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Demonstration der mikrobiologischen Methanisierung im Pilotmaßstab - Teilvorhaben Mikrobiologie (DemoMeth)

Projekt

Umwelt- und Ressourcenschutz

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Umwelt- und Ressourcenschutz


Förderkennzeichen: BE/19/03, 6250
Laufzeit: 01.01.2020 - 31.12.2022
Forschungszweck: Experimentelle Forschung

Die mikrobiologische Methanisierung im Rieselbett unter thermophilen Bedingungen stellt eine attraktive Verfahrensalternative zu den chemisch-katalytischen Ansätzen dar. Sie ermöglicht die Integration eines hocheffizienten PtG-Systems selbst auf Klär- oder Biogasanlagen, da das dahinterliegende Anlagenkonzept einer Biogasanlage sehr ähnlich ist. Bisherige Untersuchungen haben die Leistungsfähigkeit des Konzepts bereits bestätigen können. Allerdings existieren noch weitere Stellschrauben, um die Effizienz noch weiter zu erhöhen. Daher sollen neben der Demonstration im Pilotmaßstab Versuche im Technikumsmaßstab zur weiteren Optimierung des MikMeth-Prozesses erfolgen. Als nächster konsequenter Schritt in der Entwicklung des Verfahrens soll im Projekt das Upscaling auf einen technisch relevanten Maßstab erfolgen. Dieses Upscaling der Technologie in den Pilotmaßstab soll auf der in unmittelbarer Nähe befindlichen Kläranlage Garching realisiert werden, da dort bereits ideale Voraussetzungen bestehen. Ziel des Vorhabens ist es, mit dem Aufbau und dem Betrieb der DemoMeth-Pilotanlage die Leistungsfähigkeit des Verfahrens sowie seine Anwendbarkeit in der Praxis und die Einsatzfähigkeit im späteren Energiesystem nachzuweisen. Im Rahmen des Upscalings soll das Fermentervolumen auf 1 m³ Reaktionsvolumen mit 2.5 m³/h Wasserstoffdurchsatz vergrößert werden. Die Bereitstellung des Wasserstoffs erfolgt aus Kostengründen aus Gasflaschenbündeln, als CO2-Quelle wird Rohbiogas der Kläranlage eingesetzt. Für den Aufbau der DemoMeth-Pilotanlage erfolgen die Planung, das Design und die verfahrenstechnische Auslegung der Anlage inklusive der Festlegung der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik in enger Abstimmung mit allen Beteiligten. Während des zweijährigen Betriebs soll die in den Projekten MikMeth und OptiMeth erreichte Leistungsfähigkeit des Prozesses auch unter praxisrelevanten Bedingungen unter Beweis gestellt werden. Neben der DemoMeth-Pilotanlage werden die im Rahmen der Projekte MikMeth und OptiMeth aufgebauten Technikumsversuchsanlagen weiter betrieben, um das Verfahren der thermophilen mikrobiologischen Methanisierung im Rieselbett noch besser zu verstehen und weiter zu optimieren. Die vielversprechendsten Ansätze sollen darauf aufbauend auf der DemoMeth-Pilotanlage unter praxisrelevanten Bedingungen validiert werden. Die mikro- und molekularbiologische Analytik dient nicht nur einer Erweiterung des wissenschaftlichen Erkenntnishorizonts, sie ist auch essentieller Bestandteil einer verlässlichen Prozessdiagnose und damit einer gezielten Prozesssteuerung. Sie ist anlagenspezifisch zu entwickeln, da Unterschiede im Betriebsmanagement und Upscaling-Effekte auch unterschiedliche Biozönosen mit möglicherweise verschiedenen Bioindikator-Organismen selektieren. Ihr spezifischer Nachweis erfordert auch eine spezifisch angepasste Analytik. Parallel dazu soll ein Prozessmodel entwickelt und validiert werden, das ein besseres Verständnis der ablaufenden Prozesse ermöglichen soll. In einem Review soll der aktuelle Forschungsstand zum Thema Methanisierung zusammengetragen und bewertet werden. Abschließend soll der Bedarf für Methanisierungsanlagen im Energiesystem der Zukunft abgeschätzt werden.

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