eingegliedert sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet die Verwendung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die erfindungsgemäße Verwendung wird bevorzugt zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder zur Herstellung mindestens einer organischen Substanz eingesetzt.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Hierfür zeigt: Figur 1 : erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens (schematisch).
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Eine Gasquelle 1 in Gestalt eines konventionellen Hochofens für die Stahlerzeugung liefert an seinem Kopf kontinuierlich Gichtgas, was über eine entsprechende Gasleitung 2 abgezogen wird. Das bei der Stahlerzeugung entstehende Gichtgas ist ein brennbares Kuppelgas, mit einem Stickstoffgehalt von etwa 45 - 60 % und einem Anteil von CO im Bereich von 20 - 30 %. Des Weiteren enthält das Gichtgas noch ca. 20 - 25 % C02 und 2 - 4 % H2. Das Gichtgas wird zu einem Stellorgan 3 geleitet. Dabei handelt es sich um ein an sich bekanntes Ventil, welches es gestattet, das von der Gasquelle 1 anströmende Gas wahlweise über eine Gasleitung 4 in Richtung einer Verstromungseinrichtung 5 und/oder über eine Gasleitung 6 in Richtung eines Fermenters 7 zu leiten. Das Stellorgan 3 ermöglicht dabei
entweder den Gasstrom vollständig und allein in die Verstromungseinrichtung 5 zu leiten oder vollständig und allein in den Fermenter 7. Zusätzlich kann das Stellorgan 3 Zwischenstellungen einnehmen, die eine gleichzeitige Beaufschlagung der Verstromungseinrichtung 5 und des Fermenters 7 mit dem Gasstrom ermöglichen und zwar zu gleichen Teilen oder zu
unterschiedlichen Anteilen.
Das in die Verstromungseinrichtung 5 gelangte Gas wird darin über einen an sich bekannten herkömmlichen Gasturbinen- und/oder Dampfturbinen-Prozess in elektrische Energie umgesetzt, die als elektrischer Strom 8 aus der Verstromungseinrichtung 5 abgezogen wird. Sofern eine Dampfturbine eingesetzt wird kann diese ausschließlich mit dem Gas aus der Gasquelle 1 betrieben werden oder unter Zugabe von externen Brennstoffen. Sofern ein Dampfturbinen-Prozess eingesetzt wird, wird der Kessel zur Dampferzeugung auch wahlweise mit dem Gas aus der Gasquelle 1 oder zusätzlich unter Zuhilfenahme von externen
Brennstoffen beheizt. Es ist auch möglich, innerhalb der Verstromungseinrichtung 5 einen Gasturbinen-Prozess mit einem Dampfturbinen-Prozess zu koppeln. Die hier geschilderten Technologien zur Verstromung von Gas sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt und bedürfen hier keiner näheren Schilderung.
Die Anteile des aus der Gasquelle 1 stammenden Gases, die über die Gasleitung 6 in Richtung des Fermenters 7 geleitet werden, werden darin von Bakterien 9 in eine organische Substanz 10 umgesetzt, die aus dem Fermenter 7 abgezogen wird.
Bei den Bakterien 9 handelt es sich vorzugsweise um acetogene Bakterien oder um Knallgas- Bakterien. Geeignete Bakterien und fermentative Verfahren zur Umsetzung von CO und/oder C02 enthaltenen Gasen in organischen Substanzen sind aus dem oben zitierten Stand der Technik hinlänglich bekannt und brauchen deswegen nicht näher geschildert werden.
Herstellungsbeispiel 1 : 3-Hydroxybuttersäure (3HB) mit Cupriavidus necator-ZeWen auf einem Gasstrom enthaltend H2 und C02 mit unterbrochener Gasversorgung
Für die Biotransformation von Knallgas zu 3-Hydroxybuttersäure (3HB) wurde eine
Produktionsphase von Cupriavidus necator PHB-4 verwendet. In diesem Ansatz nimmt das
Bakterium H2 und C02 aus der durchgeleiteten Gasphase auf und bildet 3HB. Für die
Kultivierung wurden druckfeste Glasflaschen, die mit einem Butylgummistopfen luftdicht verschlossen werden können, benutzt.
Der C. necaior-Stamm wurde zur Untersuchung der Bildung von 3-Hydroxybuttersäure zunächst auf einer LB-R -Agarplatte mit Antibiotikum ausgestrichen und für 3 Tage bei 30°C inkubiert.
