Bioelektrochemische Produktion von Ameisensäure aus biologischen Kläranlagen (Wa2Chem)

Ziel des Projekts war die Optimierung der CO₂-Bilanz kommunaler Kläranlagen durch die Nutzung ungenutzter Stoffströme und die Senkung des Energiebedarfs. Der Einsatz mikrobieller Brennstoffzellen (MFC) ermöglichte die bioelektrochemische Abwasserreinigung, während CO₂ zu Formiat als speicherbares Produkt umgewandelt wurde. Hierfür wurden Sn- und Bi-basierte Gasdiffusionselektroden (GDE) entwickelt und getestet. Die besten Ergebnisse erzielten GDEs aus 87,5 % Bi und 12,5 % PTFE mit einer Faradayschen Effizienz (FE) von 89,4 %. Elektrolysen mit CH₄/CO₂-Gemischen führten jedoch zu einer halbierten Stromausbeute, was auf eine geringere CO₂-Verfügbarkeit zurückzuführen ist. 

Die Projektergebnisse zeigen, dass die eingesetzten und verbesserten Technologien vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bieten. Die Integration von MFCs und GDEs in Kläranlagen kann deren Energieeffizienz erhöhen und die CO₂-Emissionen verringern. Die Synthese von Formiat eröffnet neue Geschäftsmodelle, insbesondere in der nachhaltigen Chemie. Zudem könnte die modulare Bauweise der Demonstratoren den dezentralen Einsatz in weiteren industriellen Anwendungen ermöglichen, wie beispielsweise in der Abwasserbehandlung oder bei der Herstellung chemischer Zwischenprodukte. Dieser Ansatz trägt maßgeblich zur Verbesserung der Ressourcennutzung und zum Klimaschutz bei.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 05/21 bis 06/24 am DECHEMA-Forschungsinstitut (Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main, Tel. 069/7564-642) unter der Leitung von Dr. Markus Stöckl (Leiter der Forschungseinrichtung PD Dr. Mathias Galetz) und der Technischen Hochschule Mittelhessen, Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie (Wiesenstr. 14, 35390 Gießen, Tel. 0641/309-2579) unter der Leitung von Prof. Dr. Dirk Holtmann (Leiter der Forschungseinrichtung: Prof. Dr. P. Czermak).