Der willpower energy® Bioreaktor Prototyp & Technologie Demonstrator
Der wissenschaftliche Ansatz von METHANOLOGY basiert auf der "elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid zu Methanol durch direkte Injektion von Elektronen in immobilisierte Enzyme auf einer modifizierten Elektrode". Die technologische Innovation besteht in der enzymatischen Reduktion zu E-Methanol ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Co-Faktoren wie NADH. Wir verwenden erneuerbaren Strom als Elektronendonator für die Enzyme. Dadurch kann der Prozess bei moderaten Temperatur- und Druckbedingungen durchgeführt werden, was sicherer ist und auch die Komplexität und die Kosten reduziert. Wir verwenden kein Wasserstoffgas für den gesamten Prozess. Der katalytische Prozess führt direkt zu e-Methanol und Sauerstoff.
Der willpower-energy® Bioreaktor (WPE) wurde über sechs Monate bei einem Feldeinsatz in Deutschland von der Gensoric GmbH, einem ehemaligen Spin-Off Unternehmen der Universität Rostock und Erfinderin der WPE Basistechnologie, installiert und getestet. Erfahren Sie mehr darüber im nachfolgenden Videoclip:
Der Feldtest hat die Laborergebnisse und das technologische Konzept der elektrochemischen Reduktion von CO2 zu Methanol durch direkte Injektion von Elektronen in Enzyme bestätigt. Der erste Prototyp, welcher auf nicht optimierten Enzymen (sog. Wildtypen) und auf einer kombinierten Elektrode basierte, produzierte E-Methanol mit einem Wirkungsgrad von 15 %, was ein großer Meilenstein für den ersten Prototyp war.
Anfang 2020 übernahm METHANOLOGY alle Rechte und Patente einschließlich des Prototypen und richtete ein eigenes Entwicklungslabor in Neuhausen am Rheinfall (Schweiz) ein, um die willpower energy® Basistechnologie in ein marktreifes Power-to-Liquid (PtL) Energiespeicher- sowie E-Fuel-Produktionssystem umzusetzen.
Das hohe Verbesserungspotenzial durch Weiterentwicklung der Enzymtypen und Optimierung des Reaktor- und Systemdesigns kann die PtL-Effizienz des Gesamtsystems auf bis zu 80% steigern - das ist unser Entwicklungsziel.
Schematische Darstellung der patentierten, elektro-chemisch betriebenen 3-Phasen Dehydrogenase-Kaskade im willpower energy® Biokatalyse-Reaktor
Wenn Sie tiefer in die Grundlagen des biokatalytischen Prozesses eintauchen möchten finden Sie unter folgendem Dokument weitere Details: "Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Methanol by Direct Injection of Electrons into Immobilized Enzymes on a Modified Electrode"
- Warum Energie speichern?
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Die Energiespeicherung entkoppelt den Zeitpunkt der Energieerzeugung vom Zeitpunkt des Verbrauchs. Das bedeutet, dass Strom oder Wärme unabhängig vom Stromnetz erzeugt und verbraucht werden kann. Bekannte Energiespeichersysteme sind Autobatterien, Handyakkus oder Nachtspeicherheizungen, deren Speicherdauer aufgrund der Kapazität und der Selbstentladung begrenzt ist.
Ohne eine effektive und langfristige Energiespeicherung auf der Basis von flüssigen chemischen Speichern wie Methanol kann eine sinnvolle Energiewende nicht umgesetzt werden, da erneuerbare Energien (Sonne/Wind) nicht kontinuierlich und bedarfsgerecht zur Verfügung stehen. So kann in Zeiten der Überproduktion das, was nachts oder im Winter benötigt wird, im Voraus gespeichert werden (Beispiel PV-Anlage).
- Weshalb Methanol?
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Methanol ist bereits die weltweit am zweithäufigsten gehandelte Flüssigkeit nach Rohöl. Zahlreiche industrielle Anwendungen und Produkte basieren auf diesem ungenießbaren Alkohol, und in einigen Teilen der Welt (insbesondere in der Schifffahrt) scheint er als Kraftstoff der Zukunft an Beliebtheit zu gewinnen.
Methanol ist der ideale Wasserstoffträger, da er nicht nur eine dreifach höhere Energiedichte aufweist (im Vergleich zu Wasserstoff bei 700 bar), sondern auch innerhalb der bestehenden Infrastruktur kosten- und ressourceneffizient gelagert und transportiert werden kann. Darüber hinaus werden die Umweltrisiken minimiert, da Methanol sich in Wasser löst und im Falle eines Lecks von Mikroorganismen abgebaut wird.
- Weshalb Enzyme?
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Enzyme machen den katalytischen Prozess effizient und sicher. Da diese Moleküle von Natur aus hochselektiv sind, wird nur die Arbeit (in unserem Fall eine Reduktion) verrichtet, die benötigt wird. Darüber hinaus kann das Verfahren bei niedrigen Temperaturen und Drücken (unter 45 °C, unter 10 bar) betrieben werden. Dies spart nicht nur Energie, sondern ermöglicht auch den Einsatz und die Lagerung in sicherheitskritischen Bereichen wie Gebäuden und städtischen Gebieten.
- Funktioniert das Prinzip in der Praxis?
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2018 wurde in einer Pilotanlage am Baldeneysee bei Essen erfolgreich demonstriert, wie die willpower energy™-Lösung mit Hilfe von Enzymen E-Methanol aus Solarenergie, Wasser und CO2 erzeugt. Diese flüssig gespeicherte Energie (PtL) wurde genutzt, um ein kleines Ausflugsboot auf dem See zu betanken, das mit einer Brennstoffzelle betrieben wurde.
Die Demonstration war ein grosser Erfolg. Aufgabe der METHANLOGY AG ist es nun, das erprobte Konzept zu einem marktreifen Produkt weiterzuentwickeln, das alle Kriterien in Bezug auf Effizienz, Sicherheit und Produzierbarkeit in grossen Stückzahlen erfüllt.
