ElektroPapier - Entwicklung papierbasierter Elektroden für die mikrobielle elektrochemische Abwasserreinigung

Für die Erhaltung und nachhaltige Nutzung der Ressource Wasser spielen materialspezifische Entwicklungen sowie alternative technologische Konzepte eine zentrale Rolle. Ein innovatives Verfahren im Bereich der Abwasserbehandlung stellen sog. bioelektrische Systeme (BES) dar. Der Abbau von organischen Bestandteilen im Abwasser und die durch sich selbst reproduzierender Mikroorganismen erzeugte Energie werden als ökologische und ökonomische Lösung im Bereich der Abwasserbehandlung betrachtet. Zurzeit liegen nur wenige Erkenntnisse im Hinblick auf eine technische Umsetzbarkeit von energieeffizienten und damit tragfähigen Anwendungen im Realabwasserbetrieb vor. Im Rahmen des Projektvorhabens werden zunächst papierbasierte, nassfeste und leitfähige Flächenelektroden sowie kohlenwasserstoff-basierte Kationentauscher-Membranen unter Berücksichtigung materialspezifischer und elektrochemischer Zielgrößen entwickelt und optimiert. Die mikrobielle Elektrode wird mittels papiertechnologischer Formgebungsverfahren in eine dreidimensionale Geometrie überführt, um dadurch die Aufwuchsfläche für Mikroorganismen zu maximieren und gleichzeitig eine effiziente Ausnutzung des Reaktorvolumens zu erzielen. Der Einsatz der dreidimensionalen Bioelektrode und Membran wird durch experimentelle Erprobung in Moduleinheiten eines BES und mittels Flusssimulationen untersucht und bewertet, um daraus maßgeschneiderte Lösungen für den Betrieb eines Demonstrators in der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung abzuleiten. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird eine ganzheitliche Betrachtung zur Verwertung der neu entwickelten Bioelektroden und Membranen sowie zum Reaktorkonzept durchgeführt und gleichzeitig eine Potentialabschätzung zum Einsatz des bioelektrischen Systems im Bereich der  Abwasserreinigung und Gewinnung von elektrischer Energie formuliert.