Zur Vorkultur wurde der Stamm in 200 ml H 16-Mineralmedium (modifiziert nach Schlegel et al.,1961 ) in druckfesten 500 ml-Glasflaschen kultiviert. Das Medium bestand aus Na2HP04 x 12 H20 9,0 g/l; KH2P04 1 ,5g/l; NH4CI 1 ,0 g/l; MgS04 * 7 H20 0,2 g/l; FeCI3 * 6 H20 10 mg/l; CaCI2 * 2 H20 0,02 g/l; Spurenelement-Lösung SL-6 (Pfennig, 1974) 1 ml/l.
Die Spurenelementlösung setzte sich aus ZnS04 x 7 H20 100 mg/l, MnCI2 x 4 H20 30 mg/l, H3BO3 300 mg/l, CoCI2 x 6 H20 200 mg/l, CuCI2 x 2 H20 10 mg/l, NiCI2 x 6 H20 20 mg/l, Na2Mo4 x 2 H20 30 mg/l zusammen. Der pH-Wert des Mediums wurde durch Zugabe von 1 M NaOH auf 6,8 eingestellt.
Die Flasche wurde mit einer Einzelkolonie von der bebrüteten Agarplatten angeimpft und die Kultivierung erfolgte chemolithoautotroph auf einem N2/H2/02/C02-Gemisch (Verhältnis 80 %/10 %/4 %/6 %). Die Kultur wurde in einem offenen Wasserbadschüttler bei 28 °C, 150 rpm und einer Begasung von 1 l/h für 137 h inkubiert bis zu einer OD >1 ,0. Der Gaseintrag ins Medium erfolgte durch eine Begasungsfritte mit einer Porengröße von 10 μηη, die in der Mitte des Reaktors an einem Begasungsrohr angebracht war. Die Zellen wurden anschließend abzentrifugiert, mit 10 ml Waschpuffer (0,769 g/L NaOH, mind. 1 h bei 28°C und 150 rpm mit einem Gas mit 6% C02 durchgast) gewaschen und erneut abzentrifugiert.
Für die Produktionsphase wurden so viele gewaschene Zellen aus der Wachstumskultur in 200 mL Produktionspuffer (NaOH 0,769 g/l, wird mind. 1 h bei 28°C und 150 rpm mit einem Gas mit 6% C02 durchgast, wobei sich ein pH von etwa 7,4 einstellt) überführt, dass eine OD600nm von 1 ,0 eingestellt wurde. Die Hauptkultur erfolgte chemolithoautotroph in druckfesten 500 ml- Glasflaschen bei 28 °C und 150 rpm in einem offenen Wasserbadschüttler mit einer Begasung von 1 l/h mit einem N2/H2/02/C02-Gemisch (Verhältnis 80 %/10 %/4 %/6 %) für 188 h. Der Gaseintrag ins Medium erfolgte durch eine Begasungsfritte mit einer Porengröße von 10 μηη, die in der Mitte der Reaktoren an einem Begasungsrohr angebracht war. Nach einer
Kultivierungsdauer von 1 16 h wurde die Begasung für 24 h auf 100% N2 umgestellt, um
anschließend wieder für weitere 44 h mit dem ursprünglichen Gasgemisch (N2/H2/O2/CO2, Verhältnis 80 %/10 %/4 %/6 %) zu laufen.
Bei Probenahme wurden jeweils 5 ml Probe entnommen zur Bestimmung von OD600nm, pH und des Produktspektrums. Die Bestimmung der Produktkonzentration erfolgte mittels semi- quantitativer 1 H-NMR-Spektroskopie. Als interner Quantifizierungsstandard diente
Natriumtrimethylsilylpropionat (T(M)SP).
Über die Kultivierungsdauer in der Produktionsphase bildeten sich nach 1 16 h bei dem Stamm C. necator 270 mg/l 3HB, während sich nach der Gasunterbrechung in den letzten 48 h der Kultivierungsdauer weitere 140 mg/l 3HB bildeten.
