MethaSyn

Im X-Energy Teilprojekt MethaSyn wurden grundlegende Zusammenhänge und Effizienzeinflüsse von syntrophen, d.h. voneinander profitierenden Mikroorganismen-Mischkulturen zur biologischen Methanerzeugung erforscht. Dieser neue und innovative Ansatz kann zur Gasproduktionssteigerung und Stabilität der biologischen Methanisierung beitragen. Es wurde zudem untersucht, inwieweit die syntrophen Mischkulturen geeignete Einsatzmöglichkeiten zusätzlich für die Elektromethanogenese (X-Energy Teilprojekte DUEME und EmSpe) darstellen.

Bei der biologischen Methanisierung (BM), also der biologischen Umwandlung von Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu Methan, handelt es sich um eine Möglichkeit, grünen Strom speicherfähig zu machen. Ein großer Vorteil des Gases Methan gegenüber der direkten Nutzung des durch eine Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs ist die große Bandbreite an technisch auf Erdgas ausgelegten Einsatz- und Speichermöglichkeiten. Da aufgrund fluktuierender Wind- und Sonnenverhältnisse die Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energiequellen zur Erzeugung des für die BM nötigen Wasserstoffs stark variiert, sollte eine BM diese Schwankungen idealerweise ohne eine Leistungsminderung aushalten.

Ergebnisse

Der neuartige Ansatz von MethaSyn zielt darauf ab, dass durch eine weitere Organismengruppe neben den klassischerweise eingesetzten methanogenen Archaeen eine nahezu ununterbrochene Methanproduktion trotz Pausen in der Wasserstoffbereitstellung stattfindet und somit eine insgesamt höhere Effektivität erreicht werden kann. Bei der Einspeisung von H₂ und CO₂ setzen acetogene Bakterien und methanogene Archaeen diese Eduktgase gleichermaßen um: zu Essigsäure durch die Bakterien und zu Methan durch die Archaeen. Bei Pausen der Einspeisung werden die Reste an gelöstem Wasserstoff noch umgesetzt, dann wechseln die Archaeen zur Verwertung der entstandenen Essigsäure und bilden aus dieser Methan. Wird wieder H₂ und CO₂ eingespeist, wird aufgrund der besseren Energiegewinnung durch die hydrogenotrophe Methanogenese wieder Wasserstoff bevorzugt. Der Vorteil der acetogenen Bakterien liegt darin, dass durch das Wegfangen der gebildeten Essigsäure der pH-Wert stabilisiert wird. Die methanogenen Archaeen profitieren vom Zwischensubstrat Essigsäure als Energiequelle und damit der Aufrechterhaltung ihres Stoffwechsels.

In MethaSyn wurde ein an die Mischkulturen angepasstes Medium entwickelt. Insgesamt konnte die Machbarkeit einer annähernd konstanten Methanproduktion bei intermittierender Wasserstoffzufuhr durch syntrophe Mischkulturen gezeigt werden. In Systemen der Elektromethanogenese zeigten sowohl mesophile als auch thermophile Mischkulturen nur sehr geringe Methanbildungsraten. Lediglich die steigenden Konzentrationen an Essigsäure gaben darüber Aufschluss, dass die Acetogenen aktiv waren. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten eine deutliche Dominanz der stäbchenförmigen Acetogenen gegenüber den kokkenförmigen Methanogenen an den Elektroden. Der dichte Biofilm überwiegend aus Acetogenen bedingte eine unzureichende Methanbildung.