Rohstoffe aus Abwasser: Bioraffinerie-Projekt KoalAplan startet
Das geplante Verfahren erzeugt Düngemittel, Biowasserstoff und wertvolle Chemikalien. In einer klassischen Kläranlage wird der im Abwasser enthaltene Stickstoff biologisch abgebaut. Mikroorganismen wandeln die Stickstoffverbindungen zu gasförmigem Stickstoff um, der ungenutzt in die Atmosphäre entweicht. Hierfür benötigen die Mikroorganismen organischen Kohlenstoff, der entsprechend nicht mehr als Rohstoff zur Verfügung steht, sondern als CO2 und Klärschlamm ausgetragen wird. Im Bioraffinerie-Projekt KoalAplan wird die biologische Stickstoffentfernung umgangen, um organische Fracht aus dem Abwasser rückzugewinnen.
Das geplante Verfahrenskonzept besteht aus chemischen, physikalischen und biologischen Prozessschritten. Ein Kernstück des gesamten Verfahrens ist der Einsatz von Mikrosieben, um den partikulären organischen Kohlenstoff bereits nach der Vorklärung aus dem Abwasserstrom abzutrennen. Im Hauptstromverfahren wird der Ammoniumstickstoff in der Folge mittels Ionentauscher entfernt und so ein Produkt erzeugt, das als Düngemittel eingesetzt werden kann. Die abfiltrierten Feststoffe sowie der Primärschlamm werden im Nebenstromverfahren – der eigentlichen Bioraffinerie – durch saure Hydrolyse (Dunkelfermentation) zunächst in organische Säuren umgewandelt; dabei entstehen auch Biowasserstoff und CO2.
Das Hydrolysat wird anschließend filtriert und mittels mikrobieller Elektrolyse zu Wasserstoff (und wiederum CO2) umgesetzt. Wasserstoff findet vielfältige Anwendung in der chemischen Industrie und gilt als zukünftiger Energieträger. Die Gasströme aus mikrobieller Elektrolyse und Dunkelfermentation lassen sich laut einer Machbarbarkeitsstudie in einem biotechnologischen Prozess für die Produktion wertvoller Chemikalien verwerten; dabei wird auch das enthaltene Kohlenstoffdioxid wieder fixiert.Die Stoffströme, die unter anderem Carbonsäuren enthalten, werden in einem Fermentationsverfahren zu Polyhydroxyalkanoaten (PHA), einem natürlichen Biopolymer, umgesetzt. „Aus Abfallstoffströmen stellen wir das mikrobielle Biopolymer PHA her, ein Ausgangsmaterial für biologisch abbaubare Verpackungsmaterialien, und können damit persistente Kunststoffe aus fossilen Quellen ersetzen“, erläutert Susanne Zibek, Gruppenleiterin Bioprozesstechnik am Fraunhofer IGB. Die Erprobung des neuen Verfahrenskonzepts samt Ökobilanz-Erstellung erfolgt an der Kläranlage der Universität Stuttgart.
Das Förderprojekt KoalAplan soll das Potenzial zum Recycling in der Abwasserbehandlung aufzeigen. Projektkoordination und Öffentlichkeitsarbeit erfolgen durch Umwelttechnik BW, die Landesagentur für Umwelttechnik und Ressourceneffizienz Baden-Württemberg. Beteiligt ist das Fraunhofer IGB und unter anderen das Karlsruher Institut für Technologie.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 05/2022, Seite 69, Foto: Peter Novotny / pixabay.com)
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