Herstellungsbeispiel 2: Ethanol und Acetat mit C.
auf einem Gasstrom enthaltend H2 und C02 mit unterschiedlich lang unterbrochener Gasversorgung
Im folgenden Beispiel wird der Wildtyp-Stamm Clostridium ljungdahlii autotroph kultiviert. Es wurde ein komplexes Medium eingesetzt, bestehend aus 1 g/l NH4CI, 0,1 g/l KCl, 0,2 g/l MgS04 x 7 H20, 0,8 g/l NaCI, 0,1 g/l KH2P04, 20 mg/l CaCI2 x 2 H20, 20 g/l MES, 1 g/l Hefeextrakt, 0,4 g/L L-Cystein-HCI, 20 mg/l Nitrilotriessigsäure, 10 mg/l MnS04 x H20, 8 mg/l (NH4)2Fe(S04)2 x 6 H20, 2 mg/l CoCI2 x 6 H20, 2 mg/l ZnS04 x 7 H20, 0,2 mg/l CuCI2 x 2 H20, 0,2 mg/l Na2Mo04 x 2 H20, 0,2 mg/l NiCI2 x 6 H20, 0,2 mg/l Na2Se04, 0,2 mg/l Na2W04 x 2 H20, 20 g/l d-Biotin, 20 g/l Folsäure, 100 g/l Pyridoxin-HCI, 50 Mg/l Thiamin-HCI x H20. 50 Mg/l Riboflavin, 50 Mg/l Nicotinsäure, 50 Mg/l Ca-Pantothenat, 1 Mg/l Vitamin B12, 50 Mg/l p- Aminobenzoat, 50 Mg/l Liponsäure.
Es wurden identische autotrophe Kultivierungen in 500 mL-Septumflaschen gefüllt mit
100 ml_ Medium durchgeführt bei 150 min"1 Schüttelfrequenz im offenen Wasserbadschüttler Innova 3100 der Firma New Brunswick Scientific. Die Kultivierungen erfolgten bei 37 °C ohne Kontrolle des pH. Die Reaktoren wurden mit einer Synthesegasmischung aus 67% H2 und 33% C02 beaufschlagt mit einem Überdruck von 0,8 bar. Um verbrauchtes Gas wieder aufzufüllen wurde die Gasatmosphäre im Kopfraum der Reaktoren einmal täglich komplett ausgetauscht und wieder auf 0,8 bar aufgedrückt. Der Reaktor 1 wurde von Beginn an mit Synthesegas beaufschlagt, die Reaktoren 2, 3, 4 jeweils nach 24h, 48h 72h. Für die Dauer ohne
Synthesegas wurden die Reaktoren stattdessen mit einer Gasmischung aus 67% N2, 33% C02 beaufschlagt, ebenfalls mit 0,8 bar Überdruck.
Bei Versuchsstart wurde der Reaktor mit einer Start-OD von 0,1 beimpft mit autotroph gewachsenen Zellen. Die Vorkultur erfolgte kontinuierlich in einer 1 L-Flasche mit 500 ml_ von oben genanntem Medium. Die Begasung der Kultur mit Synthesegas (67% H2, 33% C02) erfolgte kontinuierlich mit einem Volumenstrom von 3 L/h über eine Begasungsfritte der Porengröße 10 μηη. Die Zellen wurden in der späten logarithmischen Wachstumsphase bei einer OD von 0,64 anaerob abzentrifugiert (4500 rpm, 4300 g, 20°C, 10 min). Der Überstand wurde verworfen und das Zellpellet in 10 mL oben genanntem Medium resuspendiert. Die vorbereiteten Zellen wurden dann genutzt, um die eigentlichen Versuche zu beimpfen.
Bei Probenahme wurden jeweils 5 ml Probe entnommen zur Bestimmung von OD6oo, pH und des Produktspektrums. Die Bestimmung der Produktkonzentration erfolgte mittels quantitativer 1H-NMR-Spektroskopie. Als interner Quantifizierungsstandard diente
Natriumtrimethylsilylpropionat (T(M)SP).
Im Referenzversuch 1 wurde eine von Beginn an Gasverbrauch (ausgedrückt durch
Druckabnahme Δρ), eine kontinuierliche Abnahme des pH, eine Zunahme der OD und eine Zunahme der Produkte Acetat, Ethanol festgestellt.
In den Reaktoren 2, 3, 4 konnte jeweils im Zeitraum ohne Synthesegas keine Abnahme des pH, keine Zunahme der OD und nur eine marginale Zunahme an Acetat festgestellt werden. Wird die Gasatmosphäre im Kopfraum der Reaktoren 2, 3, 4 nach zu den Zeitpunkten 24h, 48h, 72h von N2/C02 auf H2/C02 gewechselt und die Zellen so mit Synthesegas versorgt, so ist im weiteren Versuchsverlauf überraschenderweise jeweils wieder Gasverbrauch, eine Abnahme des pH, eine Zunahme der OD und eine Zunahme der Produkt Acetat, Ethanol festzustellen.
