www.wikidata.de-de.nina.az

Wasserstoffbioreaktor Ein ist ein Bioreaktor in dem die biologische Produktion von Wasserstoffgas stattfindet Die Produk

Wasserstoffbioreaktor

Ein Wasserstoffbioreaktor ist ein Bioreaktor, in dem die biologische Produktion von Wasserstoffgas stattfindet. Die Produktion von Wasserstoffgas kann hierbei auf verschiedene Weisen erfolgen. So können Algen unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff erzeugen. In den späten 1990er Jahren entdeckte man dieses veränderte Verhalten der Algen bei Schwefelmangel. Die Algen stellen die Erzeugung von Sauerstoff ein und erzeugen das Wasserstoffgas. Eine andere Möglichkeit besteht in der Konstruktion eines Wasserstoffbioreaktors, dessen Basis Bakterien bilden. Hierbei besteht die Möglichkeit, ein zweistufiges System zu etablieren, in welchem thermophile Bakterien sowie Cyanobakterien Verwendung finden.

Wasserstoffproduktion durch Algen im Labormaßstab

Eine Technologie dieser Art ist insofern interessant, als der so produzierte Biowasserstoff als klimaneutraler Energieträger verwendet werden kann. So könnte ein Algenzuchtbetrieb in der Größe von Texas genug Wasserstoff produzieren, um den weltweiten Energiebedarf zu decken. Die Wasserstoffproduktion aus einer Zucht von 25.000 Quadratkilometern könnte den gesamten Benzinverbrauch der USA ersetzen. Dies ist weniger als ein Zehntel der Fläche der Sojaproduktion der USA (Stand 2006).

Geschichte Bearbeiten

Den ersten Nachweis, dass Mikroorganismen Wasserstoff bilden können, erbrachte der deutsche Biochemiker Felix Hoppe-Seyler Ende des 19. Jahrhunderts. Die meisten Bakterien und Pilze erzeugen Wasserstoffgas im Zusammenhang mit Gärungsprozessen. Im Jahre 1939 entdeckte der deutschstämmige Biochemiker Hans Gaffron bei Grünalgen die Fähigkeit, zeitweise Wasserstoff zu produzieren. Bis dahin war angenommen worden, dass nur prokaryotische Organismen über diese Möglichkeit verfügen. Die Hintergründe dieses Prozesses konnte er allerdings nicht klären. Anfang der 1970er Jahre konnte dann der Zusammenhang zwischen Wasserstoffmetabolismus und Photosynthese nachgewiesen werden, es sollte aber noch einmal fast 30 Jahre dauern, bis das volle Potential einzelliger Grünalgen für die Herstellung von H2 aufgezeigt werden konnte

Um 1990 beobachtete Anastasios Melis, ein Forscher der University of California in Berkeley, dass Schwefelmangel bei der Alge Chlamydomonas reinhardtii eine Veränderung des Photosyntheseprozesses bewirkt, welcher wiederum der von Gaffron beschriebenen Wasserstoffproduktion zugrunde liegt.

Um in der Energieerzeugung Verwendung zu finden, ist es allerdings nötig, die Wasserstoffproduktion effizienter (beziehungsweise ökonomischer) zu gestalten. So gelang es 2006 Forschern der Universitäten Bielefeld und Queensland, die Alge Chlamydomonas reinhardtii genetisch dahingehend zu verändern, dass sie gegenüber dem Wildtyp ein bis zu Fünffaches an Wasserstoff produzieren kann.

Weitere Forschungen beschäftigen sich mit der Gattung Scenedesmus Obliquus, die ebenfalls über Hydrogenasen zur Wasserstoffproduktion mittels Photosynthese verfügt.

Verfahren Bearbeiten

Das Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik des Karlsruher Institut für Technologie nennt als Möglichkeit für die Wasserstoffproduktion durch Mikroalgen die Art Chlamydomonas reinhardtii. Hierzu müssen sich die Algen in einer anaeroben Umgebung, in welcher ein Unterangebot an Schwefel herrscht, befinden.

Probleme bei der Planung eines Bioreaktors Bearbeiten

  • Behinderung der photosynthetischen Wasserstoffproduktion durch das Entstehen eines elektrochemischen Potentials
  • Durch kompetitive Hemmung wird die Erzeugung des Wasserstoffes durch Kohlendioxid behindert.
  • 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 ihrer natürlichen Form erreichen die Algen aber nur 0,1 %.

Man versucht, diese Probleme mit Hilfe der Biotechnik zu lösen.

Außerdem ist die Konstruktion des Bioreaktors unter anderem hinsichtlich des Lichtbedarfs eine zu lösende Problemstellung.

Untersuchung Bearbeiten

2006: An der Universität Karlsruhe wird ein Prototyp eines Bioreaktors gebaut, der 500–1000 Liter Algensubstrat fasst.

