Als Stütze einer nachhaltigen Wasserwirtschaft ist eine ressourceneffiziente Abwasserbehandlung von entscheidender Bedeutung. Bioelektrochemische Systeme (BES), die entweder als Mikrobielle Brennstoffzelle (MBZ) oder Mikrobielle Elektrolysezelle (MEZ) betrieben werden können, eignen sich besonders für eine nachhaltige Abwasserbehandlung, da sie die Erzeugung ihrer primären Produkte (elektrische Energie bzw. chemische Energieträger) mit der gleichzeitigen Einsparung einzusetzender Energie verbinden.
Im Rahmen der Fördermaßnahme MachWas des BMBFsollen daher unter Verwendung innovativer Materialien weitere Fortschritte in der Entwicklung einer modernen und nachhaltigen Wassertechnologie erzielt werden.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung, Untersuchung und Optimierung von neuartigen papierbasierten, dreidimensionalen Elektroden sowie von kohlenwasserstoff-basierten Kationentauscher-Membranen. Auf Basis dieser neu entwickelten Materialien wird der Einsatz bioelektrochemischer Systeme im Bereich der Abwasserreinigung bei gleichzeitiger Erzeugung von elektrischer Energie bzw. chemischer Energieträger erprobt und bewertet. Außerdem werden im Betrieb des BES die Möglichkeiten zur Ausschleusung von Phosphor und Stickstoff mit dem Ziel einer stofflichen Rückgewinnung untersucht. Darüber hinaus soll im Projekt der bis jetzt fehlende Praxisbeweis für eine technische Umsetzung von BES in der Abwasserreinigung verbunden mit einer effektiven Produkt-Gewinnung erfolgen.
Im Rahmen des Verbundvorhabens werden am Institut für Siedlungswasserwirtschaft die aus dem vorangegangenen Entwicklungs- und Optimierungsprozess resultierenden Elektroden sowie Membranen erstmals im Technikumsmaßstab systematisch im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit im Abwasserbetrieb hin untersucht. Darüber hinaus gilt es ebenso die erforderlichen maßgeblichen Randbedingungen für einen angepassten Betrieb des BES-Prototyps zu ermitteln, da letztlich nur eine entsprechende Abstimmung von materialspezifischen Eigenschaften und betrieblichen Einstellungen zu einem optimierten Gesamtsystem führen kann. Die Untersuchungen am BES-Prototyp sollen unter realitätsnahen Bedingungen sowohl für die Behandlung von kommunalem Abwasser als auch mit dem Abwasser einer Papierfabrik durchgeführt werden.
Auf Grundlage der mit dem Prototypen gesammelten Erfahrungen wird dann von den Projektpartnern ein Demonstrator entwickelt und betrieben, mit dem im Kubikmetermaßstab der Funktionsnachweis eines BES zur kommunalen sowie zur industriellen (Papierfabrik) Abwasserreinigung erbracht werden soll und darüber hinaus die Leistungsfähigkeit sowie die Leistungsgrenzen des Systems ermittelt werden sollen. Ziel des Demonstratorbetriebs ist es, neue und praxistaugliche Möglichkeiten für eine nachhaltige, kosteneffiziente und ressourcenschonende Abwasserreinigung aufzuzeigen.
