Stromsparende Klärung

Eine Start-up will Bio-Brennstoffzelle erfolgreich kommerzialisieren, indem es diese direkt in Abwasserreinigungsanlagen integriert.

Kläranlagen sind erstaunlich energieintensiv. Zwei Prozent des weltweiten Strombedarfs werden laut aktuellen Statistiken bislang dafür gebraucht, Wasser wieder auf ein der Umwelt zumutbares Maß zu reinigen – 80.000 Megawatt, für gut 40 Milliarden Dollar im Jahr.

Die Biotechnikfirma Emefcy hat nun einen neuartigen Prozess entwickelt, der Wasserwerken dabei helfen soll, in ihren Kläranlagen deutlich weniger Energie zu verbrauchen. Das Verfahren nutzt eine bereits seit längerem bekannte Brennstoffzellentechnik auf Basis von Mikroorganismen, die ihre Nahrung aus dem Abwasser beziehen. Emefcy, das seinen Sitz im israelischen Caesarea hat, konnte den Ansatz deutlich verbessern.

Im Idealfall kann eine solche Anlage auf Basis der Bio-Brennstoffzellen die notwendige Energie für mechanische und chemische Reinigungsverfahren gleich selbst erzeugen. Immerhin 30 bis 40 Prozent billiger soll die Klärung so insgesamt werden können, heißt es in einer Modellrechnung.

Damit dieser Traum Wirklichkeit wird, hat Emefcy einen sogenannten biogenischen Reaktor entwickelt. Dieser besteht aus zwei Bereichen: In einem steckt viel Abwasser, aber keine Umgebungsluft, im anderen befindet sich Luft und kein Abwasser. Beide Segmente sind durch eine Membranwand getrennt und durch eine elektrisch leitende Oberfläche miteinander verbunden, auf denen die Bakterien wachsen.

Während die Mikroorganismen, die auch in der Natur vorkommen, die Nährstoffe im Abwasser verarbeiten, erzeugen sie Elektronen, die zum Sauerstoff in der Luft drängen. Diese werden über Elektroden abgeführt. Um den Prozess zu erleichtern, hat Emefcy ein Nanodrahtmaterial entwickelt, das sich auf der Oberfläche der Bakterien ansiedelt, die somit selbst leitfähig werden. Momentan kann das Verfahren pro Reaktoreinheit insgesamt 10 Kubikmeter Abwasser verarbeiten. Jeder der Reaktoren ist ein Meter breit und vier Meter hoch. Davon lassen sich ganze Arrays bilden, um die Verarbeitungsmenge zu erhöhen. "Das sorgt für niedrige Startkosten", sagt Emefcy-Chef Eytan Levy, "weitere Einheiten lassen sich nach Belieben ergänzen".

Itamar Willner, Professor am Institut für Chemie der Hebrew University, der kürzlich einen Überblick über den Bio-Brennstoffzellen-Sektor für das Wissenschaftsjournal "Fuel Cells" verfasste, ist sich allerdings nicht sicher, ob die Technik im Dauerbetrieb einer Kläranlage nachhaltig arbeitet. "Es gibt große Unterschiede zwischen einer Demonstrationseinheit und einer Anlage, die Tausende Tonnen Abwasser reinigen muss." Das im Labor vorverschmutzte Wasser sei doch etwas anderes als die unterschiedlichen Stoffe im regulären Klärbecken.

Lital Alfonta, Bioingenieur an der Ben-Gurion-University, ist weniger kritisch: "Emefcy nutzt sehr kostengünstige Materialien, die trotzdem eine hohe Energieproduktion zulassen." Der Prozess der einzelnen Einheiten erlaube es beispielsweise, die Elektroden besser zu verteilen, was die Oberfläche erhöhe.

Emefcy ficht Kritik sowieso nicht an: Die Firma will nun zeigen, dass die Idee umsetzbar ist. Durch eine vor kurzem abgeschlossene Finanzierungsrunde, bei der die Risikokapitalfirma Energy Technology Ventures (ETV) einstieg, kann Emefcy die Hochskalierung des Verfahrens abschließen. Danach soll zunächst eine eigene Produktion im Industriemaßstab beginnen. Ab dem kommenden Jahr will das Unternehmen die Technik dann auch an andere Interessenten verkaufen. Neugier aus der Industrie ist schon vorhanden: So gehört der Investor ETV dem Elektrokonzern GE und den Energieriesen NRG Energy und ConocoPhillips. (bsc)