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Enzymvorstufe verbessert Biogasproduktion

Bei Energiepflanzen der zweiten Generation nutzt man zunehmend nicht nur Teile sondern die gesamte Pflanze. Dies bedeutet jedoch auch, dass zunehmend cellulosehaltige Substrate in die Biogasanlagen gelangen. Cellulose ist Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und besteht aus Kohlenhydraten, welche die Mikroorganismen nur schlecht oder schwer abbauen können. Die Forschung konzentriert sich deshalb darauf, diese Kohlenhydrate durch Hydrolyse – d.h. eine chemische Spaltung mit Wasser - besser zu zersetzen. Dafür kann man das Substrat beispielsweise mechanisch besser zerkleinern oder Druck und Temperatur in den Gärbehältern verändern. Die Hochschule Offenburg verfolgt einen dritten Weg: Sie setzt hydrolytisch wirkende Enzyme ein – ein Ansatz, der andernorts bereits erfolgreich erprobt wurde.

Anstatt ständig neue Enzyme zuzusetzen, zielte man in Offenburg darauf, sie im Gärprozess selbst fortlaufend herzustellen. Dazu trennten die Forscher einen Nebenfermenter ab und füllten ihn mit einem Kultivierungsmedium aus einem Teil Gärrest sowie einem cellulosehaltigem Teilstrom. Der mineralstoffreiche Gärrest versorgt die enzymproduzierenden Pilze und Bakterien mit Nährstoffen, die Cellulose sorgt für die notwendige Stärke. Die Wärme aus dem Hauptfermenter sichert die notwendige Temperatur. Das nun enzymhaltige Gemisch fließt dann später wieder dem Hauptfermenter zu. Ziel des Projektes war es, Pilze und Bakterien zu identifizieren, die thermophil wachsen und besonders gut die gewünschten Enzyme produzieren. Anschließend entwickelten die Forscher Analyseparameter und optimieren die Zusammensetzung von Substrat und Kultivierungsmedium. Nach der Wirtschaftlichkeitsberechnung entwickelten sie dann ein Model um die Fermentationsstufe mit Enzymeinsatz vom Labor auf größere Anlagen zu übertragen.

Das Offenburger Model bietet mehrere Vorteile für viele ähnliche Biogasanlagen in Deutschland: Die Ausbeute an Biogas steigt während gleichzeitig bisher ungenutzte cellulosehaltige Substrate zum Einsatz kommen können. Durch die Enzyme verbleibt das Substrat außerdem kürzer im Hauptfermenter. Weil der Gärrest als Kultivierungsmedium dient, können die Anlagenbesitzer außerdem ihre Lager verkleinern.

Projektdaten

Projektnummer 2011-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Hochschule Offenburg
Laufzeit Januar 2011 bis März 2014
Zuschuss 116.334

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Anorganische Zuschlagstoffe in Biogasanlagen
Offenburg

