HINTERGRUND
Bisherige Arbeiten des Antragstellers & Vorarbeiten
Aus verfahrenstechnischer Sicht kann das Vormagensystem der Wiederkäuer als natürliches Vorbild für einen Hochlastreaktor zur Hydrolyse und Versäuerung gesehen werden. Vergleicht man dieses System mit einer einstufigen Biogasanlage zeigt es eine deutlich höhere Raum- Zeit-Ausbeute bedingt durch eine spezialisierte mikrobiologische Gemeinschaft, eine Trennung der Aufenthaltszeit für Biomasse und Substrat und der auf hohen Durchsatz optimierten Prozessführung. Durch technische Realisierung von bionischem Hochlastverfahren mit spezialisierter Mikrobiologie wären eine signifikante Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Biogasproduktion und der Einsatz bislang nicht erschlossener Substrate (Reststoffe) möglich.
In Rahmen von am ISAH und IPZ durchgeführten Vorarbeiten wurden geeignete Substrate identifiziert und bewertet, zwei Versuchsanlagen im Technikumsmaßstab für die Vergärung nach dem Vorbild des Vormagensystems der Wiederkäuer aufgebaut und mit unterschiedlichen Substraten und Lastfällen betrieben. Das mathematische Modell ADM1xpd wurde für diesen neuen Reaktortyp adaptiert. Mit Hilfe des mathematischen Modelles wurde eine hinsichtlich Methanproduktivität optimierte industrielle Anlage beschrieben und parametrisiert.
Identifizierung und Bewertung geeigneter Substrate
Es wurden 16 potentielle Biogassubstrate im Labormaßstab mit der hierfür entwickelten erweiterten RUSITEC Methode und dem Referenzverfahren nach der VDI 4630 Richtlinie untersucht. Die erweiterte RUSITEC-Methode simuliert das Vormagensystem der Wiederkäuer allerdings mit einer verlängerten, für Biogasanlagen typischen Verweildauer und erlaubt eine Berechnung der Methanausbeute und Reaktionskinetik. Eine Ertragssteigerung bei der Anwendung des Vormagenprinzips der Wiederkäuer wurde bei rund 50 % der untersuchten Substrate festgestellt. Die Differenz in der Methanausbeute zwischen den beiden Verfahren wird am besten durch den Gehalt an Lignin (gemessen als ADL) im Substrat erklärt. Bei einem hohen ADL-Anteil im Substrat ist ein Methanmehrertrag eher zu erwarten als bei einem niedrigen ADL-Gehalt. Auch der Gehalt an Cellulose- und Hemicellulose Kohlenhydraten (NDF und ADF) zeigen diesen Einfluss jedoch im geringeren Maße.
Bei allen untersuchen Substraten wurde eine schnellere Abbaukinetik im erweiterten RUSITEC- Versuch gegenüber vom Referenzverfahren festgestellt. Sowohl die Biozönose, durch bessere Desintegration und Hydrolyseraten, als auch die Verfahrenstechnik, vor allem durch Trennung der HRT und SRT und somit die Betriebsweise als Hochlastverfahren, haben einen wesentlichen Einfluss auf die Abbaukinetik.
Vorarbeiten
Nachbildung des Vormagensystems der Wiederkäuer in den technischen Maßstab
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Abbildung des DAUMEN-Konzeptes im mathematischen Model und Simulation einer optimierten, großtechnischen Biogasanlage
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Charakterisierung der mikrobiellen Gemeinschaft und seuchenhygienischer Status der Gärreste
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