Längste mikrobielle Brennstoffzelle der Welt kommt aus dem Wallis

HES-SO Valais-Wallis hat gemeinsam mit der HE-Arc in St. Imier die längste mikrobielle Brennstoffzelle der Welt entwickelt. Das System wurde in der Kläranlage von Châteauneuf-Sitten installiert und kann neben der Abwasseraufbereitung auch Strom erzeugen. Dieses Projekt wird vom Bundesamt für Energie (BFE) und der Stiftung The Ark unterstützt.

Kläranlagen sind nicht nur grosse Stromverbraucher. Sie könnten auch wieder Strom zurück liefern, denn mit einem System aus mikrobiellen Brennstoffzellen könnten die im Abwasser enthaltenen Mikroben zur Stromerzeugung genutzt werden. Dieses Verfahren wurde bereits 1910 erstmals beschrieben, geriet dann jedoch wieder in Vergessenheit. Im Zuge der Forschungen nach nachhaltiger Energieversorgung wurde das Verfahren vor ein paar Jahren wiederentdeckt. Prof. Dr. Fabian Fischer der Hochschule für Ingenieurwissenschaften der HES-SO Valais-Wallis machte sich mit seinem Team und Forschenden der HE-Arc in St-Imier an die Weiterentwicklung und erarbeitete in Zusammenarbeit mit der Kläranlage von Châteauneuf die längste mikrobielle Brennstoffzelle der Welt.

64 in Reihe geschaltete Brennstoffzellen

Die Initianten verfolgen ein dreifaches Ziel: Sie wollen den Stromverbrauch der Kläranlage senken, das Abwasser aufbereiten und Strom erzeugen. Ende 2018 wurde die Brennstoffzelle in Betrieb genommen und erzeugt nicht nur ausreichend Strom, um mehrere Lithium-Batterien zu speisen, sondern ermöglicht auch die kostenlose Aufbereitung des Abwassers. Das 14 m lange System ist das längste der Welt und besteht aus 64 in Reihe geschalteten Brennstoffzellen.

2016 begann dieses Projekt mit einem 12-l-Behälter im Labor von Dr. Fischer. Die Konstruktion des aktuellen Systems nahm ein ganzes Jahr in Anspruch und wird in den kommenden zwei Jahren weiter optimiert. Die Forschungsarbeiten stünden noch ganz am Anfang. Durch Prozessoptimierungen und die Vergrösserung der Anlage könnten die Verantwortlichen der Kläranlage von Châteauneuf jährlich über CHF 600 000.- an Stromkosten sparen und gleichzeitig die Energiebedürfnisse von 250 Haushalten decken, versichert Prof. Fischer.

Einsparungen von 50 – 70 %  

Die Abwasseraufbereitung in den Industrieländern benötigt 1 – 2 % der gesamten erzeugten Energie. Dabei gehören die biologischen Becken zu den grössten Verbrauchern, da sie für den biologischen Abbau der Bakterien belüftet werden müssen. Dieser Vorgang beansprucht 50 – 70 % des Stromverbrauchs einer Kläranlage. «Die Stromrechnung könnte um 1 % gesenkt werden, was für die Gemeinden, die eine Kläranlage betreiben, eine beachtliche Kostensenkung darstellen würde», so Dr. Fischer.

Durch den Ersatz der Belüftung durch ein Elektrodensystem kommen statt bioelektrische aerobe Mikroben zum Einsatz. Dies ermöglicht, die für die Rührprozesse erforderliche Energie einzusparen und stattdessen bei der Abwasseraufbereitung Strom zu erzeugen. Da Abwasser 8 bis 10 Mal mehr Energie enthält, als für seine Aufbereitung notwendig ist, ist eine Nettostromerzeugung möglich.

Ein Wirkungsgrad von 25 %  

Das System habe ein hohes Verbesserungspotential. Theoretisch sei es möglich, einen Wirkungsgrad von 25 % zu erzielen. Eine Kläranlage für 100 000 Einwohner könnte so einen jährlichen Gewinn von CHF 1,75 Mio. erzielen. In der Schweiz könnten 0,2 kWh/pro Person und Tag erzeugt werden, was einem jährlichen Potential von 500 – 700 GWh entspräche, unterstreicht Dr. Fischer. Die Energiebilanz wäre positiv und Kläranlagen würden zu Nettostromerzeugern.

Statt Energie zu verbrauchen, könnten sie Energie produzieren.

 

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Veranstaltungshinweis

Energien der Zukunft, 14. Mai 2019, Dietikon

 

Foto: HES-SO Valais-Wallis

 

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