Anorganische Zusatzstoffe für mehr Biogas

Biogas gehört zu den wenigen speicherbaren erneuerbaren Energien und ist damit ein wichtiger Bestandteil für eine nachhaltige Energiewirtschaft. Um Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion zu verhindern, setzen Biogasanlagen vermehrt auf Abfall- und Reststoffe. Dazu gehören beispielsweise Speisereste, Schlachtabfälle oder Molke. Diese Reststoffe möglichst effektiv zu Biogas zu vergären stellt die Anlagenbetreiber aber vor Schwierigkeiten. Oft fallen dabei Stoffe an, die den Fermentationsprozess verlangsamen. Der Innovationsfonds förderte bereits mehrere Projekte zur Vergärung verschiedener Abfallstoffe. Bei einem dieser Projekte, der Molkebiogasanlage der Käserei Monte Ziego in Teningen, fanden Forscher der Hochschule Offenburg heraus, das anorganische Zuschlagstoffe die Effizienz der Anlage deutlich steigerten. Anorganische Zuschlagstoffe sind natürliche Mineralien, die der Betreiber in kleinen Mengen im Gärtank zugibt. Im Fall der Teninger Anlage war das Bentonit, ein Tonmineral gemischt mit weiteren Begleitmineralien, andere Zuschlagstoffe bestehen aus Silikaten (Vermikulite), oder vulkaniertem Glas (Perlite). Die Erfahrung aus Teningen weitete das Projekt aus und testete, wie sich verschiedene Zuschlagstoffe auf die Biogasproduktion auswirken. Letztere werden nicht von den Biogasbakterien aufgenommen, sondern wirken stattdessen in der Biogasbrühe stabilisierend und bieten den Bakterien die Möglichkeit, sich anzulagern. Im Projekt testeten die Wissenschaftler, welche Stoffe die Biogasproduktion verlangsamen, und welche Zuschlagstoffe sich am besten eignen, um dem entgegenzuwirken. Gleichzeitig überprüften sie, wie sich die zugesetzten Stoffe auf die gesamte Anlage auswirken, beispielsweise auf Filter und Pumpen. Sie konnten dabei auf eigene Testanlagen und langjährige Erfahrung in der Biogasforschung zurückgreifen. Mineralische Zuschlagstoffe sind preiswert und bieten einen innovativen Weg, um die Biogasproduktion aus Reststoffen effizienter und wirtschaftlicher zu machen. Der Abschlussbericht folgt Anfang 2018 und gibt einen detailierten Einblick in die Foruschungsergebnisse. Drei Haupterkenntnisse: Die Zuschlagstoffe Bentonit StabiSil P7, Braunkohlekoks C85 zeigten sich als geeignet, einer Versäuerung in kontinuierliche gefütterten Biogasanlagen entgegenzuwirken. Bentonit StabiSil P7 kann mit einer Konzentration von 0,1 % bis 1,0 % und Braunkohlekoks C-85 bis zu einer Konzentration bis 1,5 % bei versäuernden Substraten eingesetzt werden, um die hydraulische Belastung einer Biogasanlage deutlich zu erhöhen. Überdosierungen der anorganischen Zuschlagstoffe können zu einer Verminderung der Biogasausbeute führen. Allgemeingültige Voraussagen können nicht getroffen werden. Voruntersuchungen sind entsprechend der Paarung „anorganischer Zuschlagstoff/Biogassubstrat“ in jedem Fall dringend anzuraten.

Wassergestützte Latentwärmespeicher in Putz- und Dünnestrichsystemen
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Innovativer Putz reguliert die Gebäudetemperatur

Während unsanierte Altbauten immer noch zuviel Energie für Heizen und Kühlen verbrauchen, versucht man Neubauten inzwischen thermisch träge zu errichten. Das heißt, dass solche Gebäude nur langsam auf die Umgebungstemperatur reagieren. Sie heizen sich im Sommer also nicht so schnell auf oder können im Winter gespeicherte Wärme über einen längeren Zeitraum abgeben. Dabei helfen neben einer guten Isolierung spezielle, innovative Wärmespeichermaterialien. Zusammen mit dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) untersuchte die Maxit Deutschland GmbH, wie sich mikroverkapseltes Paraffin für diesen Zweck eignet. Die Paraffinkugeln gehören zu den sogenannten Phasenwechselmaterial, weil sie, umhüllt von einer Mikrokapsel, je nach Temperatur ihren Zustand von flüssig zu fest ändern. Wenn die Kugeln schmelzen, nehmen sie Wärme aus der Umgebung auf. Wenn es kälter wird und das Paraffin wieder erstarrt, gibt es die Wärme wieder frei und kann so Temperaturschwankungen abschwächen. Die Projektbeteiligten testeten, in welchem Verhältnis man die Paraffinkugeln Estrich zumischen kann. Um herauszufinden, wann Fließfähigkeit und Materialeigenschaft am besten sind, erprobten Maxit und ISE verschiedene Estriche unter unterschiedlichen Bedingungen. Obwohl das Konzept funktioniert, erwiesen sich die Materialkosten letztendlich als noch zu hoch, so dass Maxit vorerst kein System mit mikroverkapseltem Paraffin auf den Markt bringt.