Zurück zur Übersicht

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:

Innovative Konzepte zur Wassereinsparung bei Sportvereinen
Freiburg

Innovatives Wassersparen in Sportvereinen

Mit ihren Rasenflächen und sanitären Anlagen verbrauchen Sportvereine oft hohe Wassermengen. Für den Freiburger Sportverein Blau-Weiß war das Anlass, am eigenen Beispiel zu untersuchen, wie Vereine ihren Verbrauch umweltfreundlicher gestalten können. Ein eigener Brunnen kam wegen dem sinkenden Grundwasserspiegel nicht in Frage, Regenwasser hingegen bot ein großes Potential. Dazu untersuchte das Freiburger Institut für Hydrologie, wie viel Regen überhaupt auf dem Gelände anfällt und ob die Menge ausreicht, um Sportplätze oder Toiletten zu versorgen. Zwar fällt auf einer Dachfläche von etwa 1000 Quadratmetern Regen an und gelangt in eine Zisterne. Um die Spielfelder zu bewässern, reicht dies jedoch bei weitem nicht aus. Nur mehr Dachflächen und größere Zisternen könnten die über 6000 Kubikmeter, die der Verein jährlich benötigt, liefern. Da dies zu kostspielig ist, verwendet der Verein weiterhin das öffentliche Wasser. In den Sommermonaten jedoch sprengt er die Plätze nur noch einmal wöchentlich intensiv anstatt wie bisher täglich . Zu einem ähnlichen Ergebnis kam das Projekt für die sanitären Anlagen. Weil Regenwasser stärker mikrobiologisch belastet ist, eignet es sich nicht für die Duschen. Für die Toiletten würde die Menge ausreichen, allerdings wäre es finanziell nicht lohnend, die Anlagen umzurüsten. Während es sich also im Endeffekt als wenig lohnend herausstellte, Regenwasser in großem Maßstab zu nutzen, spart der Verein jetzt Wasser und Kosten durch seine modernisierten sanitären Anlagen. Sie zeigen besonders den jungen Vereinsmitgliedern, wie man verantwortungsvoll mit Ressourcen umgeht. Beispielhaft ist auch die neue Zisternenanlage, die ungebrauchtes Wasser im Boden versickert und so die Kanalisation entlastet. Mit ihrem umfassenden Ansatz hilft die Studie anderen Vereinen bei ähnlichen Entscheidungen.

Aufbau eines Netzes von Mobilitätsstationen in Offenburg und Umgebung - Erstellung eines Umsetzungskonzeptes
Offenburg

Mobilitätsstationen Offenburg. Nahverkehr und Leihfahrzeuge vernetzt.

