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Optimierung der Biogasfermentation durch energetisch verbesserte Substratzerkleinerung und optimierte Biomasserückhaltung
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16620 N
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2013
Fördersumme: 255.900 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Für die lebensmittelverarbeitende Unternehmen
wird es immer schwieriger, Reststoffe kostenneutral und ordnungsgemäß zu entsorgen. Eine gesicherte Entsorgung mit Preisstabilität und Reststoffabnahme kann aufgrund der geänderten Gesetzeslage nicht mehr immer gewährleistet werden. Die anaerobe Vergärung ist hierfür ideal, sie wird heute schon bei vielen Unternehmen für die Abwasseraufbereitung genutzt und sorgt dort für eine große Kostenreduzierung. In der Landwirtschaft wird im einstufigen Verfahren bereits Biogas hergestellt. Durch die anaerobe Fermentation von Lebensmittelreststoffen kann aber nicht nur Biogas hergestellt und energetisch genutzt werden, sondern es wird auch eine Massen- und Volumenreduzierung erreicht. Der Abbau der geruchsintensiven Stoffe findet im Fermentationsprozess statt, wobei die Nährstoffe als Düngemittel weitgehend erhalten bleiben. Ein natürlicher Kreislauf wird somit beibehalten, weil der Gärrest als Düngemittel wieder zurück auf die Felder gebracht werden kann. Hürden für eine Prozessoptimierung sind zum einen die Substrateigenschaften (Schutzmatrix Lignin), der Biomasserückhalt mithilfe von Füllkörpern und der eigentliche Biogasprozess.
Bei Lebensmittelreststoffen handelt es sich um zum Teil schwer abbaubare Substrate, die einen hohen Anteil an Strukturmaterialien (Cellulose, Lignin) besitzen. Diese Schutzmatrix erschwert es Mikroorganismen, die Nährstoffe abzubauen, was eine langsame Hydrolysierung zur Folge hat. Die Hydrolysierung der Feststoffe ist als geschwindigkeitsbestimmender Schritt anzusehen, welcher einen großen Einfluss auf den Gesamtprozess und die Wirtschaftlichkeit hat. Beim Biogasprozess ist die Verweilzeit die ausschlaggebende Größe, welche bei gleichbleibendem Abbaugrad und aufrecht erhaltener Mikroorganismenkonzentration verkürzt werden soll. Für die Energieeffizienz dieser Verfahren sind die Leistungen der Vergärungsstufen, die Höhe der Verfügbarkeit der anaerob abzubauenden organischen Substanzen und der spezifische Energiebedarf der Zerkleinerungsverfahren maßgeblich. Im Rahmen des über den FEI geförderten IGF-Vorhabens AiF 14948 N wurden bereits umfängliche Untersuchungen durchgeführt, um ein Konzept zur Biogasgewinnung aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie zu etablieren. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass sich die Zerkleinerung positiv auf den Biogasprozess auswirkt.
Aufbauend auf den Ergebnissen dieses Projektes ist es Ziel des Forschungsvorhabens, die Optimierungsstrategien des Vorprojektes aufzugreifen und den Prozess noch wirtschaftlicher zu gestalten. Die Effizienz der Biogasanlage soll zum einen dadurch deutlich verbessert werden, dass die Bioverfügbarkeit durch Zerkleinern noch weiter erhöht und das mehrstufige Fermentationsverfahren in ein Festbettverfahren umgebaut wird. Konkrete Ziele sind dabei die Reduktion der Fermenterverweilzeit durch Veränderung der Verfahrensführung und eine Verringerung des hohen Bedarfs an Zerkleinerungsenergie.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik
- Nachwachsende Rohstoffe