BioBZ-Prozess – Biologisch Abwasser reinigen und dabei Strom erzeugen

#Mikrobielle Brennstoffzelle #Elektrobiochemie #Abwasser #Stromerzeugung #Energieeffizienz
Auf der IFAT 2022 gezeigte Miniatur-Biobrennstoffzelle in Plexiglas-Box und seitlichem Sichtfenster mit drehenden Elektroden und einer Stromableitung über die Welle mittels Schleifkontakten.
Proof-of-concept Prototyp einer Biobrennstoffzelle als Messeexponat auf dem BMBF-Stand der IFAT 2022

Neuartiger Systemansatz in der Abwasserbehandlung mit einer mikrobiellen Brennstoffzelle, die mit Hilfe von Mikroorganismen auf direktem Wege Strom aus Abwasser erzeugt und dabei Inhaltsstoffe im Wasser abbaut.

Im Verbundvorhaben „BioBZ“ wurde ein neuartiger Systemansatz verfolgt, um die Energiewende in der Abwasserbehandlung zu ermöglichen. Kernstück der entwickelten Anlage ist eine mikrobielle Brennstoffzelle (MBZ), die mit Hilfe von Mikroorganismen auf direktem Wege Strom aus Abwasser erzeugt.

Dafür werden elektroaktive Biofilme gezüchtet und auf Elektrodenflächen angesiedelt. Die Mikroorganismen bauen die organischen Inhaltsstoffe ab und geben die dabei freiwerdenden Elektronen in den Stromkreislauf ab. 

Im Rahmen einer Maßstabsvergrößerung, vom Labor- in den halbtechnischen Maßstab (Scale-up-Faktor von ca. 1.500), konnten folgende neue Elektrodenmaterialien und Bauteile für eine optimierte Stromausbeute entwickelt werden:

- Komposit-Flachelektrode aus elektrisch leitfähigem Polymer und Graphit als Anode für den Bewuchs mit elektroaktiven Mikroorganismen

- Katalysatormischung für optimierte Sauerstoffreduktion an der Kathode

- Konzept und Bauteile für eine eigenstromverbrauchsminimierte Regelung der Stromausbeute

- Prototyp für die Speicherung und Nutzung des mikrobiell erzeugten Stroms. 

Für die Anwendbarkeit des Verfahrens in der Praxis sind allerdings noch einige Weiterentwicklungen erforderlich. Diese werden im Nachfolgeprojekt Demo-BioBZ (www.demo-biobz.de) erforscht und umgesetzt.

Angestrebt wird dabei der Bau einer Demonstrationsanlage mit einer Kapazität von 200-250 EW auf der Kläranlage Goslar. Anwendungspotenziale werden perspektivisch zunächst bei Kläranlagen der Größenklassen GK1 (unter 1.000 EW) und GK2 (bis 5.000 EW) gesehen. In diesem Bereich sind sowohl die einwohnerspezifischen Investitionskosten als auch die spez. Energiekosten am höchsten, so dass hier ein wirtschaftlicher Betrieb erwartet werden kann. Langfristig verspricht der Ansatz die Behandlung größerer Abwassermengen mit vollständiger C- und N-Elimination und gleichzeitiger klimaneutraler Stromerzeugung. Als Ziel des Folgeprojektes wird ein vollständiger Inselbetrieb und ein TRL von 9 angestrebt.

Wasser­ressource: Abwasser
Produkttyp:
  • Technologien & Verfahren
TRL: 7
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie, Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: ERWAS
Projekt: BioBZ

Kontakt und Partner


  • Technische Universität Clausthal - CUTEC Forschungszentrum,
  • Leibnizstraße 23,
  • 38678 Clausthal-Zellerfeld
http://www.cutec.de
Prof. Dr.-Ing. Michael Sievers

DVGW - Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Institut für Technologie, Wasserchemie und Wassertechnologie,
Karlsruhe
Technische Universität Clausthal - Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik
Universität Greifswald
Common-Link AG
Eisenhuth GmbH & Co. KG
Eurawasser Betriebsführungsgesellschaft mbH
Umwelttechnik & Anlagenbau GmbH Plauen

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