1. Home

  2. Über Festo

  3. Forschung und Entwicklung

  4. Bionic Learning Network

  5. Future Concepts für die Biologisierung

  6. BionicHydrogenBattery

BionicHydrogenBattery

Speicherung und Transport von Wasserstoff mit Hilfe von Bakterien

Mit dem biotechnologischen System BionicHydrogenBattery zeigt Festo einen völlig neuen, vollautomatisierten Lösungsansatz für die energieeffiziente Speicherung und den risikoarmen Transport eines der Energieträger der Zukunft: Wasserstoff. Er wird mit Hilfe von Bakterien in Ameisensäure umgewandelt – und das im Vergleich zu bisherigen Verfahren bei milden Temperaturen und geringem Druck.

Thermoanaerobacter kivui (T. kivui)

Kern des biologischen Prozesses ist das Bakterium Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). Das Bakterium lebt in Zentralafrika, tief im Schlamm des Kivu-Sees, fernab von Licht und Sauerstoff. Es verfügt von Natur aus über ein besonderes Enzym, das es in die Lage versetzt, Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) in Ameisensäure (CH2O2) umzuwandeln und umgekehrt.

Grundlegend erforscht wurde diese Eigenschaft vom Team um Prof. Dr. Volker Müller, Leiter der Abteilung „Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik“ an der Goethe-Universität Frankfurt, mit dem Festo in dem Projekt eng zusammenarbeitet.

Effiziente Speicherung

Die Speicherung und der Transport von Wasserstoff stellen bis heute eine Herausforderung dar. Gängige Methoden komprimieren Wasserstoff unter hohem Druck, verflüssigen ihn unter extrem niedrigen Temperaturen oder wandeln ihn chemisch um. All diese Verfahren sind energieaufwändig und kompliziert.

Mit Hilfe der Bakterien T. kivui gelingt es, Wasserstoff bei Temperaturen um 65 °C und geringem Druck von 1,5 bar in Ameisensäure umzuwandeln, die sich mit relativ geringem Aufwand speichern und transportieren lässt.

Obwohl es sich um einen biologischen Prozess handelt, läuft diese Reaktion schnell ab, denn sie ist nicht an das Wachstum der Zellen gekoppelt. Vielmehr werden die Bakterien wie Katalysatoren genutzt: Sie werden nicht verbraucht und der Prozess lässt sich mit genügend Regenerationsphasen beliebig wiederholen – ganz im Sinne eines Kreislaufs.

Reliable processes

Bacteria T. kivui are anaerobic, meaning they thrive exclusively in the absence of oxygen. The bacteria would die immediately if there was a leak in the system, and therefore pose no risk to people. At the same time, the absence of oxygen makes it impossible for the hydrogen to form an ignitable mixture. In addition, the system only contains very small quantities of it at any one time.

From hydrogen to formic acid and back again

Bacteria have optimised their metabolic processes over millions of years evolution. We can make the most of their capabilities by combining them with technology. The BionicHydrogenBattery is our replication of the biological process on a small scale; thanks to our automation technology we can now scale it up as required.

  • 1: Propagate T. kivui bacteria under optimised conditions in a bioreactor.
  • 2: Hydrogen is produced from water by electrolysis.
  • 3: Bacteria convert CO2 and hydrogen into formic acid.
  • 4: The acid is extracted and poured into a container.
  • 5: Safely transporting the formic acid to where it is reconverted.
  • 6: The same bacteria break down the formic acid back into its components hydrogen and CO2.
  • 7: The hydrogen is converted back into electrical energy in a fuel cell.

Sustainable solutions for the future

Biologisation means that we no longer just learn from nature, but work together with it. That is how we enable ecological innovations and climate-friendly solutions for the world of tomorrow and contribute to improving the quality of life of current and future generations.

The energy-efficient and low-risk storage of hydrogen with the help of bacteria offers great potential. It allows us to produce and store hydrogen when enough sustainably generated energy is available – for example in summer or in windy and sunny countries – and to recover it when it is needed for generating power.