Ein flexibler öffentlicher Nahverkehr reduziert klimaschädliche Emissionen und erhöht die Lebensqualität in Städten und Gemeinden. Zunehmend bieten Kommunen nicht nur Bus- und Bahnlinien, sondern ergänzen ihr Angebot für Kurzstrecken beispielsweise mit Leihrädern. Im Rahmen ihres Klimaschutzkonzeptes, baute Offenburg seit 2010 mehrere Leihradstationen auf. ( Innovationsfonds-Projekt 2010-02) Mit Mobilitätsstationen ergänzt die Stadt jetzt dieses Angebot. Neben Lastenrädern können Bürger, Touristen oder Geschäftsreisende an diesen Stationen je nach Bedarf auch Elektroräder (Pedelecs) oder Elektroautos mieten. Die Räder werden im bewährten Mietsystem in Zusammenarbeit mit der Firma Nextbike angeboten. Die Autos stehen im car-sharing zur Verfügung. Mobilstationen entstehen an Knotenpunkten der Innenstadt, in Wohn- oder Gewerbegebieten oder in benachbarten Gemeinden. Sie sind eingebunden in das Nahverkehrsnetz, so dass Nutzer nahtlos von Bus und Bahn auf Rad oder Elektroauto umsteigen können. Für viele Strecken innerhalb – und in der Zukunft auch außerhalb – des Stadtgebiets wird damit der Privat-PKW überflüssig. Gleichzeitig erreicht das System auch Nutzer, die aus finanziellen oder Altersgründen kein eigenes Auto besitzen. In der ersten Projektphase, die den Inhalt des Innovationsfonds-Projektes darstellte, ermittelt die Stadt potentielle Standorte, häufige Wegeketten und geeignete Fahrzeuge. Im Anschluss werden auf Basis der im Abschlussbericht dargestellten Erkenntnisse in einer Pilotphase 2014/2015 die ersten Stationen, vorrangig in Wohngebieten, realisiert. Nach einer Evaluation des Betriebes dieser ersten Stationen und einem erfolgreichem Abschluss der Pilotphase soll dann entschieden werden, ob weitere Stationen realisiert werden. An den Stationen werden die Elektrofahrzeuge über Photovoltaikstationen betriebsbereit gehalten. Mit einer Mobilitätskarte können die Nutzer Autos oder Räder entleihen, eine App zeigt die verfügbaren Fahrzeuge, deren Ladezustand sowie Fahrpläne des Nahverkehrs. In den folgenden Jahren plant die Stadt, Stationen in den restlichen Stadtteile und Gewerbegebieten einzurichten und ihr Angebot weiter mit dem anderer Städte und Gemeinden zu verknüpfen. Als „Modellkommune Elektromobilität“ der gleichnamigen Landesinitiative bietet Offenburg seinen Bürgern mit den Mobilitätsstationen ein flexibles Verkehrsnetz, das durch den Einsatz umweltfreundlicher Fahrzeuge klimaschädliche Emissionen reduziert. Die Mobilität in Offenburg wird weiter vorangetrieben. Die Marke „Einfach Mobil“ soll auch weiterhin für einfache Bedienung stehen, so auch mit dem neuen Innovationsfonds Projekt, wo es zukünftig Pedelecs für einem neuentwickelten Kombiständer geben wird, der beiden Fahrradtypen aufnimmt.

YES-Biotest zum Nachweis endokriner Substanzen
Freiburg

Neue Nachweismethode für hormonartige Rückstände im Wasser

Seit einigen Jahren wächst – sowohl in der Forschung wie auch in der Öffentlichkeit – das Bewusstsein für endokrine Substanzen in Flüssen und im Abwasser. Diese hormonähnlichen Schadstoffe stammen aus Pestiziden, Industriechemikalien sowie menschlichen und tierischen Ausscheidungen, die oft noch Spuren von Arzneimitteln enthalten. Forscher vermuten, dass sie Veränderungen im menschlichen und tierischen Hormonhaushalt verursachen können. Die üblichen chemisch-analytischen Tests können nur jeweils vordefinierte Substanzen erkennen und sind daher für den Nachweis oftmals noch unbekannter endokriner Stoffe nicht geeignet. Denn bei diesen handelt es sich um eine uneinheitliche Stoffklasse aus etwa 150 Substanzen – einige Schätzungen gehen jedoch von bis zu 70.000 Stoffen aus – die entweder selbst Hormone sind oder den Hormonhaushalt stören. Bisherige biologische Tests sind teuer und aufwändig. Der Yeast-Estrogen-Assay, kurz YES-Test, hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass er auch bisher undefinierte Substanzen nachweisen kann, ohne menschliche Zelllinien auskommt und in Standardlabors möglich ist. Auch weil Tests für endokrine Substanzen bisher kaum evaluiert sind, testeten die Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee Rhein (AWBR) zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe den YES-Test im Vergleich mit chemisch-analytischen Verfahren. Dazu entnahmen die Wissenschaftler Proben aus Oberflächengewässern sowie verschiedenen Stufen der Kläranlage Breisgauer Bucht. Die Ergebnisse zeigten auf, dass die Beeinträchtigung durch estrogen wirksame Stoffe über den Trinkwasserpfad als gering einzustufen sind. Nichtdestotrotz ist es für die Versorgungssicherheit wichtig, dass der Eintrag von schwer abbaubaren anthropogenen Stoffen mit endokrinem Potenzial in die aquatische Umwelt kontrolliert und weiter reduziert wird.