Wasserstoffbioreaktor

  Die biologische Produktion von Wasserstoffgas findet in einem Bioreaktor statt und basiert auf der Produktion von Wasserstoffgas durch Algen. Algen können unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff erzeugen. In den späten 1990er Jahren entdeckte man das veränderte Verhalten der Algen bei Schwefelmangel. Die Algen stellen die Erzeugung von Sauerstoff ein und erzeugen das Wasserstoffgas. Statt mittels Algen kann Wasserstoff auch von Bakterien gebildet werden. Im integrierten Forschungsprojekt Hyvolution wird Wasserstoff in 2 Stufen mithilfe von anaeroben wärmeliebenden Bakterien (Thermoreaktor) sowie von Photobakterien (Fotoreaktor) gebildet.

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Probleme bei der Planung eines Bioreaktors

• Behinderung der photosynthetischen Wasserstoffproduktion durch das Entstehen eines elektrochemischen Potenzials.
• Durch Kompetitive Hemmung wird die Erzeugung des Wasserstoffes behindert durch Kohlendioxyd.
• Für eine effiziente Photosynthese wird eine Bicarbonatverbindung benötigt.
• Abspaltung von Elektronen.
• Der Wirkungsgrad ist sehr klein. Die normale Energieeffizienz (Umsetzung von Sonnenlicht in Wasserstoff) muss mindestens 7 bis 10 Prozent erreichen, um ökonomisch zu werden. In der natürlichen Form schaffen die Algen aber nur 0,1%.

Man versucht diese Probleme mit Hilfe der Biotechnik zu lösen.

Meilensteine

2006 - Forscher der Universitäten Bielefeld und Queensland haben die einzellige grüne Alge Chlamydomonas reinhardtii genetisch so verändert, dass sie eine beachtliche Menge Wasserstoff erzeugen kann.

• [1]

Stm6 kann über lange Zeit fünfmal mehr an Volumen produzieren als die wilde Form. Die Energieeffizienz erhöht sich auf 1,6-2,0%.

2006 - Die University of California, Berkeley scheint in einer unveröffentlichten Studie die ökonomische Grenze von 10 % Energieeffizienz zu erreichen. Durch Einschränkung der Chlorophyllstapel Tasios Melis möglicherweise die Grenze erreicht und überschritten *[2]

Untersuchung

2006 - An der Universität Karlsruhe wird ein Prototyp eines Bioreaktors gebaut, der 500-1000 Liter Algensubstrat fasst. Der Reaktor müsste innerhalb von fünf Jahren sein Ziel, ökonomisch zu sein, erreichen.

Ökonomie

Ein Algenzuchtbetrieb der Größe Texas könnte genug Wasserstoff produzieren, um die ganze Welt zu versorgen. 25.000 Quadratkilometer könnten den gesamten Benzinverbrauch der USA ersetzen. Dies ist weniger als ein Zehntel der Fläche der Sojaproduktion [3].

Geschichte

Im Jahre 1939 bemerkte Hans Gaffron, der an Universität von Chicago arbeitete, dass die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, ab und zu von Sauerstoff auf Wasserstoff umschaltete. [4]. Gaffron hat nie die Ursache herausgefunden, ebenso wenig Forscher nach ihm. In den 1990er Jahren entdeckte Anastasios Melis, ein Forscher an der Universität von Kalifornien, dass bei Schwefelmangel die Algen anfangen, ihre normale Fotosynthese umzustellen und Wasserstoff zu erzeugen. Er fand heraus, dass das Enzym Hydrogenase hierfür verantwortlich ist. Dieses Enzym verliert allerdings seine Funktion, wenn Sauerstoff anwesend ist. Melis entdeckte, dass bei Schwefelmangel der interne Sauerstoffstrom in den Algen gestört wird, wodurch die Hydrogenase eine Umgebung hat, in der sie reagieren kann und die Algen anfangen, Wasserstoff zu produzieren. [5]

• Chlamydomonas moeweesi ist ein anderer guter Kandidat für die Wasserstoffproduktion.

Literatur

Ingo Rechenberg: Photobiologische Wasserstoffproduktion in der Sahara. Werkstatt Bionik und Evolutionstechnik Band 2, Frommann-Holzboog, Stuttgart 1994, ISBN 3-7728-1643-6

Siehe auch

• Biowasserstoff
• Fotowasserstoff
• Wasserstoffproduktion