Literatur Bearbeiten

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

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. newscientist.com: Growing hydrogen for the cars of tomorrow (25. Februar 2006).
  2. Röbbe Wünschiers: Biologische „Elektrolyse“ durch Mikroalgen Uppsala University Dept. Physiol. Botany Uppsala Schweden
  3. Hoppe-Seyler, F. (1887) in Zeitschrift für Physikalische Chemie 11: 561–568
  4. Peter H. Homann: Hydrogen metabolism of green algae: discovery and early research - a tribute to Hans Gaffron and his coworkers. In: Govindjee, J.T. Beatty, H. Gest and J.F. Allen (Hrsgg.): Discoveries in Photosynthesis. In der Reihe: Advances in Photosynthesis and Respiration, Bd. 20. Springer-Verlag, S. 119 ff., ISBN 978-1-4020-3323-0. Kapitel online
  5. H. Gaffron, Reduction of Carbon Dioxide with Molecular Hydrogen in Green Algæ Nature 1939, 3614, 204–205.
  6. T. Stuart, H. Gaffron, Plant Physiology 1972, 6, 136–140.
  7. Ulf-Peter Apfel und Sven Timo Stripp: Wasserstoffproduktion nach dem Vorbild der Natur GIT Labor-Fachzeitschrift 06/18 4. Juni 2018
  8. Mariany Costa Deprá, Luiz Felipe Cetraro da Motta Pacheco, Raquel Rossi, Moira Nunes, Sérgio Goldemberg, Seiiti Suzuki, Mariana Menezes, Eduardo Jacob-Lopes: Hybrid photobioreactors: The success-to-failure experiences on pilot scale. In: 3rd Generation Biofuels. Elsevier, 2022, ISBN 978-0-323-90971-6, S. 1019–1035, doi:10.1016/b978-0-323-90971-6.00014-0.
  9. ↑ KIT: Wasserstoffproduktion mit Mikroalgen, abgerufen am 15. September 2014.
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Ein Wasserstoffbioreaktor ist ein Bioreaktor in dem die biologische Produktion von Wasserstoffgas stattfindet Die Produktion von Wasserstoffgas kann hierbei auf verschiedene Weisen erfolgen So konnen Algen unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff erzeugen In den spaten 1990er Jahren entdeckte man dieses veranderte Verhalten der Algen bei Schwefelmangel Die Algen stellen die Erzeugung von Sauerstoff ein und erzeugen das Wasserstoffgas Eine andere Moglichkeit besteht in der Konstruktion eines Wasserstoffbioreaktors dessen Basis Bakterien bilden Hierbei besteht die Moglichkeit ein zweistufiges System zu etablieren in welchem thermophile Bakterien sowie Cyanobakterien Verwendung finden Wasserstoffproduktion durch Algen im LabormassstabEine Technologie dieser Art ist insofern interessant als der so produzierte Biowasserstoff als klimaneutraler Energietrager verwendet werden kann So konnte ein Algenzuchtbetrieb in der Grosse von Texas genug Wasserstoff produzieren um den weltweiten Energiebedarf zu decken Die Wasserstoffproduktion aus einer Zucht von 25 000 Quadratkilometern konnte den gesamten Benzinverbrauch der USA ersetzen Dies ist weniger als ein Zehntel der Flache der Sojaproduktion der USA Stand 2006 1 Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Verfahren 3 Probleme bei der Planung eines Bioreaktors 4 Untersuchung 5 Literatur 6 Siehe auch 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenDen ersten Nachweis dass Mikroorganismen Wasserstoff bilden konnen erbrachte der deutsche Biochemiker Felix Hoppe Seyler Ende des 19 Jahrhunderts Die meisten Bakterien und Pilze erzeugen Wasserstoffgas im Zusammenhang mit Garungsprozessen 2 3 Im Jahre 1939 entdeckte der deutschstammige Biochemiker Hans Gaffron bei Grunalgen die Fahigkeit zeitweise Wasserstoff zu produzieren 4 5 Bis dahin war angenommen worden dass nur prokaryotische Organismen uber diese Moglichkeit verfugen Die Hintergrunde dieses Prozesses konnte er allerdings nicht klaren Anfang der 1970er Jahre konnte dann der Zusammenhang zwischen Wasserstoffmetabolismus und Photosynthese nachgewiesen werden 6 es sollte aber noch einmal fast 30 Jahre dauern bis das volle Potential einzelliger Grunalgen fur die Herstellung von H2 aufgezeigt werden konnte 7 Um 1990 beobachtete Anastasios Melis ein Forscher der University of California in Berkeley dass Schwefelmangel bei der Alge Chlamydomonas reinhardtii eine Veranderung des Photosyntheseprozesses bewirkt welcher wiederum der von Gaffron beschriebenen Wasserstoffproduktion zugrunde liegt Um in