Bioökonomie
Im Themenfeld Bioökonomie entwickeln wir strategisch bedeutende Verfahren zur Nutzung biogener Ressourcen aus der Abwasserbehandlung zur Erzeugung grüner Substitute fossiler Ressourcen. Fokus ist die Verwertung und Transformation regenerativen Kohlenstoffs aus Biogas, Klärschlamm oder Cosubstraten. National und europäisch von hoher Relevanz sind dabei die Deckung des steigenden Bedarfs an regenerativen und biogenen Grundchemikalien in der chemischen Industrie und der Einsatz chemischer Speichermoleküle als Wasserstoff- und Energieträger. Dabei betrachten wir in unseren Forschungsprojekten Klärschlamm, biogene Abfall- und Reststoffe sowie Biogas als Edukte für alternative Syntheseverfahren. In der Biogasnutzung erarbeiten wir Lösungen, die sowohl den CH4- als auch den CO2-Anteil im Biogas nutzbar machen. Die Verwertung von CO2 im Sinne einer CO2-Senke ist ein Forschungsthema mit hoher praktischer Relevanz. Ziel ist die Transformation von Kläranlagen von reinen Energieverbrauchern zu aktiven Akteuren der Energie- und Molekülwende, die sich synergetisch mit anderen energieintensiven Sektoren vernetzen.
Synergie mit Systemanalyse und Verfahrensentwicklung
Die Bioökonomie stützt sich auf eine enge Verzahnung mit den Ergebnissen aus der Energiesystemanalyse und der nachhaltigen Energieverfahrenstechnik. Dies resultiert in einem Gesamtbild, in dem systemische Analysen, energietechnische Verfahren und bioökonomische Ansätze integriert betrachtet werden. Zentraler Fokus liegt auf der Entwicklung und Pilotierung von Verfahren zur Umwandlung von Bio- oder Klärgas in höherwertige Kohlenstoffprodukte. Dazu zählen insbesondere Biomethan aus innovativer Membranabscheidung und Fermentation sowie heterogen-katalytischer Umsetzung von CO2 und autotherm reformiertem CH4. Erzeugt werden versatile flüssige Grundchemikalien, wie Methanol, die als Wasserstoff- und Energieträger sowie E-Fuels eingesetzt werden.
In den Projekten E-BO2t, E-MetO sowie dem Konsortialprojekt BioMeSyn (alle gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie forschen, entwickeln und pilotieren wir Verfahren zur effizienten Umwandlung dieser gasförmigen Ressourcenströme. Ziel ist die Erzeugung strombasierter, perspektivisch vollständig erneuerbarer Chemikalien und Energieträger, die als Substitute für fossile Rohstoffe etabliert werden können.
Ressourcen und Transfer
Die Verflechtung verschiedener Sektoren erhöht zwar die Systemkomplexität, bietet jedoch auch Potenziale für die Ressourcenkaskadierung und die Etablierung einer Kreislaufwirtschaft. Ein Beispiel hierfür ist die Verbindung von Energieerzeugung und Ressourcenmanagement durch die thermische Klärschlammverwertung mit anschließender Phosphor-Rückgewinnung.
Das Forschungsprojekt BioMeSyn baut auf erfolgreichen Vorläuferprojekten wie WaStraK und GREEN-BEE auf, in denen die thermochemische Umwandlung von Klärgas zu Methanol intensiv untersucht wurde. Die erfolgreichen Ergebnisse, insbesondere die Pilotierung des Methanolherstellungsverfahrens, werden im Rahmen eines aktuell geförderten IGF-Projekts des BMWE am FiW weiterentwickelt. Dadurch findet zunehmend ein Wissens- und Technologietransfer unserer Entwicklungen auch in die Landwirtschaft und die Biogasbranche statt, in denen nachhaltige Lösungen für die energetische und stoffliche Verwertung von Biogas ebenfalls eine hohe Relevanz besitzen.
Referenzen
B2M Raman
Optimierung des dynamischen Biogas-zu-Methanol-Prozesses unter Verwendung der inline Raman-Spektroskopie
MehrSektorenkopplung: Abwasser, Energie und Verkehr
E-BO(2)t – Produktion elektrolysebasierter Methanolkraftstoffe und wasserwirtschaftliche Sauerstoffnutzung auf der Kläranlage Bottrop
Mehr
E-MetO
Elektrolyse mit Nutzung von Brauchwasser als Schnittstelle zwischen biologischer Methanisierung und Ozonierung
MehrecReUse | Südafrika
Steigerung der Ressourcennutzungs-Effizienz in Südafrika durch Wasserwiederverwendung und nachhaltige Energieerzeugung auf Kläranlagen
MehrMethanolsynthese aus Klärgas
GREEN-BEE – Markt- und produktorientierte Weiterentwicklung des Konzeptes zur Synthese von Methanol aus Klärgas
MehrKARL – EU-Kommunalabwasserrichtlinie
Wir unterstützen Sie auf dem Weg zu Ihrer zukunftsorientierten Kläranlage
MehrDer grüne Kraftstoff, der uns morgen antreibt
Methanolstandard – Untersuchung der technischen Grundlagen zur Standardisierung von Methanolkraftstoffen in Europa
MehrMoniKlär
MoniKlär – Monitoring der Kläranlagenprozesse zur Optimierung der Energie- und THG-Effizienz
MehrAnoxische Biowäsche zur Entschwefelung von Biogas als Beitrag für die Klimazukunft
NitroSX – Mikrobiologische Biogasentschwefelung
MehrPower-to-Fuel
Neue Verfahren zur Erzeugung klimaneutraler Energieträger auf Basis von Biogas sowie erneuerbarem Überschussstrom
Mehrrender | StädteRegion Aachen
Regionaler Dialog Energiewende – gemeinsam auf dem Weg zur Energieregion
MehrSolare Wärme für Walheim
SolNahWal – Machbarkeitsstudie für ein Wärmenetzsystem der vierten Generation („Wärmenetzsysteme 4.0“) Standort Aachen-Walheim
MehrSPIS4FNS | Kenia
SPIS4FNS – Development and Optimization of Solar-Powered Rainwater Harvesting Concepts to Strengthen Food Security in Kenya
Mehr