NMR
Δρ, Ethanol, Acetat,
Experiment Zeit, h bar pH OD600 mg/L mg/L
1 0,0 - 5,84 0,1 1 0 10
MD-14-COx-034-K1 27,7 1 ,2 5,1 1 0,56 180 2275
Gasversorgung wurde 50,7 1 ,4 4,52 0,78 - - zum Zeitpunkt t = 0h 78,2 1 ,4 4,56 0,95 450 7636
gestartet
(Referenzversuch) 144,2 0,4 4,49 0,87 528 10172
2 0,0 - 5,82 0,12 0 9
MD-14-COx-034-K2 27,7 0 5,79 0,1 1 0 89
Gasversorgung wurde 50,7 0,4 5,50 0,23 - - zum Zeitpunkt t = 24h 78,2 1 ,3 4,81 0,69 229 4291
gestartet 144,2 1 ,6 4,35 0,85 237 5455
3 0,0 - 5,82 0,1 1 0 10
MD-14-COx-034-K3 27,7 0 5,79 0,1 1 - -
Gasversorgung wurde 50,7 0 5,77 0,10 - - zum Zeitpunkt t = 48h 78,2 0,2 5,68 0,13 6 504
gestartet 144,2 1 ,6 4,77 0,52 219 2732
4 0,0 - 5,83 0,12 0 10
MD-14-COx-034-K4 27,7 0 5,79 0,12 - -
Gasversorgung wurde 50,7 0 5,73 0,10 - - zum Zeitpunkt t = 72h 78,2 0,0 5,82 0,09 0 102
gestartet 144,2 1 ,2 5,00 0,51 183 3120
Herstellungsbeispiel 3: Ethanol und Acetat mit Morella
auf einem Gasstrom enthaltend H2 und C02 bei unterbrochener Gasversorgung
Für die Biotransformation von Synthesegas zu Acetat und Ethanol wurde eine Kultivierung mit dem Bakterium Morella thermoautotrophica durchgeführt. In diesem Ansatz nimmt das Bakterium H2 und C02 aus der Gasphase auf und nutzt dieses zum Zellwachstum und zur Bildung von Acetat und Ethanol. Für die Kultivierung wurden druckfeste Glasflaschen, die mit einem Butylgummistopfen luftdicht verschlossen werden können, benutzt. Alle
Kultivierungsschritte, an denen Morella thermoautotrophica-ZeWen beteiligt waren, wurden unter anaeroben Bedingungen ausgeführt. Für die Zellanzucht von M. thermoautotrophica wurden je 2 mL Cryokultur anaerob in 2 x 200 mL Medium (ATCC1754-Medium: pH-Wert 6,0; 20 g/L MES; 1 g/L Hefeextrakt, 0,8 g/L NaCI; 1
g/L N H4CI; 0,1 g/L KCl; 0,1 g/L KH2P04; 0,2 g/L MgS04 x 7 H20; 0,02 g/L CaCI2 x 2 H20; 20 mg/L Nitrilotriessigsäure; 10 mg/L MnS04 x H20; 8 mg/L (NH4)2Fe(S04)2 x 6 H20; 2 mg/L CoCI2 x 6 H20; 2 mg/L ZnS04 x 7 H20; 0,2 mg/L CuCI2 x 2 H20; 0,2 mg/L Na2Mo04 x 2 H20; 0,2 mg/L NiCI2 x 6 H20; 0,2 mg/L Na2Se04; 0,2 mg/L Na2W04 x 2 H20; 20 g/L d-Biotin; 20 g/L
Folsäure; 100 glL Pyridoxin-HCI; 50 glL Thiamin-HCI x H20; 50 glL Riboflavin; 50 glL Nicotinsäure; 50 g/L Ca-Pantothenat; 1 Mg/L Vitamin B12; 50 Mg/L p-Aminobenzoat; 50 Mg/L Liponsäure; ca. 67,5 mg/L NaOH; 100 mg/L L-Cystein-hydrochlorid) aufgeweckt. Die
Kultivierung erfolgte in einer druckfesten 1000 ml-Glasflasche, die bis zu einem Überdruck von 1 bar mit einem vorgemischten Gasgemisch der Zusammensetzung 67% H2, 33% C02 überschichtet wurde, bei 58°C und 150 rpm für 39 h in einem offenen Wasserbadschüttler. Die Zellen wurden bis zu einer OD von >0,2 kultiviert, abzentrifugiert und in frischem ATCC1754- Medium resuspendiert.