der Energieerzeugung Verwendung zu finden ist es allerdings notig die Wasserstoffproduktion effizienter beziehungsweise okonomischer zu gestalten So gelang es 2006 Forschern der Universitaten Bielefeld und Queensland die Alge Chlamydomonas reinhardtii genetisch dahingehend zu verandern dass sie gegenuber dem Wildtyp ein bis zu Funffaches an Wasserstoff produzieren kann Weitere Forschungen beschaftigen sich mit der Gattung Scenedesmus Obliquus 8 die ebenfalls uber Hydrogenasen zur Wasserstoffproduktion mittels Photosynthese verfugt Verfahren BearbeitenDas Institut fur Bio und Lebensmitteltechnik des Karlsruher Institut fur Technologie nennt als Moglichkeit fur die Wasserstoffproduktion durch Mikroalgen die Art Chlamydomonas reinhardtii Hierzu mussen sich die Algen in einer anaeroben Umgebung in welcher ein Unterangebot an Schwefel herrscht befinden 9 Probleme bei der Planung eines Bioreaktors BearbeitenBehinderung der photosynthetischen Wasserstoffproduktion durch das Entstehen eines elektrochemischen Potentials Durch kompetitive Hemmung wird die Erzeugung des Wasserstoffes durch Kohlendioxid behindert Fur eine effiziente Photosynthese wird eine Bicarbonatverbindung benotigt Abspaltung von Elektronen Der Wirkungsgrad ist sehr klein Die normale Energieeffizienz Umsetzung von Sonnenlicht in Wasserstoff muss mindestens 7 bis 10 Prozent erreichen um okonomisch zu werden In ihrer naturlichen Form erreichen die Algen aber nur 0 1 Man versucht diese Probleme mit Hilfe der Biotechnik zu losen Ausserdem ist die Konstruktion des Bioreaktors unter anderem hinsichtlich des Lichtbedarfs eine zu losende Problemstellung 9 Untersuchung Bearbeiten2006 An der Universitat Karlsruhe wird ein Prototyp eines Bioreaktors gebaut der 500 1000 Liter Algensubstrat fasst Literatur BearbeitenIngo Rechenberg Photobiologische Wasserstoffproduktion in der Sahara Werkstatt Bionik und Evolutionstechnik Band 2 Frommann Holzboog Stuttgart 1994 ISBN 3 7728 1643 6Siehe auch BearbeitenBiowasserstoff WasserstoffwirtschaftWeblinks BearbeitenTasios Melis Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures In DOE Hydrogen Program University of California Berkeley Annual Report 2007 PDF Datei 330 kB englisch abgerufen am 8 April 2011 Bericht in ARCHE ONLINE Wired Mutant Algae Is Hydrogen Factory FAO Chapter 5 Hydrogen production Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures PDF Datei 367 kB NREL Berichte Wissenschaftlicher Bericht Kostenanalyse PDF Datei 678 kB CYCLIC PHOTOBIOLOGICAL ALGAL H2 PRODUCTION Proceedings of the 2001 DOE Hydrogen Program Review PDF Datei 146 kB englisch abgerufen am 8 April 2011 US Department of Energy Washington Artikelsammlung zum Stichwort H2 production englisch abgerufen am 8 April 2011 Einzelnachweise Bearbeiten newscientist com Growing hydrogen for the cars of tomorrow 25 Februar 2006 Robbe Wunschiers Biologische Elektrolyse durch Mikroalgen Uppsala University Dept Physiol Botany Uppsala Schweden Hoppe Seyler F 1887 in Zeitschrift fur Physikalische Chemie 11 561 568 Peter H Homann Hydrogen metabolism of green algae discovery and early research a tribute to Hans Gaffron and his coworkers In Govindjee J T Beatty H Gest and J F Allen Hrsgg Discoveries in Photosynthesis In der Reihe Advances in Photosynthesis and Respiration Bd 20 Springer Verlag S 119 ff ISBN 978 1 4020 3323 0 Kapitel online H Gaffron Reduction of Carbon Dioxide with Molecular Hydrogen in Green Algae Nature 1939 3614 204 205 T Stuart H Gaffron Plant Physiology 1972 6 136 140 Ulf Peter Apfel und Sven Timo Stripp Wasserstoffproduktion nach dem Vorbild der Natur GIT Labor Fachzeitschrift 06 18 4 Juni 2018 Mariany Costa Depra Luiz Felipe Cetraro da Motta Pacheco Raquel Rossi Moira Nunes Sergio Goldemberg Seiiti Suzuki Mariana Menezes Eduardo Jacob Lopes Hybrid photobioreactors The success to failure experiences on pilot scale In 3rd Generation Biofuels Elsevier 2022 ISBN 978 0 323 90971 6 S 1019 1035 doi 10 1016 b978 0 323 90971 6 00014 0 a b KIT Wasserstoffproduktion mit Mikroalgen abgerufen am 15 September 2014 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Wasserstoffbioreaktor amp oldid 232444358