Wasserstoffbioreaktor
Wasserstoff-Bioreaktor
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 90iger Jahren entdeckte man das veränderte Verhalten der Algen bei Schwefelmangel. Die Algen stellen die Erzeugung von Sauerstoff ein (Photosynthese) und erzeugen das Wasserstoffgas.
Probleme bei der Planung eines Bioreaktors
- Behinderung der photosynthetischen Wasserstoffproduktion durch das Entstehen eines elektrochemischen Potenzials.
- Durch competitieve Inhibition 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.
Stm6 kann über lange Zeit fünfmal mehr an Volumen produzieren als die wilde Form. Die Energieeffizienz erhöht sich auf 1,6-2%.
2006 - Die University of California, Berkeley scheint in einer unveröffentlichen Studie die ökonomische Grenze von 10 % Energieeffizienz zu erreichen. Durch Einschränkung der Chlorophylstapel Tasios Melis möglicherweise die Grenze erreicht un überschritten *[2]
Untersuchung
2006 - An der Universität Karlsruhe wird ein Prototyp eines Bioreaktors gebaut, der 500-1000 Liter Algensubstaat fasst. Der Reaktor müßte innerhalb von 5 Jahren sein Ziel economisch 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]</ref>.
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, ebensowenig Forscher nach ihm. In den 90iger 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