Für die Kultivierungsphase wurden so viele Zellen aus der Wachstumskultur in 4 x 100 mL ATCC1754-Medium überführt, dass je eine OD6oonm von 0,1 eingestellt wurde. Die Kultivierung erfolgte in einer druckfesten 500 ml-Glasflasche, die bis zu einem Überdruck von 1 bar mit Gas überschichtet wurde, bei 58 °C und 150 rpm für 91 h in einem offenen Wasserbadschüttler. Eine Kultur wurde dabei zu Beginn mit einem vorgemischten Gasgemisch der
Zusammensetzung 67% H2, 33% C02 überschichtet, während die anderen drei Kulturen mit 100% N2 überschichtet wurden. Bei einer der mit 100% N2 überschichteten Kulturen wurde die Gasphase nach 24 h durch das vorgemischte Gasgemisch der Zusammensetzung 67% H2, 33% C02 ausgetauscht, bei einer anderen nach 48 h. Die Gasphase der dritten mit 100% N2 überschichteten Kultur wurde die Gasphase nicht getauscht.
Bei Probenahme wurden jeweils 5 ml Probe entnommen zur Bestimmung von OD6oonm, pH und des Produktspektrums. Die Bestimmung der Produktkonzentration erfolgte mittels semiquantitativer 1H-NMR-Spektroskopie. Als interner Quantifizierungsstandard diente
Natriumtrimethylsilylpropionat (T(M)SP).
Über die Kultivierungsdauer zeigte sich bei allen mit 67% H2, 33% C02 überschichteten Kulturen eine Zunahme bei Acetat von unter 17 mg/L auf über 2000 mg/L und bei Ethanol von unter 8 mg/L auf über 14 mg/L innerhalb von 24 h unter dieser Gasatmosphäre, auch wenn diese Kulturen zuvor 24 bzw. 48 h unter 100% N2-Atmosphäre kultiviert waren.
Bezugszeichenliste
1 Gasquelle / Hochofen
2 Gasleitung für Gichtgas
3 Stellorgan
4 Gasleitung in Richtung Verstromungseinrichtung
5 Verstromungseinrichtung
6 Gasleitung in Richtung Fermenter
7 Fermenter
8 elektrischer Strom
9 Bakterien
10 organische Substanz
Claims
Ansprüche
1 . Verfahren zur Verwertung von Gasen enthaltend CO und/oder C02 umfassend die
Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen eines Gasstroms des Gases enthaltend CO und/oder C02,
B) Umwandlung mindestens eines Teils des Gasstroms in elektrische Energie,
C) Umsetzen mindestens eines Teils des Gasstroms zu mindestens einer organischen Substanz in einem biotechnologischen, fermentativen Verfahren und gegebenenfalls
D) Wiederholen der Verfahrensschritte B) und C).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt B) durchgeführt wird, während Verfahrensschritt C) durchgeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt B) nicht durchgeführt wird, während Verfahrensschritt C) durchgeführt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt D) durchgeführt wird.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gas ausgewählt ist aus der Gruppe Synthesegas, Hüttengas, Gichtgas von Hochöfen, Rauchgas aus der Verbrennung von festen Brennstoffen oder Abfällen, Abgase eines Erdöl-Crackers und bei der Vergasung von zellulosehaltige Materialien oder von Kohle freigesetzte, flüchtige Stoffe.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt A) den Einsatz von Gichtgas aus einem Hochofen in der Stahlerzeugung umfasst.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt A) den Einsatz von nicht vollständig verbranntem Brennstoff Kohle- oder Gaskraftwerkes umfasst.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt B) Stromerzeugung mittels eines Gasturbinen- und/oder Dampfturbinenprozesses umfasst.
9. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) die organische Substanz ausgewählt ist aus organischen Substanzen umfassend mindestens drei, insbesondere mindestens vier
Kohlenstoffatome. 10. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) die organische Substanz ausgewählt ist aus der Gruppe 1 - Butanoljsobutanol, Butandiol, Propan-2-ol, Aceton, 1 -Propen, Buten, Isobuttersäure, 2 Hydroxyisobuttersäure, 2 Hydroxyisobuttersäure-Methylester, geradkettige und verzweigte Alkansäuren, welche gegebenenfalls mindestens eine Doppelbindung enthalten können, und deren Derivaten wie beispielsweise Buttersäure, Hexansäure und deren Ester, sowie die entsprechenden Alkanole.
