Orbit - Optimization of a trickle-bed-bioreactor for dynamic microbial biosynthesis of methane with archaea in power-to-gas plants (Orbit)
Third Party Funds Group - Sub project
Acronym: Orbit
Start date : 01.07.2017
End date : 30.06.2020
Website: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/orbit/
Overall project details
Overall project
Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamsiche microbielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas-Anlagen
Project details
Short description
Short description
Electricity generation from renewable sources is an important part of the energy transition and the climate protection. However with the generation of green electricity the challenge of increasing storage capacities arises. A possible way for storage is storing the electricity in form of hydrogen by use of electrolysis (power-to-gas) with upgrading it to methane which can be fed into the natural gas network. Through this the entire natural gas infrastructure can be used to store the “green methane”. ORBIT observes the whole process chain of storage with the focus on methanation. This is done via the innovative concept of the biological methanation.
The biological methanation works with the help of microorganisms, so-called archaea. The archaea produce methane as a metabolic product via the methanogenesis. They live in a fluid phase at moderate conditions (T=30-110°C) and pressures from 1 bar under anaerobic conditions. Therefore the reactor has to be oxygen-free and the reactants hydrogen and carbon dioxide have to be brought into solution. In particular the solution of the gases hydrogen and carbon dioxide is the limiting factor of the biological methanation, which is why a trickle-bed reactor is built in the project ORBIT.
For that reason a 50-liter trickle bed reactor is specially designed and built for the requirements and in holistic view between biology, process engineering and plant construction. This will be tested and optimized hydrodynamically and operated with special selected microorganism strains. First as a research reactor and in the final phase at real operation for test purposes at the power-to-gas location Ibbenbüren.
Scientific Abstract
Stromgewinnung aus erneuerbaren Quellen ist ein wichtiger Teil der Energiewende und des Klimaschutzes. Doch mit der Erzeugung von grünem Strom entsteht die Herausforderung wachsenden Speicherbedarfes. Ein möglicher Speicherweg ist die Speicherung des Stromes mittels Elektrolyse zu Wasserstoff (Power-to-Gas) mit Aufwertung zu einspeisefähigem Methan. Damit kann die gesamte Erdgasinfrastruktur zum Speichern des „grünen Methans“ genutzt werden. ORBIT betrachtet die gesamte Prozesskette der Speicherung mit dem Schwerpunkt der Methanisierung. Diese geschieht über den innovativen Ansatz der biologischen Methanisierung.
Die biologische Methanisierung funktioniert mit Hilfe von Mikroorganismen, sogenannte Archaeen. Die Archaeen produzieren als Stoffwechselprodukt über die Methanogenese Methan. Diese leben in der Flüssigphase bei moderaten Bedingungen (T=30-110°C) und Drücken ab 1 bar unter anaeroben Bedingungen. Deshalb muss der Reaktor sauerstofffrei sein und die Edukte Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Lösung gebracht werden. Dabei ist insbesondere die Lösung der Gase Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid der limitierende Faktor der biologische Methanisierung, weshalb im Projekt Orbit ein Rieselbettreaktor gebaut wird.
Dafür wird ein speziell für die Anforderung und in ganzheitlicher Betrachtung zwischen Biologie, Verfahrenstechnik und Anlagenbau ein 50-Liter-Rieselbettreaktor konzipiertt und aufgebaut. Dieser wird hydrodynamisch getestet und optimiert und mit speziell selektierten Mikroorganismenstämmen betrieben. Erst als Forschungsreaktor und in der Endphase Testweise im Realbetrieb am Power-to-Gas Standort Ibbenbüren.
