Untersuchungen zur Erhöhung der Wasserstoffausbeute in einer anaeroben Hydrolysestufe

Aktuell basiert die Rohstoffbasis der weltweiten Wasserstoffproduktion (H2) fast vollständig auf fossilen Kohlenstoffen. Zur stofflichen und energetischen Nutzung von H2 muss zukünftig eine CO2-neutrale H2-Wirtschaft aufgebaut werden. Eine Option sind biochemische Verfahren wie die Biophotolyse, die Photofermentation oder die fermentative H2-Produktion. Vergleicht man die biochemischen Verfahren, weist die fermentative H2-Bildung aufgrund der hohen H2-Produktionsrate und des breiten nutzbaren Substratspektrums ein hohes Potenzial auf. Speziell die H2-Konzentration in der Flüssigphase eines Fermenters ist entscheidend für hohe H2-Ausbeuten, da die H2-Synthesewege einer Endprodukthemmung unterliegen.

In der Arbeit wurde untersucht, ob die fermentative H2-Bildung in einer anaeroben Hydrolyse durch Absaugung des Fermentergasraums erhöht werden kann. Dazu wurden Versuche mit Maissilage in kontinuierlich durchmischten Reaktoren durchgeführt. Mittels Vakuumpumpe wurde der Gasdruck im Fermentergasraum zwischen 0,45 und 0,75 bar geregelt. Die H2-Ausbeute konnte durch Gasabsaugung in fast allen Versuchen um 8 bis 13 % gesteigert werden. Die Ergebnisse wurden dann zur Simulation der fermentativen H2-Bildung genutzt. Abschließend wurde ein technisches Konzept mit Abschätzung der H2-Herstellungskosten ausgearbeitet. Um eine optimale Nutzung der eingesetzten Biomasse zu ermöglichen, wurde die anaerobe Hydrolyse mit einer Biogasanlage kombiniert.

Um zukünftig H2-Herstellungskosten von ca. 5 € kg-1 zu erreichen, müssen die H2-Ausbeute gesteigert, die Investitionskosten der Gasaufbereitung gesenkt und lignocellulosehaltige Reststoffe als kostengünstige Rohstoffbasis genutzt werden. Damit könnte das Verfahren als CO2-neutrale Alternative zu fossilen Routen etabliert werden.