DUEME

Das X-Energy-Teilprojekt DUEME (Direkte Umwandlung des Elektrons in Methan) hat mögliche Methoden für eine nachhaltige Stromspeicherung erforscht. Der Fokus lag dabei auf einer neuen und vielversprechende Power-to-Gas (PtG)-Technologie, der sogenannten Elektromethanogenese. Bei dieser wird Überschussstrom genutzt, um Kohlenstoffdioxid mithilfe von Mikroorganismen in Methan umzuwandeln. Die Energie wird so in einer chemischen Verbindung speicherbar und kann fossiles Erdgas ersetzen, das vor allem aus Methan besteht. Das Methan wird im Anschluss in das bereits existierende Erdgasnetz ohne Probleme eingespeist und als grüner Energieträger genutzt.

Die Elektromethanogenese ist ein alternatives PtG-Verfahren, bei dem die bisher separat durchgeführten Prozessschritte „Elektrolyse“ und „Methanisierung“ kombiniert werden. Es erfolgt eine direkte Umwandlung des CO2 mit Elektronen zu Methan ohne zwischengeschaltete Elektrolyse. Dazu wird erneuerbar erzeugter Strom verwendet. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen biologischen Methanisierung, bei der Wasserstoff in einen Bioreaktor gegeben wird, war eine deutlich bessere Effizienz zu erwarten, da der Prozess nicht durch die schlechte Löslichkeit von Wasserstoff im Wasser limitiert wird.

Das Projekt DUEME beinhaltet fünf Arbeitsbereiche:

• 1. die Planung und Beschaffung der Instrumente für die Untersuchung der Elektromethanogenese
• 2. Isolation und Kultivierung verschiedener Archaeen und Durchführung einer molekularbiologischen und biochemischen Untersuchung dieser Kulturen bzw. verschiedener Referenzkulturen in den sogenannten H-Zellen
• 3. und 4. Untersuchung unbekannter Stoffwechselwege
• 5. Demonstration der Elektromethanogenese

Ergebnisse

Im Zuge der Erforschung der Elektromethanogenese konnten insgesamt 4 Kulturen an Archaeen isoliert und deren Temperatur- und pH-Optima charakterisiert werden. Gentische Analysen zeigten, dass die Kulturen der Spezies Methanobacterium formicicum angehören.

Für die Untersuchung der elektroaktiven Eigenschaften der isolierten Kulturen wurden zwei unterschiedliche Testsysteme entwickelt. Diese Ergebnisse wurde in dem Journal Bioresource Technology Reports veröffentlicht (https://doi.org/10.1016/j.biteb.2024.101875). Das größere der entwickelten Testsysteme wurde im Projekt EmSpe weiterentwickelt, um die Stabilität der Elektromethanogenese bei intermittiertem Stromführung zu untersuchen.

Die Ergebnisse aus dem Teilprojekt DUEME werden im Teilprojekt EmSpe genutzt und weitergeführt.