1 1 . Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) acetogene Bakterien eingesetzt werden.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) acetogene Bakterien ausgewählt aus Clostridium
autot enogenum DSMZ 19630, Clostridium ragsda lei ATCC no. BAA-622, Clostridium autoethanogenum, Moorella sp HUC22-1, Moorella thermoaceticum, Moorella
thermoautotrophica, Rumicoccus productus, Acetoanaerobum, Oxobacter pfennigii, Methanosarcina barkeri, Methanosarcina acetivorans, Carboxydothermus,
Desulfotomaculum kutznetsovii, Pyrococcus, Peptostreptococcus, Butyribacterium methylotrophicum ATCC 33266, Clostridium formicoaceticum, Clostridium butyricum, Laktobacillus delbrukii, Propionibacterium acidoprprionici, Proprionispera arboris, Anaerobierspirillum succiniproducens, Bacterioides amylophilus, Becterioides ruminicola, Thermoanaerobacter kivui, Acetobacterium woodii, Acetoanaerobium notera, Clostridium aceticum, Butyribacterium methylotrophicum, Moorella thermoacetica, Eubacterium limosum, Peptostreptococcus productus, Clostridium Ijungdahlii, Clostridium ATCC 29797 und Clostridium carboxidivorans eingesetzt werden.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) 02 zugesetzt und ein Knallgasbakterium eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C) ein Knallgasbakterium ausgewählt aus den Gattungen Achromobacter, Acidithiobacillus, Acidovorax, Alcaligenes, Anabena, , Aquifex,
Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Bradyrhizobium, Cupriavidus, Derxia, Helicobacter, Herbaspirillum, Hydrogenobacter, Hydrogenobaculum, Hydrogenophaga,,
Hydrogenophilus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Ideonella sp. 01, Kyrpidia, Metallosphaera, Methanobrevibacter, Myobacterium, Nocardia, Oligotropha, Paracoccus, Pelomonas, Polaromonas, Pseudomonas, Pseudonocardia, Rhizobium, Rhodococcus, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Streptomyces, Thiocapsa, Treponema, Variovorax, Xanthobacter, Wautersia, wobei Cupriavidus besonders bevorzugt ist.
15. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, umfassend:
a) eine Gasquelle zur kontinuierlichen Bereitstellung eines CO und/oder C02 enthaltenden Gasstroms;
b) eine Verstromungseinrichtung zum Umwandeln von aus der Gasquelle stammenden Gases in elektrische Energie;
c) einen Fermenter zum Umsetzen von aus der Gasquelle stammenden Gases in mindestens eine organische Substanz;
d) und Mittel zum wahlweisen Beaufschlagen der Verstromungsanlage und/oder des Fermenters mit dem Gasstrom aus der Gasquelle. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei der Gasquelle um einen in der Stahlerzeugung eingesetzten Hochofen handelt, der als Gasstrom kontinuierlich Gichtgas liefert. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstromungseinrichtung einen von mindestens einer Turbine angetriebenen Generator umfasst. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei der Turbine um eine Gasturbine handelt, die vollständig oder unter Zumischung weiterer Brennstoffe mit dem Gasstrom betreibbar ist. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstromungseinrichtung einen mit dem Gasstrom allein oder unter Zumischung weiterer Brennstoffe befeuerten Kessel zur Dampferzeugung umfasst, und dass es sich bei der Turbine um eine mit dem Dampf vom Kessel betreibbare Dampfturbine handelt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fermenter acetogene Bakterien und/oder Knallgasbakterien beherbergt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum wahlweisen Beaufschlagen des Fermenters und/oder der
Verstromungseinrichtung mit Gasstrom diese Apparate verbindende Leitungen und Stellorgane umfassen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stellorgane und die Leitungen dafür eingerichtet sind, den Fermenter und die Verstromungseinrichtung parallel und/oder seriell und/oder einzeln mit dem Gasstrom zu beaufschlagen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass sämtliche Bestandteile der Vorrichtung in einen Verbundstandort eingegliedert sind.
24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
25. Verwendung nach Anspruch 24 zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder zur Herstellung mindestens einer organischen Substanz.
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