Synthesegasfermentation

Synthesegasfermentation bezeichnet die mikrobiologische Umsetzung von Synthesegas (CO, CO₂, H₂). Synthesegas dient dabei bestimmten Mikroorganismen als Nahrungsquelle bzw. Energiequelle. Wichtige Produkte der Synthesegas-Fermentation sind Alkohole wie Butanol und Ethanol, organische Säuren wie Essigsäure und Buttersäure sowie Methan. Ein besonders intensiv untersuchtes Bakterium zur fermentativen Herstellung von Ethanol und Essigsäure ist Clostridium ljungdahlii.

Die Vorteile der fermentativen Synthesegasumwandlung gegenüber klassischen chemischen Prozessen sind die vergleichsweise milden Reaktionsbedingungen und die Toleranz gegenüber schwankenden Gaszusammensetzungen. Die fermentativen Verfahren werden nahe Raumtemperatur betrieben (30 °C - 40 °C). Darüber hinaus tolerieren viele Mikroorganismen auch Verunreinigungen im Synthesegas, die in einem chemisch-katalytischen Verfahren durch eine vorgeschaltete Gasreinigung abgetrennt werden müssen. Zu nennen sind hier u. a. schwefelhaltige Komponenten.

Ein Nachteil der Synthesegasfermentation ist die im Vergleich zu einem chemisch-katalytischen Prozess geringe Produktivität bezogen auf die Größe der verwendeten Reaktoren. Der Reaktor ist in dem biologischen Verfahren der Fermenter. In einem chemisch-katalytischen Verfahren ist der Reaktor ein mit Katalysator gefüllter und bei erhöhter Temperatur betriebener Druckbehälter.

Der fermentative Prozess wird in wässrigem Milieu betrieben. Der wässrige Fermenterinhalt wird mit dem Synthesegas begast, wodurch sich ein geringer Teil des Synthesegases in der Flüssigkeit löst. Die in dem Prozess als Biokatalysatoren verwendeten Bakterien tolerieren die erwünschten Produkte nur bis zu einer vergleichsweise geringen Konzentration. Bei höheren Konzentrationen sinkt die Aktivität der Bakterien und bei noch höheren Konzentrationen kommt die Reaktion zum Erliegen. Daraus resultieren große Flüssigkeitsmengen mit geringer Produktkonzentration, die teils aufwändig aufbereitet werden müssen.

Eine weitere Herausforderung ist die geringe Löslichkeit von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂) in Wasser, was sich limitierend auf die Produktivität auswirkt. Um die Mikroorganismen in ausreichendem Maße mit Synthesegas zu versorgen, müssen teils aufwendige Apparate verwendet werden. Diese Apparate sollen das Synthesegas möglichst effektiv mit dem Fermenterinhalt in Kontakt bringen, um das verbrauchte Synthesegas zu ersetzen.

Synonym(e):

Syngas-Fermentation

Englische Übersetzung(en):

synthesis gas fermentation, syngas fermentation