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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:

TeWaB, Wirkungsgradsteigerung eines BHKW mittels Thermoelektrischem Wärmetauscher
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Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelte das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden. Das Projektteam simulierte zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wurde ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrierten die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kam der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Das Ergebnis des Projekts zeigte, dass damit der elektrische Wirkungsgrad des BHKWs um etwa 3 % gesteigert kann. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: Thermoelektrische Module zur Abwärmeverstromung sind verfügbar und einsatzbereit für Anwendungen Thermoelektrische Module haben ein hohes TRL-Level erreicht und es waren während des Testbetriebs in der realen Anwendung keine Alterungseffekte ersichtlich. Ein Betrieb über 1000 h konnte ohne technische Probleme und ohne Leistungsreduktion nachgewiesen werden. Systemintegrationskonzept von thermoelektrischen Modulen in Anwendungen ist entscheidend für Wirkungsgrad und RoI. Die Erkenntnisse und Erfahrungen aus diesem Projekt haben zu einem neuen Innovationsfonds Antrag geführt, zu einem Projekt mit dem Anwendungsfall der Nutzung von thermoelektrischen Elementen, für die Versorgung von Regelungseinheiten für eine effizientere Feststoffverbrennung . Wie es beispielsweise bei Stückholzkaminen der Fall ist. Damit können solche Feuerungsanlagen ohne Stromanschluss nachgerüstet und der Ausstoß von Schadstoffen verringert werden.

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Praktische klinische Untersuchungen eines Trockenreinigungssystems
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Trockenreinigung für Krankenhausböden

Die Böden mit mehrmaligem, nassem Wischen zu reinigen ist Standard in Krankenhäusern. Allerdings ist diese Methode relativ aufwändig und birgt die Gefahr, dass die Wischbeläge auch nach dem Waschen nicht völlig keimfrei sind. In der Universitätsklinik Freiburg testete das Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene in einer Praxisstudie ein Trockenreinigungssystem. Unter realen Bedingungen und auf fünf unterschiedlichen Bodenbelägen verglichen die Experten beide Methoden um herauszufinden, welche hygienischer, effizienter und kostengünstiger ist. Dafür untersuchten sie, wie stark die Böden nach dem Wischen mit Keimen belastet waren. Außerdem befragten sie das Reinigungspersonal, das im Laufe des Projekts keines der Systeme eindeutig bevorzugte. Wegen seines Mikrofaserbezugs kommt der Trockenwischer ohne Wasser und Reinigungsmittel aus, nahm allerdings Haare und Flusen schlechter auf. Der Mikrofaserbezug ließ sich außerdem schlechter reinigen als die herkömmlichen Wischbeläge. Weil das Reinigen der Bezüge den Großteil des benötigten Wassers verbraucht, benötigt das Trockensystem nicht wesentlich weniger Wasser. Auch bei der Hygiene gibt es keinen entscheidenden Vorsprung: Zwar maßen die Experten beim Mikrofaserbezug deutlich niedrigere Keimzahlen, jedoch waren die Zahlen bei beiden Verfahren unbedenklich. Insgesamt, so das Ergebnis, bietet das Trockensystem aber keinen wesentlichen Vorteil. Die Zeit und das Reinigungsmittel, die es einspart, relativieren sich wieder durch die teureren Mikrofaserbezüge.