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Projektinhalte

Für die Entwicklung der Demonstrationsanlage werden zunächst kostenoptimierte Materialien für die Konstruktion der mikrobiellen Elektrolysezelle identifiziert und qualifiziert.  Darauf aufbauend werden Scale-Up und Optimierung der Konstruktion erfolgen. Unterstützt werden diese Arbeiten durch eine begleitende ökologische und ökonomische Bewertung der Materialien und der Konstruktion und einer daraus abgeleiteten iterativen Optimierung. Um die Leistungsfähigkeit der mikrobiellen Elektrolysezelle zu steigern, werden zudem die im Rahmen des Vorgängerprojekts etablierten Inokulations- und Adaptionsprozeduren für die Anode weiterentwickelt und deren Langzeitstabilität im Betrieb mit echtem Industrieabwasser untersucht und optimiert.

Parallel dazu werden verbesserter Katalysatoren für die Direktsynthese von DME aus H2 und CO2 sowie eine entsprechende DME-Syntheseanlage entwickelt. Diese wird dann zusammen mit der mikrobiellen Elektrolysezelle im Praxiseinsatz mit Brauereiabwasser betrieben und eingehend charakterisiert. Auf Basis der Betriebsdaten wird schließlich eine detaillierte ökologische und ökonomische Bewertung des Konzepts vorgenommen, und das Konzept mit etablierten Verfahren der Abwasserbehandlung verglichen.

Das Vorhaben ist in fünf Arbeitsschwerpunkte unterteilt, die über die Gesamtlaufzeit von 42 Monaten (1.9.2019 bis 28.2.2023) bearbeitet werden.  Im Folgenden sind die einzelnen Arbeitsschwerpunkte und die zugehörigen Arbeitspakete dargestellt. Der für die einzelnen Arbeitspakete hauptverantwortliche Partner ist jeweils erstgenannt.

AP 1.1: Referenzbetrieb einer Stand-der-Technik Elektrolysezelle mit Brauereiabwasser, (Uni Bremen)

AP 1.2: Identifikation und Qualifizierung von kosten- und umweltoptimierten Materialien, (Uni Bremen, Fraunhofer ISE, TUTTAHS & MEYER)

AP 1.3: Scale-Up und Optimierung der MEC-Konstruktion hinsichtlich Kosten und Umweltwirkung, (Uni Bremen, Fraunhofer ISE, TUTTAHS & MEYER)

AP 2.1: Isolierungskampagne zur Identifikation neuer Biokatalysatoren für den Betrieb mit Brauereiabwasser, (KIT)

AP 2.2: Korrelation von Biofilmstruktur und Stromdichte, (KIT)

AP 2.3: Langzeitstabilität und Einfluss der Zulaufkonzentrationen auf die Biofilmaktivität, (KIT)

AP 3.1: Entwicklung eines transportablen Reaktors zur Produktion von Dimethylether, (Uni Freiburg, Uni Bremen)

AP 3.2: Entwicklung eines flexiblen bifunktionalen Katalysesystems zur Produktion von Dimethylether aus CO2 und H2, (Uni Freiburg)

AP 3.3: Testbetrieb des transportablen Reaktors zur Produktion von Dimethylether, (Uni Freiburg)

AP 3.4: Optimierung des ausgewählten flexiblen bifunktionalen Katalysesystems zur Produktion von Dimethylether aus CO2 und H2, (Uni Freiburg)

AP 4.1: Aufbau der DME-Syntheseanlage, (Uni Freiburg, Uni Bremen)

AP 4.2: Kopplung und Charakterisierung des hochskalierten Gesamtsystems, (Uni Bremen, Uni Freiburg, KIT, Brauerei Beck)

AP 5.1: Festlegung des Systemrahmens und Systemanalyse, (Fraunhofer ISE, Uni Bremen, Uni Freiburg, KIT, TUTTAHS & MEYER)

AP 5.2: Technologische Evaluation, (Fraunhofer ISE, Uni Bremen, Uni Freiburg, KIT, TUTTAHS & MEYER)

AP 5.3: Ökonomische Evaluation und Life-Cycle-Assessment, (Fraunhofer ISE)